I jakten på høyere kapasitet og lengre overføringsavstand i moderne optiske kommunikasjonssystemer har støy, som en grunnleggende fysisk begrensning, alltid begrenset ytelsesforbedring.
I en typiskEDFAI et erbiumdopet fiberforsterkersystem genererer hvert optiske transmisjonsspenn omtrent 0,1 dB akkumulert spontan emisjonsstøy (ASE), som er forankret i den kvantetilfeldige naturen til lys/elektron-interaksjonen under forsterkningsprosessen.
Denne typen støy manifesterer seg som pikosekundnivå-timingjitter i tidsdomenet. I følge jittermodellens prediksjon øker jitteren med 12 ps ved overføring på 1000 km under en dispersjonskoeffisient på 30 ps/(nm · km). I frekvensdomenet fører dette til en reduksjon i optisk signal-til-støy-forhold (OSNR), noe som resulterer i et følsomhetstap på 3,2 dB (@ BER=1e-9) i 40 Gbps NRZ-systemet.
Den mer alvorlige utfordringen kommer fra den dynamiske koblingen av ikke-lineære effekter og dispersjon i fiberen – dispersjonskoeffisienten til konvensjonell single-mode fiber (G.652) i 1550 nm-vinduet er 17 ps/(nm · km), kombinert med det ikke-lineære faseskiftet forårsaket av selvfasemodulasjon (SPM). Når inngangseffekten overstiger 6 dBm, vil SPM-effekten forvrenge pulsbølgeformen betydelig.
I 960 Gbps PDM-16QAM-systemet vist i figuren ovenfor, er øyeåpningen etter 200 km overføring 82 % av startverdien, og Q-faktoren opprettholdes på 14 dB (tilsvarer BER ≈ 3e-5). Når avstanden utvides til 400 km, fører den kombinerte effekten av kryssfasemodulasjon (XPM) og firebølgeblanding (FWM) til at øyeåpningsgraden synker kraftig til 63 %, og systemfeilraten overstiger den harde FEC-feilkorreksjonsgrensen på 10 ^ -12.
Det er verdt å merke seg at frekvens-chirp-effekten til direktemodulasjonslaser (DML) vil forverres - alfaparameterverdien (linjebreddeforbedringsfaktor) til en typisk DFB-laser er i området 3-6, og den umiddelbare frekvensendringen kan nå ± 2,5 GHz (tilsvarende chirp-parameter C = 2,5 GHz / mA) ved en modulasjonsstrøm på 1 mA, noe som resulterer i en pulsutvidelseshastighet på 38 % (kumulativ dispersjon D · L = 1360 ps / nm) etter overføring gjennom en 80 km G.652-fiber.
Kanalkryss i bølgelengdemultipleksingssystemer (WDM) utgjør dypere hindringer. Hvis man tar 50 GHz kanalavstand som et eksempel, har interferenseffekten forårsaket av firebølgeblanding (FWM) en effektiv lengde Leff på omtrent 22 km i vanlige optiske fibre.
Kanalkryss i bølgelengdemultipleksingssystemer (WDM) utgjør dypere hindringer. Hvis vi tar 50 GHz kanalavstand som et eksempel, er den effektive lengden på interferenseffekten generert av firebølgeblanding (FWM) Leff = 22 km (tilsvarer fiberdempningskoeffisienten α = 0,22 dB/km).
Når inngangseffekten økes til +15 dBm, øker krysstalenivået mellom tilstøtende kanaler med 7 dB (i forhold til -30 dB-grunnlinjen), noe som tvinger systemet til å øke redundansen for foroverfeilkorreksjon (FEC) fra 7 % til 20 %. Effektoverføringseffekten forårsaket av stimulert Ramanspredning (SRS) resulterer i et tap på omtrent 0,02 dB per kilometer i kanaler med lang bølgelengde, noe som fører til et effektfall på opptil 3,5 dB i C+L-båndet (1530–1625 nm)-systemet. Sanntids hellingskompensasjon er nødvendig gjennom en dynamisk forsterkningsutjevner (DGE).
Systemytelsesgrensen for disse fysiske effektene kombinert kan kvantifiseres ved hjelp av båndbreddeavstandsproduktet (B · L): B · L for et typisk NRZ-modulasjonssystem i G.655-fiber (dispersjonskompensert fiber) er omtrent 18000 (Gb/s) · km, mens med PDM-QPSK-modulering og koherent deteksjonsteknologi kan denne indikatoren forbedres til 280 000 (Gb/s) · km (@ SD-FEC-forsterkning 9,5 dB).
Den banebrytende 7-kjerners x 3-modus romdelte multipleksfiberen (SDM) har oppnådd en overføringskapasitet på 15,6 Pb/s · km (enkeltfiberkapasitet på 1,53 Pb/s · km over overføringsavstand på 10,2 km) i laboratoriemiljøer gjennom svak koblingskontroll av krysstale mellom kjerner (<-40 dB/km).
For å nærme seg Shannon-grensen, må moderne systemer i fellesskap ta i bruk sannsynlighetsforming (PS-256QAM, som oppnår 0,8 dB formingsforsterkning), utjevning av nevrale nettverk (NL-kompensasjonseffektivitet forbedret med 37 %) og distribuert Raman-forsterkning (DRA, forsterkningsnøyaktighet ± 0,5 dB) for å øke Q-faktoren for enkeltbærer 400G PDM-64QAM-overføring med 2 dB (fra 12 dB til 14 dB), og redusere OSNR-toleransen til 17,5 dB/0,1 nm (@ BER=2e-2).
Publisert: 12. juni 2025