U potrazi za većim kapacitetom i dužim dometom prenosa u modernim optičkim komunikacijskim sistemima, šum, kao fundamentalno fizičko ograničenje, oduvijek je ograničavao poboljšanje performansi.
U tipičnomEDFAU sistemu pojačala sa vlaknima dopiranim erbijem, svaki raspon optičkog prenosa generiše približno 0,1 dB akumuliranog spontanog emisionog šuma (ASE), koji je ukorijenjen u kvantno slučajnoj prirodi interakcije svjetlosti/elektrona tokom procesa pojačavanja.
Ova vrsta šuma se manifestuje kao podrhtavanje vremena na nivou pikosekunde u vremenskom domenu. Prema predviđanju modela podrhtavanja, pod uslovom koeficijenta disperzije od 30ps/(nm · km), podrhtavanje se povećava za 12ps pri prenosu na 1000km. U frekvencijskom domenu, to dovodi do smanjenja odnosa optičkog signala i šuma (OSNR), što rezultira gubitkom osjetljivosti od 3,2dB (@ BER=1e-9) u 40Gbps NRZ sistemu.
Veći izazov dolazi od dinamičkog sprezanja nelinearnih efekata i disperzije vlakna - koeficijent disperzije konvencionalnog jednomodnog vlakna (G.652) u prozoru od 1550nm iznosi 17ps/(nm · km), u kombinaciji s nelinearnim faznim pomakom uzrokovanim samofaznom modulacijom (SPM). Kada ulazna snaga premaši 6dBm, SPM efekat će značajno iskriviti oblik pulsnog talasa.
U 960Gbps PDM-16QAM sistemu prikazanom na gornjoj slici, otvor oka nakon prenosa od 200 km iznosi 82% početne vrijednosti, a Q faktor se održava na 14dB (što odgovara BER ≈ 3e-5); Kada se udaljenost produži na 400 km, kombinovani efekat unakrsne fazne modulacije (XPM) i miješanja četiri talasa (FWM) uzrokuje da stepen otvaranja oka naglo padne na 63%, a stopa greške sistema prelazi granicu korekcije grešaka FEC-a od 10^-12.
Vrijedi napomenuti da će se efekat frekventnog cvrkutanja direktno modulacionog lasera (DML) pogoršati - vrijednost alfa parametra (faktor poboljšanja širine linije) tipičnog DFB lasera je u rasponu od 3-6, a njegova trenutna promjena frekvencije može doseći ± 2,5 GHz (što odgovara parametru cvrkutanja C=2,5 GHz/mA) pri modulacionoj struji od 1 mA, što rezultira stopom širenja impulsa od 38% (kumulativna disperzija D · L=1360 ps/nm) nakon prenosa kroz 80 km G.652 vlakno.
Preslušavanje kanala u sistemima multipleksiranja s podjelom valnih duljina (WDM) predstavlja dublje prepreke. Uzimajući razmak kanala od 50 GHz kao primjer, snaga interferencije uzrokovana miješanjem četiriju valova (FWM) ima efektivnu dužinu Leff od oko 22 km u običnim optičkim vlaknima.
Preslušavanje kanala u sistemima multipleksiranja s podjelom valnih dužina (WDM) predstavlja dublje prepreke. Uzimajući razmak kanala od 50 GHz kao primjer, efektivna dužina snage interferencije generirane miješanjem četiri talasa (FWM) je Leff = 22 km (što odgovara koeficijentu slabljenja vlakna α = 0,22 dB/km).
Kada se ulazna snaga poveća na +15dBm, nivo preslušavanja između susjednih kanala se povećava za 7dB (u odnosu na osnovnu liniju od -30dB), prisiljavajući sistem da poveća redundanciju korekcije greške unaprijed (FEC) sa 7% na 20%. Efekat prenosa snage uzrokovan stimulisanim Ramanovim raspršenjem (SRS) rezultira gubitkom od približno 0,02dB po kilometru u kanalima dugih talasnih dužina, što dovodi do pada snage do 3,5dB u C+L opsegu (1530-1625nm) sistemu. Potrebna je kompenzacija nagiba u realnom vremenu putem dinamičkog izjednačivača pojačanja (DGE).
Granica sistemskih performansi ovih fizičkih efekata u kombinaciji može se kvantificirati proizvodom propusne udaljenosti (B · L): B · L tipičnog NRZ modulacijskog sistema u G.655 vlaknu (vlakno s kompenziranom disperzijom) iznosi približno 18000 (Gb/s) · km, dok se s PDM-QPSK modulacijom i tehnologijom koherentne detekcije ovaj pokazatelj može poboljšati na 280000 (Gb/s) · km (@ SD-FEC pojačanje 9.5dB).
Najsavremenije 7-jezgreno x 3-modno optičko vlakno sa prostornim multipleksiranjem (SDM) postiglo je kapacitet prenosa od 15,6 Pb/s · km (kapacitet pojedinačnog vlakna od 1,53 Pb/sx prenosna udaljenost od 10,2 km) u laboratorijskim okruženjima putem slabe kontrole preslušavanja između jezgara (<-40dB/km).
Da bi se približili Shannon granici, moderni sistemi moraju zajedno usvojiti tehnologije oblikovanja vjerovatnoće (PS-256QAM, postizanje pojačanja oblikovanja od 0,8 dB), izjednačavanja neuronske mreže (efikasnost NL kompenzacije poboljšana za 37%) i distribuirane Ramanove amplifikacije (DRA, tačnost nagiba pojačanja ± 0,5 dB) kako bi povećali Q faktor prijenosa jednog nosioca 400G PDM-64QAM za 2 dB (sa 12 dB na 14 dB) i smanjili toleranciju OSNR-a na 17,5 dB/0,1 nm (@ BER=2e-2).
Vrijeme objave: 12. juni 2025.