Tiecoties pēc lielākas jaudas un garāka pārraides attāluma mūsdienu optiskajās sakaru sistēmās, troksnis kā fundamentāls fizisks ierobežojums vienmēr ir ierobežojis veiktspējas uzlabošanu.
Tipiskā veidāEDFAErbija dopētā šķiedru pastiprinātāja sistēmā katrs optiskās pārraides posms ģenerē aptuveni 0,1 dB uzkrāta spontānas emisijas trokšņa (ASE), kas sakņojas gaismas/elektronu mijiedarbības kvantu nejaušības dabā pastiprināšanas procesa laikā.
Šāda veida troksnis laika apgabalā izpaužas kā pikosekundes līmeņa laika svārstības. Saskaņā ar svārstību modeļa prognozi, ja dispersijas koeficients ir 30 ps/(nm · km), svārstības palielinās par 12 ps, pārraidot 1000 km. Frekvenču apgabalā tas noved pie optiskā signāla un trokšņa attiecības (OSNR) samazināšanās, kā rezultātā jutības zudums 40 Gbps NRZ sistēmā ir 3,2 dB (@ BER=1e-9).
Nopietnāks izaicinājums rodas no šķiedras nelineāro efektu un dispersijas dinamiskās sasaistes — parastās vienmoda šķiedras (G.652) dispersijas koeficients 1550 nm logā ir 17 ps/(nm · km), apvienojumā ar nelineāro fāzes nobīdi, ko izraisa pašfāzes modulācija (SPM). Kad ieejas jauda pārsniedz 6 dBm, SPM efekts ievērojami kropļos impulsa viļņu formu.
Iepriekš attēlā redzamajā 960 Gbps PDM-16QAM sistēmā acu atvērums pēc 200 km pārraides ir 82% no sākotnējās vērtības, un Q koeficients tiek uzturēts 14 dB līmenī (atbilst BER ≈ 3e-5); Kad attālums tiek palielināts līdz 400 km, šķērsfāzes modulācijas (XPM) un četru viļņu sajaukšanas (FWM) kombinētā ietekme izraisa acu atvēruma pakāpes strauju samazināšanos līdz 63%, un sistēmas kļūdu līmenis pārsniedz stingrās FEC kļūdu korekcijas robežu 10 ^ -12.
Jāatzīmē, ka tiešās modulācijas lāzera (DML) frekvences čirpēšanas efekts pasliktināsies — tipiska DFB lāzera alfa parametra (līnijas platuma pastiprināšanas koeficienta) vērtība ir diapazonā no 3 līdz 6, un tā momentānā frekvences izmaiņa var sasniegt ± 2,5 GHz (atbilst čirpēšanas parametram C=2,5 GHz/mA) pie modulācijas strāvas 1 mA, kā rezultātā impulsa paplašināšanās ātrums ir 38 % (kumulatīvā dispersija D · L=1360 ps/nm) pēc pārraides caur 80 km garu G.652 šķiedru.
Viļņu garuma dalīšanas multipleksēšanas (WDM) sistēmās kanālu šķērsruna rada dziļākus šķēršļus. Piemēram, ņemot 50 GHz kanālu atstatumu, četru viļņu sajaukšanas (FWM) radītās traucējumu jaudas efektīvais garums Leff parastajās optiskajās šķiedrās ir aptuveni 22 km.
Viļņu garuma dalīšanas multipleksēšanas (WDM) sistēmās kanālu šķērsruna rada dziļākus šķēršļus. Piemēram, ja kanālu atstatums ir 50 GHz, četru viļņu sajaukšanas (FWM) radītās traucējumu jaudas efektīvais garums ir Leff = 22 km (atbilst šķiedras vājināšanās koeficientam α = 0,22 dB/km).
Kad ieejas jauda tiek palielināta līdz +15 dBm, šķērsrunas līmenis starp blakus esošajiem kanāliem palielinās par 7 dB (salīdzinājumā ar -30 dB bāzes līniju), piespiežot sistēmu palielināt tiešās kļūdas korekcijas (FEC) redundanci no 7% līdz 20%. Stimulētās Ramana izkliedes (SRS) izraisītais jaudas pārneses efekts rada aptuveni 0,02 dB zudumus uz kilometru garo viļņu garuma kanālos, kā rezultātā C+L joslas (1530–1625 nm) sistēmā jaudas kritums sasniedz pat 3,5 dB. Ir nepieciešama reāllaika slīpuma kompensācija, izmantojot dinamisko pastiprinājuma ekvalaizeru (DGE).
Šo fizisko efektu kombinētās sistēmas veiktspējas ierobežojumu var kvantificēt ar joslas platuma un attāluma reizinājumu (B · L): tipiskas NRZ modulācijas sistēmas B · L G.655 šķiedrā (dispersijas kompensētā šķiedra) ir aptuveni 18000 (Gb/s) · km, savukārt ar PDM-QPSK modulāciju un koherences noteikšanas tehnoloģiju šo rādītāju var uzlabot līdz 280000 (Gb/s) · km (@ SD-FEC pastiprinājums 9,5 dB).
Modernākā 7 kodolu x 3 režīmu telpiskās dalīšanas multipleksēšanas šķiedra (SDM) laboratorijas vidē ir sasniegusi pārraides jaudu 15,6 Pb/s · km (vienas šķiedras jauda 1,53 Pb/sx pārraides attālums 10,2 km), izmantojot vājas savienojuma starp kodoliem šķērsrunas kontroli (<-40 dB/km).
Lai tuvotos Šenona robežai, mūsdienu sistēmām kopīgi jāievieš varbūtības veidošanas (PS-256QAM, sasniedzot 0,8 dB veidošanas pastiprinājumu), neironu tīkla izlīdzināšanas (NL kompensācijas efektivitāte uzlabota par 37%) un izkliedētās Ramana pastiprināšanas (DRA, pastiprinājuma slīpuma precizitāte ± 0,5 dB) tehnoloģijas, lai palielinātu viena nesēja 400G PDM-64QAM pārraides Q koeficientu par 2 dB (no 12 dB līdz 14 dB) un samazinātu OSNR pielaidi līdz 17,5 dB/0,1 nm (@ BER = 2e-2).
Publicēšanas laiks: 2025. gada 12. jūnijs