I strävan efter högre kapacitet och längre överföringsavstånd i moderna optiska kommunikationssystem har brus, som en grundläggande fysisk begränsning, alltid begränsat prestandaförbättringar.
I en typiskEDFAI ett erbiumdopat fiberförstärkarsystem genererar varje optiskt transmissionsområde ungefär 0,1 dB ackumulerat spontant emissionsbrus (ASE), vilket är rotat i den kvantslumpmässiga naturen hos ljus/elektron-interaktionen under förstärkningsprocessen.
Denna typ av brus manifesterar sig som pikosekundnivåjitter i tidsdomänen. Enligt jittermodellens förutsägelse ökar jittern med 12 ps vid en dispersionskoefficient på 30 ps/(nm · km) vid sändning på 1000 km. I frekvensdomänen leder det till en minskning av det optiska signal-brusförhållandet (OSNR), vilket resulterar i en känslighetsförlust på 3,2 dB (@ BER=1e-9) i 40 Gbps NRZ-systemet.
Den allvarligare utmaningen kommer från den dynamiska kopplingen av fiberns ickelinjära effekter och dispersion - dispersionskoefficienten för konventionell single-mode-fiber (G.652) i 1550 nm-fönstret är 17 ps/(nm · km), i kombination med den ickelinjära fasförskjutningen som orsakas av självfasmodulering (SPM). När ineffekten överstiger 6 dBm kommer SPM-effekten att avsevärt förvränga pulsvågformen.
I 960 Gbps PDM-16QAM-systemet som visas i figuren ovan är ögonöppningsgraden efter 200 km överföring 82 % av initialvärdet, och Q-faktorn bibehålls vid 14 dB (motsvarande BER ≈ 3e-5). När avståndet förlängs till 400 km, orsakar den kombinerade effekten av korsfasmodulering (XPM) och fyrvågsblandning (FWM) att ögonöppningsgraden sjunker kraftigt till 63 %, och systemfelfrekvensen överstiger den hårda beslutsgränsen för FEC-felkorrigering på 10 ^ -12.
Det är värt att notera att frekvenschirp-effekten hos direktmoduleringslasern (DML) försämras - alfaparametervärdet (linjebreddsförbättringsfaktorn) för en typisk DFB-laser ligger i intervallet 3-6, och dess omedelbara frekvensförändring kan nå ± 2,5 GHz (motsvarande chirp-parametern C = 2,5 GHz/mA) vid en moduleringsström på 1 mA, vilket resulterar i en pulsbredningshastighet på 38 % (kumulativ dispersion D · L = 1360 ps/nm) efter överföring genom en 80 km lång G.652-fiber.
Kanalöverhörning i våglängdsmultiplexeringssystem (WDM) utgör djupare hinder. Om man tar 50 GHz kanalavstånd som exempel har interferenseffekten som orsakas av fyrvågsblandning (FWM) en effektiv längd Leff på cirka 22 km i vanliga optiska fibrer.
Kanalöverhörning i våglängdsmultiplexeringssystem (WDM) utgör djupare hinder. Om man tar 50 GHz kanalavstånd som exempel är den effektiva längden på interferenseffekten som genereras av fyrvågsblandning (FWM) Leff = 22 km (motsvarande fiberdämpningskoefficienten α = 0,22 dB/km).
När ineffekten ökas till +15 dBm ökar överhörningsnivån mellan intilliggande kanaler med 7 dB (i förhållande till baslinjen på -30 dB), vilket tvingar systemet att öka redundansen för framåtriktad felkorrigering (FEC) från 7 % till 20 %. Effektöverföringseffekten som orsakas av stimulerad Ramanspridning (SRS) resulterar i en förlust på cirka 0,02 dB per kilometer i långvågiga kanaler, vilket leder till en effektminskning på upp till 3,5 dB i C+L-bandet (1530-1625 nm). Lutningskompensation i realtid krävs genom en dynamisk förstärkningsutjämnare (DGE).
Systemprestandagränsen för dessa kombinerade fysiska effekter kan kvantifieras med bandbreddsavståndsprodukten (B · L): B · L för ett typiskt NRZ-moduleringssystem i G.655-fiber (dispersionskompenserad fiber) är ungefär 18000 (Gb/s) · km, medan med PDM-QPSK-modulering och koherent detektionsteknik kan denna indikator förbättras till 280000 (Gb/s) · km (@ SD-FEC-förstärkning 9,5 dB).
Den banbrytande 7-kärniga x 3-läges rymddelningsmultiplexeringsfibern (SDM) har uppnått en överföringskapacitet på 15,6 Pb/s · km (enkelfiberkapacitet på 1,53 Pb/s · km över ett överföringsavstånd på 10,2 km) i laboratoriemiljöer genom svag kopplingskontroll av överhörning mellan kärnorna (<-40 dB/km).
För att närma sig Shannongränsen behöver moderna system gemensamt använda sannolikhetsformning (PS-256QAM, som uppnår 0,8 dB formningsförstärkning), neurala nätverksutjämning (NL-kompensationseffektiviteten förbättrades med 37 %) och distribuerad Raman-förstärkning (DRA, förstärkningslupningsnoggrannhet ± 0,5 dB) för att öka Q-faktorn för 400G PDM-64QAM-överföring med en enda bärvåg med 2 dB (från 12 dB till 14 dB), och minska OSNR-toleransen till 17,5 dB/0,1 nm (@ BER=2e-2).
Publiceringstid: 12 juni 2025