一文详解OSNR和NF

噪声系数NF定义

在接收机系统中，系统的噪声会降低接收信号的性能，从而影响整个系统的性能。

噪声系数（Noise Figure, NF）

是衡量系统中各组件引起的劣化的指标。NF值越低，系统的性能越好。

噪声因数与附加噪声

信号Si和噪声Ni都会被放大。放大器还会在其输出中增加额外的噪声Na。因此，放大器输出端的SNR低于其输入端的SNR。

级联器件的噪声因数

如果多个器件级联，总噪声因数可以用下面求出：

其中Fn是第n个器件的噪声因数，Gn是第n个器件的功率增益（线性，非对数）。其中第个放大器通常对总噪声系数的影响最大，因为后续级的噪声系数会因级增益而降低。因此，第一放大器通常具有较低的噪声系数，并且后续级的噪声系数要求通常更宽松。 

光信噪比

光通信系统中的噪声如下：

在光传输通道中，噪声会逐渐累积（Rin,MPN,光放大器噪声，散粒噪声），进而影响OSNR。OSNR是光学放大系统中一个极其重要的参数，OSNR原则上无法在接收机处改善。OSNR通常使用光谱分析仪（OSA）进行测量，OSNR定义在给定的分辨率带宽Δf上（示例标准要求0.1 nm=12.5 GHz）

光信号功率一般取峰值，噪声的功率一般取两个相邻通路中间的功率电平。对WDM系统，对传输距离有影响的主要就是：光信噪比、色散和非线性。光信噪比受限主要通过RAMAN放大器，FEC技术来解决。一般对10Gbits/S信号接收端要求在25dB以上（无FEC时），光信噪比在WDM发送端通常为35~40dB，但经过光放大器后，OSNR将会下降。主要原因是光放大器会引入新的ASE噪声，使总噪声增加，OSNR下降，下降速度逐级变小。

OSNR优化方式：

1）增加光放单波输出功率，但单波输出功率过高会引入额外非线性代价

2）优化光纤质量，减小单跨段链路损耗

3）使用噪声指数更低的光放大器

4）减小跨段个数 

长距多级光放大系统

长途光放大链路的设计使每级光放大器增益精确补偿了跨度损失，在这些系统中，唯一相关的噪声效应是每个EDFA引入的ASE噪声的积累，接收器的电噪声通常可以忽略不计。这些系统输出端的OSNR近似为：

注意：OSNR随着信号输出功率增加，随着跨度损耗和跨度数量减少OSNR对2.5G系统最小容限为20dB(无FEC),对10G系统最小容限25dB(无FEC)或20dB(带外FEC)。系统设计时最好有1~3dB的余量，超过3dB余量则意义不大。

见合八方推出低NF的SOA

天津见合八方，致力于研发全系列全场景SOA，现已推出O波段(1260~1360nm)低噪声SOA，噪声系数可低至5dB，可满足高速光通信长距传输需求。该系列产品支持单波或多波同时放大，支持多级中继，支持GE/2.5G/10G/XGS PON/Combo PON/25G/50G PAM4/200G PAM4/多种业务类型。天津见合八方光电科技有限公司（http://tj.jhbf.cc），是一家专业半导体光放大器SOA研发和生产的高科技企业，依托于清华大学天津电子院光电集成微系统研究所，目前已推出多款半导体光放大器SOA产品（1060nm, 1270nm,1310nm, 1550nm），包括chip,COC,蝶形,单模，高偏，偏振无关等多种产品形态。同时公司还对外承接SOA定制流片服务，以及光子集成封装服务。

审核编辑：汤梓红