A modern optikai kommunikációs rendszerekben a nagyobb kapacitás és a hosszabb átviteli távolság elérésére törekedve a zaj, mint alapvető fizikai korlát, mindig is korlátozta a teljesítményjavulást.
Egy tipikus esetbenEDFAEgy erbiummal adalékolt szálas erősítőrendszerben minden optikai átviteli szakasz körülbelül 0,1 dB felhalmozott spontán emissziós zajt (ASE) generál, amely az erősítési folyamat során a fény/elektron kölcsönhatás kvantumvéletlenszerű természetében gyökerezik.
Ez a fajta zaj pikoszekundumos szintű időzítési jitterként jelentkezik az időtartományban. A jittermodell-előrejelzés szerint 30ps/(nm · km) diszperziós együttható esetén a jitter 1000 km átvitelekor 12ps-sel nő. A frekvenciatartományban ez az optikai jel-zaj viszony (OSNR) csökkenéséhez vezet, ami 3,2 dB-es érzékenységveszteséget eredményez (@ BER=1e-9) a 40 Gbps-os NRZ rendszerben.
A komolyabb kihívást a szálak nemlineáris hatásainak és diszperziójának dinamikus csatolása jelenti - a hagyományos egymódusú szál (G.652) diszperziós együtthatója az 1550 nm-es ablakban 17 ps/(nm · km), kombinálva az önfázis-moduláció (SPM) által okozott nemlineáris fázistolódással. Amikor a bemeneti teljesítmény meghaladja a 6 dBm-et, az SPM-hatás jelentősen torzítja az impulzushullám-alakzatot.
A fenti ábrán látható 960 Gbps-os PDM-16QAM rendszerben a szemnyitás 200 km-es átvitel után a kezdeti érték 82%-a, a Q-tényező pedig 14 dB-en marad (ami BER ≈ 3e-5-nek felel meg); Amikor a távolságot 400 km-re növeljük, a fáziskereszt-moduláció (XPM) és a négyhullámú keverés (FWM) együttes hatása miatt a szemnyitás mértéke hirtelen 63%-ra csökken, és a rendszer hibaaránya meghaladja a 10 ^ -12-es kemény döntésű FEC hibakorrekciós határértéket.
Érdemes megjegyezni, hogy a direkt modulációs lézer (DML) frekvencia csipogás hatása romlik - egy tipikus DFB lézer alfa paraméterének (vonalszélesség-növelési tényező) értéke 3-6 tartományban van, és a pillanatnyi frekvenciaváltozása elérheti a ± 2,5 GHz-et (ami a C=2,5 GHz/mA csipogási paraméternek felel meg) 1 mA modulációs áramnál, ami 38%-os impulzus-szélesedési sebességet (kumulatív diszperzió D · L=1360 ps/nm) eredményez egy 80 km-es G.652 szálon keresztüli átvitel után.
A hullámhossz-osztásos multiplexeléses (WDM) rendszerekben a csatornaáthallás nagyobb akadályokat képez. Az 50 GHz-es csatornaosztást tekintve, a négyhullámú keverés (FWM) által okozott interferenciateljesítmény a hagyományos optikai szálakban körülbelül 22 km effektív hossza Leff.
A hullámhossz-osztásos multiplexeléses (WDM) rendszerekben a csatornaáthallás nagyobb akadályokat képez. Az 50 GHz-es csatornaosztást példaként véve, a négyhullámú keverés (FWM) által generált interferenciateljesítmény effektív hossza Leff=22km (ami α=0,22 dB/km szálcsillapítási együtthatónak felel meg).
Amikor a bemeneti teljesítmény +15 dBm-re nő, a szomszédos csatornák közötti áthallási szint 7 dB-lel nő (a -30 dB-es alapértékhez képest), ami arra kényszeríti a rendszert, hogy a hibajavító (FEC) redundanciát 7%-ról 20%-ra növelje. A stimulált Raman-szórás (SRS) által okozott teljesítményátviteli hatás körülbelül 0,02 dB/kilométer veszteséget eredményez a hosszú hullámhosszú csatornákon, ami akár 3,5 dB teljesítményesést is eredményezhet a C+L sávban (1530-1625 nm). Valós idejű meredekség-kompenzációra van szükség egy dinamikus erősítés-kiegyenlítőn (DGE) keresztül.
Ezen fizikai hatások együttes rendszerteljesítmény-korlátja a sávszélesség-távolság szorzattal (B · L) számszerűsíthető: egy tipikus NRZ modulációs rendszer B · L értéke G.655 szálban (diszperziókompenzált szál) körülbelül 18000 (Gb/s) · km, míg PDM-QPSK modulációval és koherens detektálási technológiával ez a mutató 280000 (Gb/s) · km-re javítható (@ SD-FEC erősítés 9,5 dB).
A legmodernebb 7 magos x 3 módusú térosztásos multiplexelő szál (SDM) laboratóriumi környezetben 15,6 Pb/s · km átviteli kapacitást ért el (egyetlen szál kapacitása 1,53 Pb/sx átviteli távolság 10,2 km) a gyenge csatolású, magok közötti áthallás szabályozásának (<-40 dB/km) köszönhetően.
A Shannon-határ eléréséhez a modern rendszereknek együttesen kell alkalmazniuk a valószínűség-formálást (PS-256QAM, 0,8 dB-es alakítási erősítéssel), a neurális hálózati kiegyenlítést (az NL-kompenzáció hatékonysága 37%-kal javult) és az elosztott Raman-erősítést (DRA, erősítési meredekség pontossága ± 0,5 dB) az egyvivős 400G PDM-64QAM átvitel Q-tényezőjének 2 dB-lel (12 dB-ről 14 dB-re) történő növelése, és az OSNR toleranciát 17,5 dB/0,1 nm-re kell enyhíteniük (@ BER=2e-2).
Közzététel ideje: 2025. június 12.