מהו נתיב פריצת הדרך של גבול שאנון עבור מערכות תמסורת אופטיות?

מהו נתיב פריצת הדרך של גבול שאנון עבור מערכות תמסורת אופטיות?

במרדף אחר קיבולת גבוהה יותר ומרחק שידור ארוך יותר במערכות תקשורת אופטיות מודרניות, רעש, כמגבלה פיזית בסיסית, תמיד אילץ את שיפור הביצועים.

באופן טיפוסיEDFAבמערכת מגבר סיבים מסוממת בארביום, כל טווח שידור אופטי מייצר כ-0.1dB של רעש פליטה ספונטני (ASE) מצטבר, אשר מושרש באופי הקוונטי האקראי של האינטראקציה בין אור לאלקטרון במהלך תהליך ההגברה.

רעש מסוג זה מתבטא בריצוד תזמון ברמת פיקו-שנייה בתחום הזמן. על פי חיזוי מודל הריצוד, בתנאי מקדם פיזור של 30 פיקו-שניות/(ננומטר · ק"מ), הריצוד עולה ב-12 פיקו-שניות בעת שידור למרחק של 1000 ק"מ. בתחום התדרים, זה מוביל לירידה ביחס אות לרעש אופטי (OSNR), וכתוצאה מכך אובדן רגישות של 3.2 דציבלים (@ BER=1e-9) במערכת NRZ של 40 ג'יגה-ביט לשנייה.

האתגר החמור יותר נובע מהצימוד הדינמי של אפקטים לא ליניאריים של סיבים ופיזור - מקדם הפיזור של סיב חד-מצבי קונבנציונלי (G.652) בחלון 1550nm הוא 17ps/(nm · km), בשילוב עם הזזת הפאזה הלא ליניארית הנגרמת על ידי אפנון פאזה עצמי (SPM). כאשר הספק הקלט עולה על 6dBm, אפקט ה-SPM יעוות באופן משמעותי את צורת הגל של הפולס.

1

במערכת PDM-16QAM של 960Gbps המוצגת באיור לעיל, פתיחת העין לאחר שידור של 200 ק"מ היא 82% מהערך ההתחלתי, וגורם ה-Q נשמר על 14dB (המתאים ל-BER ≈ 3e-5); כאשר המרחק מורחב ל-400 ק"מ, ההשפעה המשולבת של אפנון פאזה צולבת (XPM) וערבוב ארבעה גלים (FWM) גורמת למידת פתיחת העין לרדת בחדות ל-63%, ושיעור שגיאות המערכת עולה על מגבלת תיקון שגיאות FEC של 10 ^ -12.

ראוי לציין כי אפקט ציוץ התדר של לייזר אפנון ישיר (DML) יחמיר - ערך פרמטר האלפא (גורם שיפור רוחב הקו) של לייזר DFB טיפוסי הוא בטווח של 3-6, ושינוי התדר המיידי שלו יכול להגיע ל-± 2.5GHz (המתאים לפרמטר הציוץ C=2.5GHz/mA) בזרם אפנון של 1mA, וכתוצאה מכך קצב הרחבת פולס של 38% (פיזור מצטבר D · L=1360ps/nm) לאחר שידור דרך סיב G.652 באורך 80 ק"מ.

ערבוב ערוצים במערכות ריבוב חלוקת אורך גל (WDM) מהווה מכשולים עמוקים יותר. אם ניקח לדוגמה את מרווח הערוצים של 50GHz, עוצמת ההפרעה הנגרמת על ידי ערבוב ארבעה גלים (FWM) היא בעלת אורך אפקטיבי Leff של כ-22 ק"מ בסיבים אופטיים רגילים.

ערבוב ערוצים במערכות ריבוב חלוקת אורכי גל (WDM) מהווה מכשולים עמוקים יותר. אם ניקח לדוגמה את מרווח הערוצים של 50GHz, האורך האפקטיבי של עוצמת ההפרעה שנוצרת על ידי ערבוב ארבעה גלים (FWM) הוא Leff=22km (המתאים למקדם הנחתה של הסיבים α=0.22 dB/km).

כאשר הספק הקלט עולה ל-15dBm+, רמת ה-Crosstalk בין ערוצים סמוכים עולה ב-7dB (יחסית לקו הבסיס של -30dB), מה שמאלץ את המערכת להגדיל את יתירות תיקון השגיאות הקדמיות (FEC) מ-7% ל-20%. אפקט העברת ההספק הנגרם על ידי פיזור ראמאן מגורה (SRS) גורם לאובדן של כ-0.02dB לקילומטר בערוצים באורך גל ארוך, מה שמוביל לירידה בהספק של עד 3.5dB במערכת בפס C+L (1530-1625nm). פיצוי שיפוע בזמן אמת נדרש באמצעות אקולייזר הגבר דינמי (DGE).

ניתן לכמת את מגבלת ביצועי המערכת של השפעות פיזיקליות אלו יחד באמצעות מכפלת מרחק רוחב פס (B · L): ה-B · L של מערכת אפנון NRZ טיפוסית בסיב G.655 (סיב מפוצה פיזור) הוא כ-18000 (Gb/s) · km, בעוד שעם אפנון PDM-QPSK וטכנולוגיית גילוי קוהרנטי, ניתן לשפר מדד זה ל-280000 (Gb/s) · km (@ הגבר SD-FEC 9.5dB).

סיב ריבוב חלוקת החלל (SDM) המתקדם בעל 7 ליבות ו-3 מצבים השיג קיבולת העברה של 15.6Pb/s × ק"מ (קיבולת סיב בודד של 1.53Pb/s × מרחק העברה של 10.2 ק"מ) בסביבות מעבדה באמצעות בקרת ערבוב בין ליבות חלשה (<-40dB/km).

כדי להתקרב לגבול שאנון, מערכות מודרניות צריכות לאמץ במשותף טכנולוגיות עיצוב הסתברותי (PS-256QAM, עם הגבר עיצובי של 0.8dB), איזון רשתות עצביות (יעילות פיצוי NL שופרה ב-37%), וטכנולוגיות הגברת ראמאן מבוזרת (DRA, דיוק שיפוע הגבר ± 0.5dB) כדי להגדיל את גורם ה-Q של שידור PDM-64QAM 400G בעל גל נושא יחיד ב-2dB (מ-12dB ל-14dB), ולהקל על סבילות ה-OSNR ל-17.5dB/0.1nm (@ BER=2e-2).


זמן פרסום: 12 ביוני 2025

  • קוֹדֵם:
  • הַבָּא: