Во потрагата по поголем капацитет и поголемо растојание на пренос во современите оптички комуникациски системи, бучавата, како фундаментално физичко ограничување, отсекогаш го ограничувала подобрувањето на перформансите.
Во типиченЕДФАВо систем за засилување со влакна допиран со ербиум, секој оптички преносен опсег генерира приближно 0,1 dB акумулиран спонтан емисионен шум (ASE), кој е вкоренет во квантната случајна природа на интеракцијата светлина/електрон за време на процесот на засилување.
Овој тип на шум се манифестира како временски треперење на ниво на пикосекунда во временскиот домен. Според предвидувањето на моделот на треперење, под услов на коефициент на дисперзија од 30ps/(nm · km), треперењето се зголемува за 12ps при пренесување на 1000km. Во фреквенцискиот домен, тоа доведува до намалување на односот оптички сигнал-шум (OSNR), што резултира со губење на чувствителноста од 3,2dB (@ BER=1e-9) во NRZ системот од 40Gbps.
Посериозниот предизвик доаѓа од динамичкото спојување на нелинеарните ефекти на влакната и дисперзијата - коефициентот на дисперзија на конвенционалното едномодно влакно (G.652) во прозорецот од 1550nm е 17ps/(nm · km), во комбинација со нелинеарното фазно поместување предизвикано од самофазна модулација (SPM). Кога влезната моќност надминува 6dBm, ефектот SPM значително ќе го наруши обликот на пулсниот бран.
Во системот PDM-16QAM од 960Gbps прикажан на горната слика, отворањето на очите по пренос од 200 km е 82% од почетната вредност, а факторот Q се одржува на 14dB (што одговара на BER ≈ 3e-5); Кога растојанието се продолжува на 400 km, комбинираниот ефект на вкрстена фазна модулација (XPM) и мешање на четири бранови (FWM) предизвикува степенот на отворање на очите нагло да се намали на 63%, а стапката на системска грешка ја надминува границата за корекција на грешки со тврда одлука на FEC од 10 ^ -12.
Вреди да се напомене дека ефектот на цврчење на фреквенцијата на ласерот за директна модулација (DML) ќе се влоши - вредноста на алфа параметарот (фактор на подобрување на ширината на линијата) на типичен DFB ласер е во опсег од 3-6, а неговата моментална промена на фреквенцијата може да достигне ± 2,5 GHz (што одговара на параметарот на цврчење C=2,5 GHz/mA) при струја на модулација од 1mA, што резултира со стапка на проширување на пулсот од 38% (кумулативна дисперзија D · L=1360ps/nm) по пренос преку 80km G.652 влакно.
Преслушувањето на каналите во системите за мултиплексирање со бранова должина (WDM) претставува подлабоки пречки. Земајќи го како пример растојанието помеѓу каналите од 50 GHz, моќноста на интерференција предизвикана од мешање на четири бранови (FWM) има ефективна должина Leff од околу 22 km во обичните оптички влакна.
Преслушувањето на каналите во системите за мултиплексирање со бранова должина (WDM) претставува подлабоки пречки. Земајќи го растојанието помеѓу каналите од 50 GHz како пример, ефективната должина на моќноста на интерференција генерирана со мешање на четири бранови (FWM) е Leff = 22 km (што одговара на коефициентот на слабеење на влакната α = 0,22 dB/km).
Кога влезната моќност се зголемува на +15dBm, нивото на прекрстување помеѓу соседните канали се зголемува за 7dB (во однос на основната линија од -30dB), принудувајќи го системот да ја зголеми редундантноста за корекција на грешки напред (FEC) од 7% на 20%. Ефектот на пренос на моќност предизвикан од стимулирано Раманово расејување (SRS) резултира со загуба од приближно 0,02dB на километар во канали со долга бранова должина, што доведува до пад на моќноста до 3,5dB во системот C+L опсег (1530-1625nm). Потребна е компензација на наклонот во реално време преку динамички еквилајзер на засилување (DGE).
Границата на системските перформанси на овие физички ефекти комбинирани може да се квантифицира со производот на растојанието на пропусниот опсег (B · L): B · L на типичен NRZ модулациски систем во G.655 влакно (дисперзионно компензирано влакно) е приближно 18000 (Gb/s) · km, додека со PDM-QPSK модулација и технологија на кохерентна детекција, овој индикатор може да се подобри на 280000 (Gb/s) · km (@ SD-FEC засилување 9.5dB).
Најсовременото 7-јадрено x 3-модно влакно со вселенска мултиплексирање (SDM) постигна преносен капацитет од 15,6 Pb/s · km (капацитет на единечно влакно од 1,53 Pb/sx преносно растојание од 10,2 km) во лабораториски средини преку слаба спојка и контрола на преслушувањето меѓу јадрата (<-40dB/km).
За да се приближат до Шеноновата граница, современите системи треба заеднички да усвојат технологии за обликување на веројатноста (PS-256QAM, постигнување засилување на обликувањето од 0,8dB), изедначување на невронската мрежа (ефикасност на NL компензација подобрена за 37%) и дистрибуирана Раманова амплификација (DRA, точност на наклонот на засилувањето ± 0,5dB) за да го зголемат Q факторот на пренос со еден носач 400G PDM-64QAM за 2dB (од 12dB до 14dB) и да ја олабават толеранцијата на OSNR на 17,5dB/0,1nm (@ BER=2e-2).
Време на објавување: 12 јуни 2025 година