În urmărirea unei capacități mai mari și a unei distanțe de transmisie mai lungi în sistemele moderne de comunicații optice, zgomotul, ca limitare fizică fundamentală, a constrâns întotdeauna îmbunătățirea performanței.
Într-un mod tipicEDFAÎntr-un sistem de amplificare cu fibră optică dopată cu erbiu, fiecare interval de transmisie optică generează aproximativ 0,1 dB de zgomot acumulat de emisie spontană (ASE), care își are rădăcina în natura aleatorie cuantică a interacțiunii lumină/electron în timpul procesului de amplificare.
Acest tip de zgomot se manifestă ca un jitter de tip picosecundă în domeniul timp. Conform predicției modelului de jitter, în condițiile unui coeficient de dispersie de 30 ps/(nm · km), jitterul crește cu 12 ps la transmiterea pe o distanță de 1000 km. În domeniul frecvenței, acesta duce la o scădere a raportului semnal-zgomot optic (OSNR), rezultând o pierdere de sensibilitate de 3,2 dB (@ BER=1e-9) în sistemul NRZ de 40 Gbps.
Cea mai serioasă provocare vine din cuplarea dinamică a efectelor neliniare ale fibrei și a dispersiei - coeficientul de dispersie al fibrei monomodale convenționale (G.652) în fereastra de 1550 nm este de 17 ps/(nm · km), combinat cu defazajul neliniar cauzat de automodulația de fază (SPM). Când puterea de intrare depășește 6 dBm, efectul SPM va distorsiona semnificativ forma de undă a impulsului.
În sistemul PDM-16QAM de 960 Gbps prezentat în figura de mai sus, deschiderea ochiului după o transmisie de 200 km este de 82% din valoarea inițială, iar factorul Q este menținut la 14 dB (corespunzător BER ≈ 3e-5); Când distanța este extinsă la 400 km, efectul combinat al modulației încrucișate de fază (XPM) și al amestecării a patru unde (FWM) determină o scădere bruscă a gradului de deschidere a ochiului la 63%, iar rata de eroare a sistemului depășește limita de corecție a erorilor FEC pentru decizii stricte de 10^-12.
Este demn de remarcat faptul că efectul de cirip de frecvență al laserului cu modulație directă (DML) se va înrăutăți - valoarea parametrului alfa (factorul de îmbunătățire a lățimii liniei) al unui laser DFB tipic este în intervalul 3-6, iar schimbarea instantanee a frecvenței sale poate ajunge la ± 2,5 GHz (corespunzător parametrului cirip C = 2,5 GHz/mA) la un curent de modulație de 1 mA, rezultând o rată de lărgire a impulsurilor de 38% (dispersie cumulativă D · L = 1360 ps/nm) după transmisia printr-o fibră G.652 de 80 km.
Diafonia canalului în sistemele de multiplexare prin diviziune de lungime de undă (WDM) constituie obstacole mai profunde. Luând ca exemplu distanța dintre canale de 50 GHz, puterea de interferență cauzată de amestecarea a patru unde (FWM) are o lungime efectivă Leff de aproximativ 22 km în fibrele optice obișnuite.
Diafonia canalului în sistemele de multiplexare prin diviziune de lungime de undă (WDM) constituie obstacole mai importante. Luând ca exemplu spațierea canalului de 50 GHz, lungimea efectivă a puterii de interferență generată de amestecarea a patru unde (FWM) este Leff = 22 km (corespunzător coeficientului de atenuare a fibrei α = 0,22 dB/km).
Când puterea de intrare este crescută la +15dBm, nivelul de diafonie dintre canalele adiacente crește cu 7dB (față de valoarea de bază de -30dB), forțând sistemul să crească redundanța de corecție a erorilor directe (FEC) de la 7% la 20%. Efectul de transfer de putere cauzat de împrăștierea Raman stimulată (SRS) are ca rezultat o pierdere de aproximativ 0,02dB pe kilometru în canalele cu lungime de undă lungă, ceea ce duce la o scădere de putere de până la 3,5dB în sistemul cu banda C+L (1530-1625nm). Compensarea pantei în timp real este necesară prin intermediul unui egalizator dinamic de câștig (DGE).
Limita de performanță a sistemului pentru aceste efecte fizice combinate poate fi cuantificată prin produsul distanței în lățime de bandă (B · L): B · L a unui sistem tipic de modulație NRZ în fibră G.655 (fibră cu compensare a dispersiei) este de aproximativ 18000 (Gb/s) · km, în timp ce cu modulația PDM-QPSK și tehnologia de detecție coerentă, acest indicator poate fi îmbunătățit la 280000 (Gb/s) · km (@ câștig SD-FEC 9.5dB).
Fibra optică de multiplexare cu diviziune spațială (SDM) de ultimă generație cu 7 fire x 3 moduri a atins o capacitate de transmisie de 15,6 Pb/s · km (capacitate a unei singure fibre de 1,53 Pb/s x distanță de transmisie de 10,2 km) în medii de laborator printr-un control slab al diafoniei între fire (<-40 dB/km).
Pentru a se apropia de limita Shannon, sistemele moderne trebuie să adopte împreună tehnologii de modelare a probabilității (PS-256QAM, atingând un câștig de modelare de 0,8 dB), egalizare a rețelelor neuronale (eficiență de compensare NL îmbunătățită cu 37%) și amplificare Raman distribuită (DRA, precizie a pantei câștigului ± 0,5 dB) pentru a crește factorul Q al transmisiei cu purtătoare unică 400G PDM-64QAM cu 2 dB (de la 12 dB la 14 dB) și pentru a relaxa toleranța OSNR la 17,5 dB/0,1 nm (@ BER=2e-2).
Data publicării: 12 iunie 2025