Siekiant didesnio pralaidumo ir ilgesnio perdavimo atstumo šiuolaikinėse optinio ryšio sistemose, triukšmas, kaip esminis fizinis apribojimas, visada ribojo našumo gerinimą.
ĮprastaiEDFAErbiu legiruoto pluošto stiprintuvo sistemoje kiekvienas optinio perdavimo diapazonas sukuria maždaug 0,1 dB sukaupto savaiminio emisijos triukšmo (ASE), kuris yra pagrįstas šviesos ir elektronų sąveikos kvantiniu atsitiktiniu pobūdžiu stiprinimo proceso metu.
Šis triukšmo tipas laiko srityje pasireiškia kaip pikosekundinio lygio laiko virpesys. Remiantis virpesių modelio prognoze, esant 30 ps/(nm · km) dispersijos koeficientui, virpesiai padidėja 12 ps perduodant 1000 km. Dažnių srityje tai sumažina optinį signalo ir triukšmo santykį (OSNR), todėl 40 Gbps NRZ sistemoje jautrumas sumažėja 3,2 dB (@ BER = 1e-9).
Didesnis iššūkis kyla dėl dinaminio netiesinių efektų ir dispersijos sąsajos – įprasto vienmodžio šviesolaidžio (G.652) dispersijos koeficientas 1550 nm lange yra 17 ps/(nm · km), kartu su netiesiniu fazės poslinkiu, kurį sukelia savaiminė fazės moduliacija (SPM). Kai įėjimo galia viršija 6 dBm, SPM efektas žymiai iškraipo impulso bangos formą.
Aukščiau pateiktame paveikslėlyje parodytoje 960 Gbps PDM-16QAM sistemoje po 200 km perdavimo akies atsivėrimas sudaro 82 % pradinės vertės, o Q koeficientas išlieka 14 dB (atitinka BER ≈ 3e-5); Kai atstumas padidinamas iki 400 km, dėl bendro kryžminės fazės moduliacijos (XPM) ir keturių bangų maišymo (FWM) poveikio akies atsivėrimo laipsnis smarkiai sumažėja iki 63 %, o sistemos klaidų lygis viršija griežto sprendimo FEC klaidų taisymo ribą – 10 ^ -12.
Verta paminėti, kad tiesioginės moduliacijos lazerio (DML) dažnio čirpavimo efektas pablogės – tipinio DFB lazerio alfa parametro (linijos pločio didinimo koeficiento) vertė yra 3–6 diapazone, o jo momentinis dažnio pokytis gali siekti ± 2,5 GHz (atitinka čirpavimo parametrą C = 2,5 GHz/mA) esant 1 mA moduliacijos srovei, todėl impulso išplėtimo greitis po perdavimo 80 km G.652 šviesolaidžiu siekia 38 % (kaupiamoji dispersija D · L = 1360 ps/nm).
Bangos ilgio dalijimosi multipleksavimo (WDM) sistemose kanalų trukdžiai sukuria didesnes kliūtis. Pavyzdžiui, esant 50 GHz kanalų tarpui, keturių bangų maišymo (FWM) sukeliama trukdžių galia įprastose optinėse skaidulose turi apie 22 km efektyvų ilgį Leff.
Bangos ilgio dalijimosi multipleksavimo (WDM) sistemose kanalų tarpusavio trukdžiai sukuria didesnes kliūtis. Pavyzdžiui, esant 50 GHz kanalų atstumui, keturių bangų maišymo (FWM) sukuriamos interferencijos galios efektyvus ilgis yra Leff = 22 km (atitinka šviesolaidžio slopinimo koeficientą α = 0,22 dB/km).
Kai įėjimo galia padidinama iki +15 dBm, gretimų kanalų tarpusavio trukdžių lygis padidėja 7 dB (palyginti su -30 dB baziniu lygiu), todėl sistema yra priversta padidinti tiesioginės paklaidos korekcijos (FEC) perteklių nuo 7 % iki 20 %. Stimuliuotos Ramano sklaidos (SRS) sukeltas galios perdavimo efektas ilgo bangos ilgio kanaluose lemia maždaug 0,02 dB vienam kilometrui nuostolius, todėl C+L juostos (1530–1625 nm) sistemoje galios kritimas siekia iki 3,5 dB. Reikalingas realaus laiko nuolydžio kompensavimas naudojant dinaminį stiprinimo ekvalaizerį (DGE).
Šių fizikinių efektų sistemos našumo ribą galima kiekybiškai įvertinti pralaidumo ir atstumo sandauga (B · L): tipinės NRZ moduliacijos sistemos G.655 šviesolaidyje (dispersiškai kompensuotame šviesolaidyje) B · L yra maždaug 18000 (Gb/s) · km, o naudojant PDM-QPSK moduliaciją ir koherentinės detekcijos technologiją šį rodiklį galima pagerinti iki 280000 (Gb/s) · km (@ SD-FEC stiprinimas 9,5 dB).
Pažangiausias 7 branduolių x 3 režimų erdvinio dalijimo multipleksavimo (SDM) šviesolaidis laboratorinėje aplinkoje, silpnai sujungdamas tarp branduolių skersinio trukdymo valdymą (<-40 dB/km), pasiekė 15,6 Pb/s · km perdavimo pajėgumą (vieno šviesolaidžio pajėgumas – 1,53 Pb/sx perdavimo atstumas – 10,2 km).
Norint pasiekti Šenono ribą, šiuolaikinės sistemos turi kartu taikyti tikimybių formavimo (PS-256QAM, pasiekiant 0,8 dB formavimo stiprinimą), neuroninio tinklo išlyginimo (NL kompensavimo efektyvumas pagerintas 37 %) ir paskirstyto Ramano stiprinimo (DRA, stiprinimo nuolydžio tikslumas ± 0,5 dB) technologijas, kad padidintų vieno nešlio 400G PDM-64QAM perdavimo Q koeficientą 2 dB (nuo 12 dB iki 14 dB) ir sumažintų OSNR toleranciją iki 17,5 dB / 0,1 nm (@ BER = 2e-2).
Įrašo laikas: 2025 m. birželio 12 d.