EYDFA kontra EDFA: który wzmacniacz światłowodowy nadaje się do sieci FTTH o wysokiej mocy?

Wraz z rozwojem sieci FTTH (fiber-to-the-home – światłowód do domu) umożliwiających dostarczanie aplikacji wymagających dużej przepustowości, takich jak transmisja wideo w rozdzielczości 8K, gry w chmurze oraz łącza dla przedsiębiorstw, zapotrzebowanie na optyczne wzmacniacze wysokiej mocy jest większe niż kiedykolwiek wcześniej. Przy projektowaniu sieci lub integracji systemów inżynierowie sieciowi oraz integratorzy systemowi często muszą dokonać wyboru między dwoma typami wzmacniaczy światłowodowych: EDFA (Erbium-Doped Fiber Amplifier – wzmacniacz światłowodowy domieszkowany erbu) oraz jego bardziej wydajnym odpowiednikiem – EYDFA (Erbium-Ytterbium-Doped Fiber Amplifier – wzmacniacz światłowodowy domieszkowany erbu i iterbem). Niniejszy artykuł zawiera szczegółowe porównanie techniczne obu rozwiązań, ułatwiając wybór odpowiedniego typu wzmacniacza dla wdrożeń FTTH wymagających wysokiej mocy.

Podstawy techniczne: co wyróżnia EYDFA spośród EDFA?

Zarówno EDFA, jak i EYDFA wydają się być identyczne i oba wykorzystują jony iterbu jako ośrodek wzmacniający do wzmocnienia sygnałów optycznych w paśmie C (1530–1565 nm). Jednak fizyka jest zupełnie inna. W tradycyjnym wzmacniaczu EDFA stosuje się pompowanie w trybie podstawowym w rdzeniu, przy którym światło pompujące (zwykle o długości fali 980 nm lub 1480 nm) jest ograniczone do rdzenia włókna. Takie zaprojektowanie prowadzi naturalnie do niskiego pochłaniania mocy pompującej oraz ogranicza moc wyjściową z komórek do około 23 dBm (200 mW/kanał) na kanał ze względu na nieliniowe zachowanie komórek oraz ograniczenia mocy diod pompujących.

EYDFA, z drugiej strony, wprowadza strukturę światłowodu dwuobudowanego, domieszkowanego erem i iterbem. Jony iterbu (Yb³⁺) działają jako czułki, które bardzo skutecznie pochłaniają wiązkę pompującą wielomodową w zakresie spektralnym 915–980 nm i przekazują energię jonom eru poprzez proces rezonansowego przenoszenia energii. EYDFA zapewnia moc wyjściową przekraczającą 1 wat w komercyjnych modułach, od 27–35 dBm (0,5–3 W), a nawet do 41 dBm (12 W) w konfiguracjach montowanych w szafach, dzięki połączeniu tej konstrukcji dwuobudowanej z rdzeniem o dużej powierzchni modowej. EYDFA jest idealnym wzmacniaczem do zastosowań wymagających wysokiej mocy, ponieważ doskonale radzi sobie z efektem nasycenia absorpcji pompy charakterystycznym dla tradycyjnych EDFA .

Porównanie parametrów: moc, wzmocnienie i współczynnik szumów

Spośród powyższych parametrów moc wyjściowa jest najważniejszym kryterium przy porównywaniu EDFA i EYDFA dla FTTH. Standardowy wzmacniacz EDFA zapewnia moc wyjściową 13–23 dBm na port wyjściowy i nadaje się do stosowania przy współczynnikach rozdzielenia 1:64 w przypadku transmisji na średnich odległościach (10–20 km). Jednak przy pasywnych rozdzielnikach o współczynnikach 1:128 lub 1:256, stosowanych w gęsto zaludnionych obszarach miejskich, budżet optyczny wzmacniacza EDFA może okazać się niewystarczający. Istnieje jednak wzmacniacz EYDFA, który zapewnia moc 27–33 dBm na port – co odpowiada czterokrotnemu zwiększeniu dostępnej mocy bez konieczności stosowania aktywnej regeneracji w punkcie pośrednim.

Innym ważnym czynnikiem do rozważenia jest płaskość wzmocnienia. Wzmacniacz EYDFA charakteryzuje się dobrą jednorodnością wzmocnienia w całym paśmie C (od 1530 nm do 1565 nm), dzięki zoptymalizowanym proporcjom współdomieszkowania oraz rozkładowi pompowania. Dla systemów nakładkowych WDM (Wavelength-Division Multiplexing) w sieciach FTTH płaskość wzmocnienia jest szczególnie pożądana, ponieważ sygnały pochodzące z systemów WDM muszą być wzmocnione na jednakowym poziomie, aby zachować jakość sygnałów nakładkowych (np. sygnału CATV na długości fali 1550 nm oraz nakładki RF na długości fali 1578 nm).

Zastosowania: w jakich przypadkach każdy z tych wzmacniaczy osiąga najlepsze wyniki?

Wybór między EYDFA a EDFA zależy ostatecznie od kontekstu wdrożenia. W typowych zastosowaniach FTTH, gdzie stosunek rozgałęzienia wynosi 1:32 lub 1:64, a długość linii zasilającej jest mniejsza niż 20 km, użycie konwencjonalnego EDFA jest najbardziej opłacalną opcją. Zapewnia ono sprawdzoną niezawodność, małe formaty 1U lub 2U oraz stabilne łańcuchy dostaw.

Dla sieci FTTH o wysokiej mocy, szczególnie tych skupionych na masowej dystrybucji sygnału CATV, EYDFA staje się najlepszym rozwiązaniem w porównaniu do rozwiązań RFoG (RF over Glass) stosowanych w szerokopasmowych sieciach wiejskich lub konwergencji usług triple play. Wyobraźmy sobie teraz, że jeden terminal linii optycznej (OLT) jest połączony z czterema kaskadami rozgałęziaczy 1:256, z których każda obsługuje 1024 abonentów. W związku z tym całą topologię można zasilać pojedynczym wzmacniaczem EYDFA o mocy wyjściowej 33 dBm – co znacznie ułatwia konfigurację sieci i drastycznie zmniejsza liczbę potencjalnych punktów awarii. Podobnie, przy dłuższych długościach linii zasilającej do jednostek skupieniowych (30–40 km) EYDFA zapewnia dodatkowy budżet mocy, kompensujący tłumienie oraz straty w rozgałęziaczach, bez konieczności stosowania drogiego zewnętrznego pomieszczenia ze wzmacniaczem.

Ponadto EYDFA oferuje korzyści w zakresie wzmacniania w trybie impulsowym oraz tłumienia przejść, co czyni je szczególnie przydatnymi w rozwiązaniach wzmacniaczy optycznych o wysokiej mocy stosowanych w połączeniach międzycentrum danych oraz systemach czujnikowych – przewyższając w tym zakresie tradycyjne konstrukcje EDFA.

Analiza kosztów i korzyści: Ogólna ekonomia systemu

Ogólna ekonomia systemu może sprzyjać opcji wysokomocowego wzmacniacza EYDFA w porównaniu do wzmacniacza EDFA o podobnej wydajności. W architekturach wzmacniania rozproszonego pojedynczy wzmacniacz EYDFA zastępuje od czterech do ośmiu szeregowo połączonych jednostek EDFA. Takie scalenie pozwala oszczędzić koszty zakupu sprzętu, miejsca w szafach, energii elektrycznej oraz konserwacji. Ponadto uproszczona ścieżka sygnału zmniejsza kumulacyjne pogorszenie współczynnika szumu, które wynosi zwykle 0,5–1 dB na każdy szeregowo połączony etap EDFA.

Dodatkowo laser pompujący wzmacniacza EYDFA charakteryzuje się wyższą niezawodnością. Moduły EYDFA są powszechnie dostępne i wykorzystują tanie, wysokomocowe diody laserowe wielomodowe zamiast drogich diod laserowych jednomodowych, co zapewnia wyższy średni czas między awariami (MTBF) oraz niższe koszty wymiany w typowym 10-letnim cyklu życia sieci.

Dlaczego warto wybrać Shandong Wanshuo Optoelectronic Equipment Co., Ltd.?

Shandong Wanshuo Optoelectronic Equipment Co., Ltd. ma szerokie doświadczenie w dziedzinie produktów wzmacniaczy światłowodowych, oferując sprawdzone rozwiązania EDFA i EYDFA. Wzmacniacz EYDFA serii 77FEYA2 o wysokości 2U i wysokiej mocy wykorzystuje zaawansowaną technologię dwuwarstwowego światłowodu domieszkowanego erbem i iterbem, zapewniając całkowitą moc wyjściową do 41 dBm (ponad 12 W) oraz elastyczne konfiguracje z 4, 8, 16, 32 lub 64 portami, dostosowane do różnych topologii sieci. Inteligentna kontrola wzmocnienia, pełny monitoring alarmów oraz gniazda zasilania z funkcją gorącej wymienialności i podwójnym zasilaniem rezerwowym zapewniają nieprzerwaną pracę 24/7.

Doskonałość produktu jest gwarantowana przez moc produkcyjną Shandong Wanshuo. Firma prowadzi 12 warsztatów o wysokim stopniu czystości, osiąga współczynnik pierwszego przejścia 99,8% w produkcji SMT oraz stosuje całkowicie zautomatyzowaną lutowanie falowe z inspekcją AOI. Niezależny zespół badań i rozwoju firmy opracował i dostarcza inteligentne systemy testowe z pełną śledzalnością danych w całym procesie produkcyjnym, które doprowadziły do stworzenia rozwiązań wzmacniaczy optycznych o wysokiej mocy zgodnych z certyfikatami CE, FCC oraz RoHS. Shandong Wanshuo Optoelectronic Equipment Co., Ltd. oferuje technologię i zdolności produkcyjne – od projektów pilotażowych po wdrożenia na skalę kraju – każdemu operatorowi sieci poszukującemu najlepszego balansu mocy, wydajności, niezawodności oraz efektywności kosztowej w swoich wdrożeniach FTTH.