Na procura dunha maior capacidade e unha maior distancia de transmisión nos sistemas de comunicación óptica modernos, o ruído, como limitación física fundamental, sempre limitou a mellora do rendemento.
Nunha típicaEDFAsistema amplificador de fibra dopada con erbio, cada tramo de transmisión óptica xera aproximadamente 0,1 dB de ruído de emisión espontánea acumulado (ASE), que ten a súa orixe na natureza aleatoria cuántica da interacción luz/electrón durante o proceso de amplificación.
Este tipo de ruído maniféstase como unha trepidación temporal de nivel de picosegundos no dominio do tempo. Segundo a predición do modelo de trepidación, baixo a condición dun coeficiente de dispersión de 30 ps/(nm · km), a trepidación aumenta en 12 ps ao transmitir 1000 km. No dominio da frecuencia, isto leva a unha diminución da relación sinal-ruído óptico (OSNR), o que resulta nunha perda de sensibilidade de 3,2 dB (@ BER=1e-9) no sistema NRZ de 40 Gbps.
O desafío máis grave provén do acoplamento dinámico dos efectos non lineais da fibra e a dispersión: o coeficiente de dispersión da fibra monomodo convencional (G.652) na xanela de 1550 nm é de 17 ps/(nm · km), combinado co cambio de fase non lineal causado pola automodulación de fase (SPM). Cando a potencia de entrada supera os 6 dBm, o efecto SPM distorsionará significativamente a forma de onda do pulso.
No sistema PDM-16QAM de 960 Gbps que se mostra na figura anterior, a apertura do ollo despois dunha transmisión de 200 km é o 82 % do valor inicial e o factor Q mantense en 14 dB (correspondente a BER ≈ 3e-5); cando a distancia se estende a 400 km, o efecto combinado da modulación de fase cruzada (XPM) e a mestura de catro ondas (FWM) fai que o grao de apertura do ollo caia bruscamente ao 63 % e a taxa de erro do sistema supere o límite de corrección de erros FEC de decisión dura de 10 ^ -12.
Cómpre sinalar que o efecto de chirrido de frecuencia do láser de modulación directa (DML) empeorará: o valor do parámetro alfa (factor de mellora do ancho de liña) dun láser DFB típico está no rango de 3-6, e o seu cambio de frecuencia instantáneo pode alcanzar ± 2,5 GHz (correspondente ao parámetro de chirrido C = 2,5 GHz/mA) a unha corrente de modulación de 1 mA, o que resulta nunha taxa de ensanchamento do pulso do 38 % (dispersión acumulada D · L = 1360 ps/nm) despois da transmisión a través dunha fibra G.652 de 80 km.
A diafonía de canles nos sistemas de multiplexación por división de lonxitudes de onda (WDM) constitúe obstáculos máis profundos. Tomando como exemplo o espazado de canles de 50 GHz, a potencia de interferencia causada pola mestura de catro ondas (FWM) ten unha lonxitude efectiva Leff duns 22 km en fibras ópticas ordinarias.
A diafonía nos sistemas de multiplexación por división de lonxitudes de onda (WDM) constitúe obstáculos máis profundos. Tomando como exemplo o espazado entre canles de 50 GHz, a lonxitude efectiva da potencia de interferencia xerada pola mestura de catro ondas (FWM) é Leff = 22 km (correspondente ao coeficiente de atenuación da fibra α = 0,22 dB/km).
Cando a potencia de entrada se aumenta a +15 dBm, o nivel de diafonía entre canles adxacentes aumenta en 7 dB (en relación coa liña base de -30 dB), o que obriga ao sistema a aumentar a redundancia de corrección de erros directa (FEC) do 7 % ao 20 %. O efecto de transferencia de potencia causado pola dispersión Raman estimulada (SRS) resulta nunha perda de aproximadamente 0,02 dB por quilómetro en canles de lonxitude de onda longa, o que leva a unha caída de potencia de ata 3,5 dB no sistema da banda C+L (1530-1625 nm). É necesaria unha compensación de pendente en tempo real mediante un ecualizador de ganancia dinámica (DGE).
O límite de rendemento do sistema destes efectos físicos combinados pódese cuantificar mediante o produto de distancia de ancho de banda (B · L): o B · L dun sistema de modulación NRZ típico en fibra G.655 (fibra compensada por dispersión) é de aproximadamente 18000 (Gb/s) · km, mentres que coa modulación PDM-QPSK e a tecnoloxía de detección coherente, este indicador pódese mellorar ata 280000 (Gb/s) · km (@ ganancia SD-FEC de 9,5 dB).
A fibra de multiplexación por división espacial (SDM) de vangarda de 7 núcleos x 3 modos alcanzou unha capacidade de transmisión de 15,6 Pb/s · km (capacidade de fibra única de 1,53 Pb/s x distancia de transmisión de 10,2 km) en entornos de laboratorio mediante un control de diafonía entre núcleos de acoplamento débil (<-40 dB/km).
Para achegarse ao límite de Shannon, os sistemas modernos deben adoptar conxuntamente tecnoloxías de conformación da probabilidade (PS-256QAM, que consegue unha ganancia de conformación de 0,8 dB), ecualización de redes neuronais (eficiencia de compensación NL mellorada nun 37 %) e amplificación Raman distribuída (DRA, precisión da pendente de ganancia ± 0,5 dB) para aumentar o factor Q da transmisión de portadora única 400G PDM-64QAM en 2 dB (de 12 dB a 14 dB) e relaxar a tolerancia OSNR a 17,5 dB/0,1 nm (@ BER=2e-2).
Data de publicación: 12 de xuño de 2025