У потрази за већим капацитетом и дужим даљинама преноса у модерним оптичким комуникационим системима, шум, као основно физичко ограничење, увек је ограничавао побољшање перформанси.
У типичномЕДФАСистем појачавача са влакнима допираним ербијумом, сваки оптички преносни распон генерише приближно 0,1 dB акумулираног спонтаног емисионог шума (ASE), који је укорењен у квантно случајној природи интеракције светлости/електрона током процеса појачавања.
Ова врста шума се манифестује као временски џитер на нивоу пикосекунде у временском домену. Према предвиђању модела џитера, под условом коефицијента дисперзије од 30ps/(nm · km), џитер се повећава за 12ps при преносу на 1000km. У фреквентном домену, то доводи до смањења односа оптичког сигнала и шума (OSNR), што резултира губитком осетљивости од 3,2dB (@BER=1e-9) у 40Gbps NRZ систему.
Озбиљнији изазов долази од динамичког спрезања нелинеарних ефеката влакана и дисперзије - коефицијент дисперзије конвенционалног једномодног влакна (G.652) у прозору од 1550nm је 17ps/(nm · km), у комбинацији са нелинеарним фазним помаком изазваним самофазном модулацијом (SPM). Када улазна снага пређе 6dBm, SPM ефекат ће значајно искривити облик импулсног таласа.
У PDM-16QAM систему од 960 Gbps приказаном на горњој слици, отварање ока након преноса од 200 km је 82% од почетне вредности, а Q фактор се одржава на 14 dB (што одговара BER ≈ 3e-5); Када се растојање продужи на 400 km, комбиновани ефекат унакрсне фазне модулације (XPM) и мешања четири таласа (FWM) узрокује да степен отварања ока нагло падне на 63%, а стопа грешака система прелази границу корекције грешака FEC-а од 10^-12.
Вреди напоменути да ће се ефекат фреквентног чирпа ласера са директном модулацијом (DML) погоршати - вредност алфа параметра (фактор побољшања ширине линије) типичног DFB ласера је у опсегу од 3-6, а његова тренутна промена фреквенције може достићи ± 2,5 GHz (што одговара параметру чирпа C=2,5 GHz/mA) при модулационој струји од 1 mA, што резултира брзином проширења импулса од 38% (кумулативна дисперзија D · L=1360ps/nm) након преноса кроз G.652 влакно дужине 80 km.
Преслушавање канала у системима са мултиплексирањем таласних дужина (WDM) представља дубље препреке. Узимајући размак канала од 50 GHz као пример, снага сметњи изазвана мешањем четири таласа (FWM) има ефективну дужину Leff од око 22 km у обичним оптичким влакнима.
Преслушавање канала у системима са мултиплексирањем таласних дужина (WDM) представља дубље препреке. Узимајући размак канала од 50 GHz као пример, ефективна дужина снаге сметњи генерисане четвороталасним мешањем (FWM) је Leff = 22 km (што одговара коефицијенту слабљења влакана α = 0,22 dB/km).
Када се улазна снага повећа на +15dBm, ниво преслушкивања између суседних канала се повећава за 7dB (у односу на основну вредност од -30dB), што приморава систем да повећа редундантност корекције грешака унапред (FEC) са 7% на 20%. Ефекат преноса снаге изазван стимулисаним Рамановим расејањем (SRS) резултира губитком од приближно 0,02dB по километру у каналима са дугим таласним дужинама, што доводи до пада снаге до 3,5dB у C+L опсегу (1530-1625nm) систему. Компензација нагиба у реалном времену је потребна путем динамичког еквилајзера појачања (DGE).
Граница системских перформанси ових комбинованих физичких ефеката може се квантификовати производом пропусног опсега и растојања (B · L): B · L типичног NRZ модулационог система у G.655 влакну (влакно са компензацијом дисперзије) је приближно 18000 (Gb/s) · km, док се са PDM-QPSK модулацијом и технологијом кохерентне детекције овај индикатор може побољшати на 280000 (Gb/s) · km (@ SD-FEC појачање 9.5dB).
Најсавременије 7-језгарно x 3-модно оптичко влакно са просторним мултиплексирањем (SDM) постигло је преносни капацитет од 15,6 Pb/s · km (капацитет једног влакна од 1,53 Pb/sx преносна удаљеност од 10,2 km) у лабораторијским окружењима путем слабе контроле преслушкивања између језгара (<-40dB/km).
Да би се приближили Шеноновој граници, модерни системи морају заједно да усвоје технологије обликовања вероватноће (PS-256QAM, постижући појачање обликовања од 0,8 dB), изједначавања неуронске мреже (ефикасност компензације неуронске мреже побољшана за 37%) и дистрибуираног Рамановог појачања (DRA, тачност нагиба појачања ± 0,5 dB) како би повећали Q фактор преноса једног носача 400G PDM-64QAM за 2 dB (са 12 dB на 14 dB) и смањили толеранцију OSNR на 17,5 dB/0,1 nm (@ BER=2e-2).
Време објаве: 12. јун 2025.