U potrazi za većim kapacitetom i većim prijenosnim udaljenostima u modernim optičkim komunikacijskim sustavima, šum, kao temeljno fizičko ograničenje, oduvijek je ograničavao poboljšanje performansi.
U tipičnomEDFAU sustavu pojačala s vlaknima dopiranim erbijem, svaki raspon optičkog prijenosa generira približno 0,1 dB akumuliranog spontanog emisijskog šuma (ASE), koji je ukorijenjen u kvantno slučajnoj prirodi interakcije svjetlosti i elektrona tijekom procesa pojačanja.
Ova vrsta šuma manifestira se kao podrhtavanje vremena na razini pikosekunde u vremenskoj domeni. Prema predviđanju modela podrhtavanja, pod uvjetom koeficijenta disperzije od 30 ps/(nm · km), podrhtavanje se povećava za 12 ps pri prijenosu na 1000 km. U frekvencijskoj domeni dovodi do smanjenja omjera optičkog signala i šuma (OSNR), što rezultira gubitkom osjetljivosti od 3,2 dB (@ BER=1e-9) u 40 Gbps NRZ sustavu.
Veći izazov dolazi od dinamičkog spajanja nelinearnih učinaka i disperzije vlakana - koeficijent disperzije konvencionalnog jednomodnog vlakna (G.652) u prozoru od 1550 nm iznosi 17 ps/(nm · km), u kombinaciji s nelinearnim faznim pomakom uzrokovanim samofaznom modulacijom (SPM). Kada ulazna snaga premaši 6 dBm, SPM učinak će značajno iskriviti valni oblik impulsa.
U 960Gbps PDM-16QAM sustavu prikazanom na gornjoj slici, otvor oka nakon prijenosa od 200 km iznosi 82% početne vrijednosti, a Q faktor se održava na 14dB (što odgovara BER ≈ 3e-5); Kada se udaljenost produži na 400 km, kombinirani učinak unakrsne fazne modulacije (XPM) i miješanja četiriju valova (FWM) uzrokuje nagli pad stupnja otvora oka na 63%, a stopa pogreške sustava premašuje ograničenje korekcije pogrešaka FEC-a od 10^-12.
Vrijedi napomenuti da će se učinak cvrkutanja frekvencije lasera s direktnom modulacijom (DML) pogoršati - vrijednost alfa parametra (faktor poboljšanja širine linije) tipičnog DFB lasera je u rasponu od 3-6, a njegova trenutna promjena frekvencije može doseći ± 2,5 GHz (što odgovara parametru cvrkutanja C=2,5 GHz/mA) pri modulacijskoj struji od 1 mA, što rezultira stopom širenja impulsa od 38% (kumulativna disperzija D · L=1360 ps/nm) nakon prijenosa kroz 80 km G.652 vlakno.
Preslušavanje kanala u sustavima s multipleksiranjem valne duljine (WDM) predstavlja dublje prepreke. Uzimajući razmak kanala od 50 GHz kao primjer, snaga interferencije uzrokovana miješanjem četiriju valova (FWM) ima efektivnu duljinu Leff od oko 22 km u običnim optičkim vlaknima.
Preslušavanje kanala u sustavima s multipleksiranjem valne duljine (WDM) predstavlja dublje prepreke. Uzimajući razmak kanala od 50 GHz kao primjer, efektivna duljina snage interferencije generirane miješanjem četiriju valova (FWM) iznosi Leff = 22 km (što odgovara koeficijentu slabljenja vlakana α = 0,22 dB/km).
Kada se ulazna snaga poveća na +15dBm, razina preslušavanja između susjednih kanala povećava se za 7dB (u odnosu na osnovnu vrijednost od -30dB), prisiljavajući sustav da poveća redundanciju korekcije pogrešaka unaprijed (FEC) sa 7% na 20%. Učinak prijenosa snage uzrokovan stimuliranim Ramanovim raspršenjem (SRS) rezultira gubitkom od približno 0,02dB po kilometru u kanalima dugih valnih duljina, što dovodi do pada snage do 3,5dB u C+L pojasu (1530-1625nm) sustavu. Potrebna je kompenzacija nagiba u stvarnom vremenu putem dinamičkog izjednačivača pojačanja (DGE).
Granica performansi sustava ovih kombiniranih fizičkih učinaka može se kvantificirati umnoškom udaljenosti propusnosti (B · L): B · L tipičnog NRZ modulacijskog sustava u G.655 vlaknu (vlakno s kompenziranom disperzijom) iznosi približno 18000 (Gb/s) · km, dok se s PDM-QPSK modulacijom i tehnologijom koherentne detekcije ovaj pokazatelj može poboljšati na 280000 (Gb/s) · km (@ SD-FEC pojačanje 9,5 dB).
Vrhunsko 7-jezgreno x 3-modno optičko vlakno s prostornim multipleksiranjem (SDM) postiglo je prijenosni kapacitet od 15,6 Pb/s · km (kapacitet pojedinačnog vlakna od 1,53 Pb/sx prijenosna udaljenost od 10,2 km) u laboratorijskim okruženjima putem slabe kontrole preslušavanja među jezgrama (<-40 dB/km).
Kako bi se približili Shannonovoj granici, moderni sustavi moraju zajednički usvojiti tehnologije oblikovanja vjerojatnosti (PS-256QAM, postizanje pojačanja oblikovanja od 0,8 dB), izjednačavanja neuronske mreže (učinkovitost kompenzacije neuronske mreže poboljšana za 37%) i distribuiranog Ramanovog pojačanja (DRA, točnost nagiba pojačanja ± 0,5 dB) kako bi povećali Q faktor prijenosa jednog nosioca 400G PDM-64QAM za 2 dB (s 12 dB na 14 dB) i smanjili toleranciju OSNR-a na 17,5 dB/0,1 nm (@ BER=2e-2).
Vrijeme objave: 12. lipnja 2025.