In die nastrewing van hoër kapasiteit en langer transmissieafstand in moderne optiese kommunikasiestelsels, het geraas, as 'n fundamentele fisiese beperking, nog altyd prestasieverbetering beperk.
In 'n tipieseEDFAerbium-gedoteerde veselversterkerstelsel genereer elke optiese transmissiespan ongeveer 0.1dB van opgehoopte spontane emissiegeraas (ASE), wat gewortel is in die kwantum-ewekansige aard van die lig/elektron-interaksie tydens die versterkingsproses.
Hierdie tipe geraas manifesteer as pikosekonde-vlak tydsberekeningsjitter in die tyddomein. Volgens die jittermodelvoorspelling, onder die voorwaarde van 'n dispersiekoëffisiënt van 30ps/(nm · km), neem die jitter met 12ps toe wanneer 1000 km oorgedra word. In die frekwensiedomein lei dit tot 'n afname in die optiese sein-tot-geraasverhouding (OSNR), wat lei tot 'n sensitiwiteitsverlies van 3.2dB (@ BER=1e-9) in die 40Gbps NRZ-stelsel.
Die meer ernstige uitdaging kom van die dinamiese koppeling van nie-lineêre effekte en verspreiding van die vesel - die verspreidingskoëffisiënt van konvensionele enkelmodusvesel (G.652) in die 1550nm-venster is 17ps/(nm · km), gekombineer met die nie-lineêre faseverskuiwing wat veroorsaak word deur selffasemodulasie (SPM). Wanneer die insetkrag 6dBm oorskry, sal die SPM-effek die pulsgolfvorm aansienlik verdraai.
In die 960Gbps PDM-16QAM-stelsel wat in die bostaande figuur getoon word, is die oogopening na 200 km-oordrag 82% van die aanvanklike waarde, en die Q-faktor word op 14dB gehandhaaf (wat ooreenstem met BER ≈ 3e-5); Wanneer die afstand tot 400 km verleng word, veroorsaak die gekombineerde effek van kruisfasemodulasie (XPM) en viergolfmenging (FWM) dat die oogopeningsgraad skerp daal tot 63%, en die stelselfoutkoers oorskry die harde besluitnemings-FEC-foutkorreksielimiet van 10 ^ -12.
Dit is opmerklik dat die frekwensie-tjirp-effek van direkte modulasielaser (DML) sal vererger - die alfaparameter (lynwydteverbeteringsfaktor) waarde van 'n tipiese DFB-laser is in die reeks van 3-6, en die oombliklike frekwensieverandering kan ± 2.5 GHz bereik (wat ooreenstem met die tjirp-parameter C = 2.5 GHz / mA) teen 'n modulasiestroom van 1 mA, wat lei tot 'n pulsverbredingstempo van 38% (kumulatiewe dispersie D · L = 1360 ps / nm) na transmissie deur 'n 80 km G.652-vesel.
Kanaaloorspraak in golflengtedelingsmultipleksering (WDM) stelsels vorm dieper struikelblokke. As ons die 50GHz-kanaalafstand as voorbeeld neem, het die interferensiekrag wat deur viergolfmenging (FWM) veroorsaak word, 'n effektiewe lengte Leff van ongeveer 22 km in gewone optiese vesels.
Kanaaloorspraak in golflengtedelingsmultipleksering (WDM) stelsels vorm dieper struikelblokke. As ons die 50GHz-kanaalspasiëring as voorbeeld neem, is die effektiewe lengte van interferensiekrag wat deur viergolfmenging (FWM) gegenereer word, Leff = 22 km (wat ooreenstem met die veselverswakkingskoëffisiënt α = 0.22 dB/km).
Wanneer die insetkrag verhoog word tot +15dBm, neem die kruisspraakvlak tussen aangrensende kanale met 7dB toe (relatief tot die -30dB basislyn), wat die stelsel dwing om die voorwaartse foutkorreksie (FEC) redundansie van 7% tot 20% te verhoog. Die kragoordrag-effek wat veroorsaak word deur gestimuleerde Raman-verstrooiing (SRS) lei tot 'n verlies van ongeveer 0.02dB per kilometer in langgolflengtekanale, wat lei tot 'n kragdaling van tot 3.5dB in die C+L-band (1530-1625nm) stelsel. Regtetydse hellingkompensasie word vereis deur 'n dinamiese versterkingsgelykmaker (DGE).
Die stelselprestasielimiet van hierdie fisiese effekte gekombineer kan gekwantifiseer word deur die bandwydte-afstandsproduk (B · L): die B · L van 'n tipiese NRZ-modulasiestelsel in G.655-vesel (dispersie-gekompenseerde vesel) is ongeveer 18000 (Gb/s) · km, terwyl hierdie aanwyser met PDM-QPSK-modulasie en koherente deteksietegnologie verbeter kan word tot 280000 (Gb/s) · km (@ SD-FEC-wins 9.5dB).
Die toonaangewende 7-kern x 3-modus ruimtedelingsmultipleksvesel (SDM) het 'n transmissiekapasiteit van 15.6Pb/s · km (enkelveselkapasiteit van 1.53Pb/sx transmissieafstand van 10.2 km) in laboratoriumomgewings bereik deur swak koppeling-interkern-kruisspraakbeheer (<-40dB/km).
Om die Shannon-limiet te benader, moet moderne stelsels gesamentlik waarskynlikheidsvorming (PS-256QAM, wat 'n vormingswins van 0.8 dB behaal), neurale netwerkgelykmaking (NL-kompensasiedoeltreffendheid verbeter met 37%), en verspreide Raman-versterking (DRA, versterkingshelling-akkuraatheid ± 0.5 dB) tegnologieë aanneem om die Q-faktor van enkeldraer 400G PDM-64QAM-oordrag met 2 dB te verhoog (van 12 dB tot 14 dB), en die OSNR-toleransie te verslap tot 17.5 dB/0.1 nm (@ BER=2e-2).
Plasingstyd: 12 Junie 2025