เส้นทางทะลุขีดจำกัดแชนนอนสำหรับระบบส่งสัญญาณออปติกคืออะไร

ในระบบ PDM-16QAM 960Gbps ตามที่แสดงในรูปด้านบน การเปิดตาหลังจากการส่งข้อมูล 200 กม. จะอยู่ที่ 82% ของค่าเริ่มต้น และปัจจัย Q จะคงอยู่ที่ 14dB (สอดคล้องกับ BER ≈ 3e-5) เมื่อระยะทางขยายไปถึง 400 กม. ผลรวมของการมอดูเลตแบบเฟสข้าม (XPM) และการผสมคลื่นสี่คลื่น (FWM) ทำให้องศาการเปิดตาลดลงอย่างรวดเร็วเหลือ 63% และอัตราข้อผิดพลาดของระบบเกินขีดจำกัดการแก้ไขข้อผิดพลาด FEC การตัดสินใจที่ยากที่ 10 ^ -12

ที่น่าสังเกตก็คือเอฟเฟกต์ความถี่ของชิร์ปของเลเซอร์มอดูเลชั่นโดยตรง (DML) จะแย่ลง โดยค่าพารามิเตอร์อัลฟา (ปัจจัยเพิ่มความกว้างของเส้น) ของเลเซอร์ DFB ทั่วไปจะอยู่ในช่วง 3-6 และการเปลี่ยนแปลงความถี่ทันทีสามารถไปถึง ± 2.5GHz (สอดคล้องกับพารามิเตอร์ชิร์ป C=2.5GHz/mA) ที่กระแสมอดูเลชั่น 1mA ส่งผลให้มีอัตราการขยายพัลส์ 38% (การกระจายสะสม D · L=1360ps/nm) หลังจากส่งสัญญาณผ่านไฟเบอร์ G.652 ระยะทาง 80 กม.

ปัญหาการรบกวนระหว่างช่องสัญญาณในระบบมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งความยาวคลื่น (WDM) ถือเป็นอุปสรรคที่ลึกซึ้งกว่า ยกตัวอย่างเช่น ระยะห่างระหว่างช่องสัญญาณ 50 GHz กำลังรบกวนที่เกิดจากการผสมคลื่นสี่คลื่น (FWM) มีความยาว Leff ที่มีประสิทธิภาพประมาณ 22 กิโลเมตรในสายใยแก้วนำแสงทั่วไป

ปัญหาการรบกวนระหว่างช่องสัญญาณในระบบมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งความยาวคลื่น (WDM) ถือเป็นอุปสรรคที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้น ยกตัวอย่างเช่น ระยะห่างระหว่างช่องสัญญาณ 50 GHz ความยาวที่มีประสิทธิภาพของกำลังรบกวนที่เกิดจากการผสมคลื่นสี่คลื่น (FWM) คือ Leff = 22 กิโลเมตร (สอดคล้องกับค่าสัมประสิทธิ์การลดทอนสัญญาณของเส้นใยนำแสง α = 0.22 เดซิเบล/กิโลเมตร)

เมื่อเพิ่มกำลังไฟฟ้าเข้าเป็น +15dBm ระดับสัญญาณครอสทอล์คระหว่างช่องสัญญาณที่อยู่ติดกันจะเพิ่มขึ้น 7dB (เทียบกับค่าพื้นฐาน -30dB) บังคับให้ระบบต้องเพิ่มความซ้ำซ้อนของการแก้ไขข้อผิดพลาดล่วงหน้า (FEC) จาก 7% เป็น 20% ผลกระทบจากการถ่ายโอนกำลังไฟฟ้าที่เกิดจากการกระตุ้นการกระเจิงรามาน (SRS) ส่งผลให้เกิดการสูญเสียพลังงานประมาณ 0.02dB ต่อกิโลเมตรในช่องสัญญาณความยาวคลื่นยาว ส่งผลให้กำลังไฟฟ้าลดลงสูงสุด 3.5dB ในย่านความถี่ C+L (1530-1625nm) จำเป็นต้องมีการชดเชยความลาดชันแบบเรียลไทม์ผ่านเครื่องปรับอัตราขยายแบบไดนามิก (DGE)

ขีดจำกัดประสิทธิภาพของระบบจากผลทางกายภาพเหล่านี้เมื่อนำมารวมกันสามารถวัดได้จากผลคูณระยะทางแบนด์วิดท์ (B · L): B · L ของระบบการมอดูเลต NRZ ทั่วไปในไฟเบอร์ G.655 (ไฟเบอร์ที่มีการชดเชยการกระจาย) อยู่ที่ประมาณ 18,000 (Gb/s) · กม. ในขณะที่การมอดูเลต PDM-QPSK และเทคโนโลยีการตรวจจับแบบสอดคล้องกัน ตัวบ่งชี้สามารถปรับปรุงให้ดีขึ้นเป็น 280,000 (Gb/s) · กม. (@ กำไร SD-FEC 9.5dB)

ไฟเบอร์มัลติเพล็กซ์แบบแบ่งพื้นที่ 7 คอร์ x 3 โหมด (SDM) ที่ทันสมัยที่สุดบรรลุความสามารถในการส่งข้อมูล 15.6Pb/s · กม. (ความจุไฟเบอร์เดี่ยว 1.53Pb/sx ระยะส่งข้อมูล 10.2 กม.) ในสภาพแวดล้อมห้องปฏิบัติการผ่านการควบคุมครอสทอล์คระหว่างคอร์แบบมีการเชื่อมต่ออ่อน (<-40dB/กม.)

เพื่อเข้าใกล้ขีดจำกัดของแชนนอน ระบบสมัยใหม่จำเป็นต้องนำเทคโนโลยีการกำหนดรูปร่างความน่าจะเป็น (PS-256QAM ซึ่งบรรลุค่าเกนการกำหนดรูปร่าง 0.8dB) มาใช้ร่วมกัน การปรับสมดุลเครือข่ายประสาท (ประสิทธิภาพการชดเชย NL ดีขึ้น 37%) และการขยายรามานแบบกระจาย (DRA ความแม่นยำของความลาดชันของค่าเกน ± 0.5dB) เพื่อเพิ่มปัจจัย Q ของการส่งสัญญาณ 400G PDM-64QAM ของคลื่นพาหะเดี่ยวเป็น 2dB (จาก 12dB เป็น 14dB) และผ่อนคลายความคลาดเคลื่อนของ OSNR เหลือ 17.5dB/0.1nm (@ BER=2e-2)