У імкненні да большай прапускной здольнасці і большай адлегласці перадачы ў сучасных аптычных сістэмах сувязі шум, як фундаментальнае фізічнае абмежаванне, заўсёды стрымліваў паляпшэнне прадукцыйнасці.
У тыповымЭДФАУ сістэме ўзмацняльніка з валаконным валакном, легаваным эрбіем, кожны аптычны прамежак перадачы генеруе прыблізна 0,1 дБ назапашанага шуму спантаннага выпраменьвання (ASE), які звязаны з квантавай выпадковай прыродай узаемадзеяння святла з электронам падчас працэсу ўзмацнення.
Гэты тып шуму праяўляецца як пікасекунднае ваганне часу ў часавой вобласці. Згодна з прагназаваннем мадэлі вагання, пры ўмове каэфіцыента дысперсіі 30 пс/(нм · км) ваганне павялічваецца на 12 пс пры перадачы на 1000 км. У частотнай вобласці гэта прыводзіць да зніжэння аптычнага стаўлення сігнал/шум (OSNR), што прыводзіць да страты адчувальнасці на 3,2 дБ (@BER=1e-9) у сістэме NRZ 40 Гбіт/с.
Больш сур'ёзная праблема ўзнікае з-за дынамічнай сувязі нелінейных эфектаў валакна і дысперсіі - каэфіцыент дысперсіі звычайнага аднакаляровага валакна (G.652) у акне 1550 нм складае 17 пс/(нм · км) у спалучэнні з нелінейным зрухам фазы, выкліканым самафазавай мадуляцыяй (SPM). Калі ўваходная магутнасць перавышае 6 дБм, эфект SPM значна скажае форму імпульснага сігналу.
У сістэме PDM-16QAM з прапускной здольнасцю 960 Гбіт/с, паказанай на малюнку вышэй, раскрыццё вока пасля перадачы на адлегласці 200 км складае 82% ад пачатковага значэння, а каэфіцыент добрасці падтрымліваецца на ўзроўні 14 дБ (што адпавядае BER ≈ 3e-5); пры павелічэнні адлегласці да 400 км сукупны эфект крос-фазавай мадуляцыі (XPM) і чатыроххвалевага змешвання (FWM) прыводзіць да рэзкага зніжэння ступені раскрыцця вока да 63%, а ўзровень памылак сістэмы перавышае мяжу карэкцыі памылак FEC жорсткага рашэння 10^-12.
Варта адзначыць, што эфект чырп-імпульса лазера з прамой мадуляцыяй (DML) пагоршыцца — значэнне параметра альфа (каэфіцыент павелічэння шырыні лініі) тыповага DFB-лазера знаходзіцца ў дыяпазоне 3-6, а яго імгненнае змяненне частаты можа дасягаць ± 2,5 ГГц (што адпавядае параметру чырп-імпульса C=2,5 ГГц/мА) пры току мадуляцыі 1 мА, што прыводзіць да хуткасці пашырэння імпульсу 38% (сумарная дысперсія D · L=1360 пс/нм) пасля перадачы праз валакно G.652 даўжынёй 80 км.
Перакрыжаваныя перашкоды ў каналах у сістэмах мультыплексавання з падзелам хваль (WDM) ствараюць больш глыбокія перашкоды. Калі ў якасці прыкладу выкарыстоўваць міжканальны інтэрвал 50 ГГц, то магутнасць перашкод, выкліканая чатыроххвалевым змешваннем (FWM), мае эфектыўную даўжыню Leff каля 22 км у звычайных аптычных валокнах.
Перакрыжаваныя перашкоды ў каналах у сістэмах мультыплексавання з падзелам па даўжынях хваль (WDM) ствараюць больш глыбокія перашкоды. У якасці прыкладу, калі ўзяць разнос каналаў 50 ГГц, эфектыўная даўжыня магутнасці перашкоды, якая генеруецца чатыроххвалевым змешваннем (FWM), складае Leff = 22 км (што адпавядае каэфіцыенту аслаблення валакна α = 0,22 дБ/км).
Калі ўваходная магутнасць павялічваецца да +15 дБм, узровень перакрыжаваных перашкод паміж суседнімі каналамі павялічваецца на 7 дБ (адносна базавага ўзроўню -30 дБ), што прымушае сістэму павялічыць рэзерваванне прамой карэкцыі памылак (FEC) з 7% да 20%. Эфект перадачы магутнасці, выкліканы вымушаным раманаўскім рассейваннем (SRS), прыводзіць да страты прыблізна 0,02 дБ на кіламетр у доўгахвалевых каналах, што прыводзіць да падзення магутнасці да 3,5 дБ у сістэме дыяпазону C+L (1530-1625 нм). Патрабуецца кампенсацыя нахілу ў рэжыме рэальнага часу з дапамогай дынамічнага эквалайзера ўзмацнення (DGE).
Ліміт прадукцыйнасці сістэмы, атрыманы з-за гэтых фізічных эфектаў, можна колькасна вызначыць з дапамогай здабытку адлегласці прапускной здольнасці (B · L): B · L тыповай сістэмы мадуляцыі NRZ у валакне G.655 (валакно з кампенсацыяй дысперсіі) складае прыблізна 18000 (Гбіт/с) · км, у той час як з мадуляцыяй PDM-QPSK і тэхналогіяй кагерэнтнага выяўлення гэты паказчык можна палепшыць да 280000 (Гбіт/с) · км (@каэфіцыент узмацнення SD-FEC 9,5 дБ).
Перадавое 7-жыльнае 3-модавае валакно з прасторавым мультыплексаваннем (SDM) дасягнула прапускной здольнасці 15,6 Пбіт/с · км (прапускная здольнасць аднаго валакна складае 1,53 Пбіт/с на адлегласць перадачы 10,2 км) у лабараторных умовах дзякуючы слабаму кантролю міжжыльных перагародак (<-40 дБ/км).
Каб дасягнуць мяжы Шэнана, сучасным сістэмам неабходна сумесна выкарыстоўваць тэхналогіі фармавання імавернасцей (PS-256QAM, што дасягае каэфіцыента ўзмацнення 0,8 дБ), выраўноўвання нейронных сетак (эфектыўнасць кампенсацыі NL палепшана на 37%) і размеркаванага ўзмацнення Рамана (DRA, дакладнасць нахілу ўзмацнення ± 0,5 дБ), каб павялічыць каэфіцыент добрасці перадачы адной носьбіткі 400G PDM-64QAM на 2 дБ (з 12 дБ да 14 дБ) і паслабіць дапушчальнае значэнне OSNR да 17,5 дБ/0,1 нм (@ BER=2e-2).
Час публікацыі: 12 чэрвеня 2025 г.