I jagten på højere kapacitet og længere transmissionsafstand i moderne optiske kommunikationssystemer har støj, som en grundlæggende fysisk begrænsning, altid begrænset forbedring af ydeevnen.
I en typiskEDFAI et erbium-doteret fiberforstærkersystem genererer hvert optisk transmissionsspænd cirka 0,1 dB akkumuleret spontan emissionsstøj (ASE), som er forankret i den kvantetilfældige natur af lys/elektron-interaktionen under forstærkningsprocessen.
Denne type støj manifesterer sig som picosekundniveau-timing-jitter i tidsdomænet. Ifølge jittermodellens forudsigelse øges jitteren med 12 ps ved transmission på 1000 km under en dispersionskoefficient på 30 ps/(nm · km). I frekvensdomænet fører det til et fald i det optiske signal-støjforhold (OSNR), hvilket resulterer i et følsomhedstab på 3,2 dB (@ BER=1e-9) i 40 Gbps NRZ-systemet.
Den mere alvorlige udfordring kommer fra den dynamiske kobling af fiberens ikke-lineære effekter og dispersion - dispersionskoefficienten for konventionel single-mode fiber (G.652) i 1550 nm-vinduet er 17 ps/(nm · km), kombineret med det ikke-lineære faseskift forårsaget af selvfasemodulation (SPM). Når indgangseffekten overstiger 6 dBm, vil SPM-effekten forvrænge pulsbølgeformen betydeligt.
I 960 Gbps PDM-16QAM-systemet vist i ovenstående figur er øjenåbningen efter 200 km transmission 82 % af den oprindelige værdi, og Q-faktoren opretholdes på 14 dB (svarende til BER ≈ 3e-5). Når afstanden forlænges til 400 km, forårsager den kombinerede effekt af krydsfasemodulation (XPM) og firebølgeblanding (FWM) et kraftigt fald i øjenåbningsgraden til 63 %, og systemfejlraten overstiger den hårde beslutningsgrænse for FEC-fejlkorrektion på 10 ^ -12.
Det er værd at bemærke, at frekvenschirp-effekten af direkte modulationslaser (DML) vil forværres - alfaparameterværdien (linjebreddeforstærkningsfaktor) for en typisk DFB-laser ligger i området 3-6, og dens øjeblikkelige frekvensændring kan nå ± 2,5 GHz (svarende til chirp-parameteren C = 2,5 GHz/mA) ved en modulationsstrøm på 1 mA, hvilket resulterer i en pulsudvidelseshastighed på 38 % (kumulativ dispersion D · L = 1360 ps/nm) efter transmission gennem en 80 km G.652-fiber.
Kanaloverhør i bølgelængdedelingsmultiplekseringssystemer (WDM) udgør dybere hindringer. Med 50 GHz kanalafstand som eksempel har interferenseffekten forårsaget af firebølgeblanding (FWM) en effektiv længde Leff på omkring 22 km i almindelige optiske fibre.
Kanaloverhør i bølgelængdedelingsmultiplekseringssystemer (WDM) udgør dybere hindringer. Med 50 GHz kanalafstand som eksempel er den effektive længde af interferenseffekt genereret ved firebølgeblanding (FWM) Leff = 22 km (svarende til fiberdæmpningskoefficienten α = 0,22 dB/km).
Når indgangseffekten øges til +15 dBm, øges krydstaleniveauet mellem tilstødende kanaler med 7 dB (i forhold til -30 dB-grundlinjen), hvilket tvinger systemet til at øge redundansen for forward error correction (FEC) fra 7 % til 20 %. Effektoverførselseffekten forårsaget af stimuleret Raman-spredning (SRS) resulterer i et tab på cirka 0,02 dB pr. kilometer i kanaler med lang bølgelængde, hvilket fører til et effekttab på op til 3,5 dB i C+L-båndet (1530-1625 nm)-systemet. Realtids hældningskompensation er påkrævet via en dynamisk forstærkningsequalizer (DGE).
Systemets ydeevnegrænse for disse kombinerede fysiske effekter kan kvantificeres ved hjælp af båndbreddeafstandsproduktet (B · L): B · L for et typisk NRZ-modulationssystem i G.655-fiber (dispersionskompenseret fiber) er cirka 18000 (Gb/s) · km, mens denne indikator med PDM-QPSK-modulation og kohærent detektionsteknologi kan forbedres til 280000 (Gb/s) · km (@ SD-FEC-forstærkning 9,5 dB).
Den banebrydende 7-core x 3-mode space division multiplexing fiber (SDM) har opnået en transmissionskapacitet på 15,6 Pb/s · km (enkeltfiberkapacitet på 1,53 Pb/s · km overførselsafstand på 10,2 km) i laboratoriemiljøer gennem svag koblingskontrol af interkerne-krydstale (<-40 dB/km).
For at nærme sig Shannon-grænsen skal moderne systemer i fællesskab anvende sandsynlighedsforstærkningsteknologier (PS-256QAM, der opnår en formningsforstærkning på 0,8 dB), neural netværksudligning (NL-kompensationseffektivitet forbedret med 37 %) og distribueret Raman-forstærkning (DRA, forstærkningshældningsnøjagtighed ± 0,5 dB) for at øge Q-faktoren for single-carrier 400G PDM-64QAM-transmission med 2 dB (fra 12 dB til 14 dB) og lempe OSNR-tolerancen til 17,5 dB/0,1 nm (@ BER=2e-2).
Opslagstidspunkt: 12. juni 2025