В преследването на по-висок капацитет и по-дълги разстояния на предаване в съвременните оптични комуникационни системи, шумът, като фундаментално физическо ограничение, винаги е ограничавал подобряването на производителността.
В типиченЕДФАВ система за усилване с оптични влакна, легирани с ербий, всеки оптичен обхват на предаване генерира приблизително 0,1 dB натрупан спонтанен емисионен шум (ASE), който се корени в квантовия случайен характер на взаимодействието светлина/електрон по време на процеса на усилване.
Този тип шум се проявява като пикосекундно трептене във времевата област. Според прогнозата на модела на трептене, при условие на коефициент на дисперсия от 30ps/(nm · km), трептенето се увеличава с 12ps при предаване на 1000km. В честотната област това води до намаляване на съотношението оптичен сигнал/шум (OSNR), което води до загуба на чувствителност от 3.2dB (@ BER=1e-9) в 40Gbps NRZ системата.
По-сериозното предизвикателство идва от динамичното свързване на нелинейните ефекти и дисперсията на влакната - коефициентът на дисперсия на конвенционалното едномодово влакно (G.652) в диапазона 1550nm е 17ps/(nm · km), комбиниран с нелинейното фазово изместване, причинено от самофазова модулация (SPM). Когато входната мощност надвиши 6dBm, SPM ефектът значително ще изкриви формата на импулса.
В показаната на горната фигура 960Gbps PDM-16QAM система, отворът на окото след предаване от 200 км е 82% от началната стойност, а Q факторът се поддържа на 14dB (съответстващо на BER ≈ 3e-5); Когато разстоянието се удължи до 400 км, комбинираният ефект на кръстосаната фазова модулация (XPM) и четиривълновото смесване (FWM) води до рязък спад на степента на отваряне на окото до 63%, а процентът на системни грешки надвишава ограничението за корекция на грешките на FEC от 10^-12.
Струва си да се отбележи, че ефектът на честотния чирп на лазера с директна модулация (DML) ще се влоши - стойността на алфа параметъра (коефициент на усилване на ширината на линията) на типичен DFB лазер е в диапазона от 3-6, а моментната му промяна на честотата може да достигне ± 2,5 GHz (съответстващо на параметъра на чирп C=2,5 GHz/mA) при модулационен ток от 1 mA, което води до скорост на разширяване на импулса от 38% (кумулативна дисперсия D · L=1360 ps/nm) след предаване през 80 km G.652 влакно.
Пресечните смущения в каналите в системите с мултиплексиране с разделяне по дължина на вълната (WDM) представляват по-дълбоки препятствия. Вземайки за пример каналното разстояние от 50 GHz, мощността на смущение, причинена от смесване на четири вълни (FWM), има ефективна дължина Leff от около 22 km в обикновените оптични влакна.
Пресечните смущения в каналите в системите с мултиплексиране с разделяне на дължините на вълната (WDM) представляват по-дълбоки препятствия. Вземайки за пример каналното разстояние от 50 GHz, ефективната дължина на смущаващата мощност, генерирана от четиривълново смесване (FWM), е Leff = 22 km (съответстващо на коефициент на затихване във влакното α = 0,22 dB/km).
Когато входната мощност се увеличи до +15dBm, нивото на кръстосано смущение между съседните канали се увеличава със 7dB (спрямо базовата линия от -30dB), което принуждава системата да увеличи излишъка от корекция на грешките напред (FEC) от 7% на 20%. Ефектът на пренос на мощност, причинен от стимулирано раманово разсейване (SRS), води до загуба от приблизително 0,02dB на километър в канали с дълга дължина на вълната, което води до спад на мощността до 3,5dB в системата C+L лента (1530-1625nm). Необходима е компенсация на наклона в реално време чрез динамичен еквалайзер на усилването (DGE).
Границата на системната производителност на тези комбинирани физически ефекти може да се определи количествено чрез произведение на разстоянието на честотната лента (B · L): B · L на типична NRZ модулационна система в G.655 оптично влакно (оптично влакно с компенсирана дисперсия) е приблизително 18000 (Gb/s) · km, докато с PDM-QPSK модулация и технология за кохерентно детектиране този показател може да се подобри до 280000 (Gb/s) · km (@ SD-FEC gain 9.5dB).
Авангардното 7-ядрено x 3-модово оптично влакно с пространствено разделяне (SDM) е постигнало капацитет на предаване от 15.6Pb/s · km (капацитет на едно влакно от 1.53Pb/sx разстояние на предаване от 10.2 km) в лабораторни условия чрез слаб контрол на междуядрените смущения (<-40dB/km).
За да се доближат до границата на Шанън, съвременните системи трябва съвместно да възприемат технологии за вероятностно оформяне (PS-256QAM, постигане на усилване на оформянето от 0.8dB), изравняване на невронни мрежи (ефективността на компенсация на NL подобрена с 37%) и разпределено раманово усилване (DRA, точност на наклона на усилването ± 0.5dB), за да увеличат Q фактора на предаването с единична носеща честота 400G PDM-64QAM с 2dB (от 12dB на 14dB) и да намалят толеранса на OSNR до 17.5dB/0.1nm (@ BER=2e-2).
Време на публикуване: 12 юни 2025 г.