V snahe o vyššiu kapacitu a dlhšiu prenosovú vzdialenosť v moderných optických komunikačných systémoch šum ako základné fyzické obmedzenie vždy obmedzoval zlepšenie výkonu.
V typickomEDFAV systéme zosilňovača s vláknami dopovanými erbiom generuje každý rozsah optického prenosu približne 0,1 dB akumulovaného spontánneho emisného šumu (ASE), ktorý má korene v kvantovo náhodnej povahe interakcie svetla a elektrónu počas procesu zosilňovania.
Tento typ šumu sa v časovej doméne prejavuje ako časové chvenie na úrovni pikosekund. Podľa predikcie modelu chvenia sa za podmienky disperzného koeficientu 30 ps/(nm · km) chvenie zvyšuje o 12 ps pri prenose na vzdialenosť 1 000 km. Vo frekvenčnej doméne to vedie k zníženiu optického pomeru signálu k šumu (OSNR), čo má za následok stratu citlivosti o 3,2 dB (@ BER=1e-9) v systéme NRZ s rýchlosťou 40 Gbps.
Vážnejšia výzva vyplýva z dynamického prepojenia nelineárnych efektov vlákna a disperzie – disperzný koeficient konvenčného jednomódového vlákna (G.652) v okne 1550 nm je 17 ps/(nm · km) v kombinácii s nelineárnym fázovým posunom spôsobeným fázovou samomoduláciou (SPM). Keď vstupný výkon prekročí 6 dBm, efekt SPM výrazne skreslí priebeh impulzu.
V systéme PDM-16QAM s rýchlosťou 960 Gb/s, ktorý je znázornený na obrázku vyššie, je otvorenie oka po prenose 200 km 82 % pôvodnej hodnoty a faktor Q sa udržiava na hodnote 14 dB (čo zodpovedá BER ≈ 3e-5); keď sa vzdialenosť predĺži na 400 km, kombinovaný účinok fázovej modulácie (XPM) a štvorvlnového miešania (FWM) spôsobí prudký pokles stupňa otvorenia oka na 63 % a miera chybovosti systému prekročí limit korekcie chýb FEC pre tvrdé rozhodnutie 10 ^ -12.
Stojí za zmienku, že efekt frekvenčného cvrlikania laseru s priamou moduláciou (DML) sa zhorší - hodnota parametra alfa (faktor zosilnenia šírky čiary) typického DFB laseru je v rozsahu 3-6 a jeho okamžitá zmena frekvencie môže dosiahnuť ± 2,5 GHz (čo zodpovedá parametru cvrlikania C=2,5 GHz/mA) pri modulačnom prúde 1 mA, čo vedie k miere rozšírenia impulzu 38 % (kumulatívna disperzia D · L=1360 ps/nm) po prenose cez 80 km vlákno G.652.
Presluchy kanálov v systémoch s vlnovým multiplexovaním (WDM) predstavujú hlbšie prekážky. Ak vezmeme ako príklad rozostup kanálov 50 GHz, interferenčný výkon spôsobený štvorvlnovým miešaním (FWM) má v bežných optických vláknach efektívnu dĺžku Leff približne 22 km.
Presluchy kanálov v systémoch s vlnovým multiplexovaním (WDM) predstavujú hlbšie prekážky. Ak vezmeme ako príklad rozostup kanálov 50 GHz, efektívna dĺžka interferenčného výkonu generovaného štvorvlnovým miešaním (FWM) je Leff = 22 km (čo zodpovedá koeficientu útlmu vlákna α = 0,22 dB/km).
Keď sa vstupný výkon zvýši na +15 dBm, úroveň presluchov medzi susednými kanálmi sa zvýši o 7 dB (v porovnaní so základnou úrovňou -30 dB), čo núti systém zvýšiť redundanciu doprednej korekcie chýb (FEC) zo 7 % na 20 %. Efekt prenosu výkonu spôsobený stimulovaným Ramanovým rozptylom (SRS) vedie k strate približne 0,02 dB na kilometer v kanáloch s dlhými vlnovými dĺžkami, čo vedie k poklesu výkonu až o 3,5 dB v pásme C+L (1530 – 1625 nm). Vyžaduje sa kompenzácia sklonu v reálnom čase pomocou dynamického ekvalizéra zisku (DGE).
Limit výkonu systému v dôsledku týchto fyzikálnych efektov možno kvantifikovať pomocou súčinu šírky pásma a vzdialenosti (B · L): B · L typického modulačného systému NRZ vo vlákne G.655 (vlákno s kompenzáciou disperzie) je približne 18 000 (Gb/s) · km, zatiaľ čo s moduláciou PDM-QPSK a technológiou koherentnej detekcie je možné tento ukazovateľ zlepšiť na 280 000 (Gb/s) · km (@ zisk SD-FEC 9,5 dB).
Špičkové 7-jadrové 3-módové optické vlákno s priestorovým multiplexovaním (SDM) dosiahlo v laboratórnych prostrediach prenosovú kapacitu 15,6 Pb/s · km (kapacita jedného vlákna 1,53 Pb/sx prenosová vzdialenosť 10,2 km) vďaka slabému presluchu medzi jadrami (<-40 dB/km).
Aby sa moderné systémy priblížili k Shannonovej hranici, musia spoločne prijať technológie tvarovania pravdepodobnosti (PS-256QAM, dosiahnutie zisku tvarovania 0,8 dB), vyrovnávania neurónových sietí (účinnosť kompenzácie neurónových sietí zlepšená o 37 %) a distribuovaného Ramanovho zosilnenia (DRA, presnosť sklonu zisku ± 0,5 dB), aby sa zvýšil Q faktor prenosu s jednou nosnou 400G PDM-64QAM o 2 dB (z 12 dB na 14 dB) a znížila sa tolerancia OSNR na 17,5 dB/0,1 nm (@ BER=2e-2).
Čas uverejnenia: 12. júna 2025