Optik iletim sistemleri için Shannon limiti aşma yolu nedir?

Optik iletim sistemleri için Shannon limiti aşma yolu nedir?

Modern optik haberleşme sistemlerinde daha yüksek kapasite ve daha uzun iletim mesafesi arayışında, temel fiziksel sınırlamalardan biri olan gürültü, performans iyileştirmesini her zaman kısıtlamıştır.

Tipik bir şekildeEDFAErbiyum katkılı fiber amplifikatör sisteminde, her optik iletim aralığı, amplifikasyon süreci sırasında ışık/elektron etkileşiminin kuantum rastgele doğasından kaynaklanan yaklaşık 0,1 dB'lik birikmiş kendiliğinden emisyon gürültüsü (ASE) üretir.

Bu tür gürültü, zaman alanında pikosaniye seviyesinde zamanlama titreşimi olarak kendini gösterir. Titreşim modeli tahminine göre, 30ps/(nm · km) dağılım katsayısı koşulu altında, 1000 km iletimde titreşim 12ps artar. Frekans alanında ise optik sinyal-gürültü oranında (OSNR) bir düşüşe yol açarak 40 Gbps NRZ sisteminde 3,2 dB'lik (@ BER=1e-9) bir hassasiyet kaybına neden olur.

Daha ciddi zorluk, fiber doğrusal olmayan etkilerin ve dispersiyonun dinamik birleşiminden kaynaklanmaktadır - geleneksel tek modlu fiberin (G.652) 1550 nm penceresindeki dispersiyon katsayısı 17 ps/(nm · km) olup, öz faz modülasyonunun (SPM) neden olduğu doğrusal olmayan faz kaymasıyla birleşmektedir. Giriş gücü 6 dBm'yi aştığında, SPM etkisi darbe dalga formunu önemli ölçüde bozacaktır.

1

Yukarıdaki şekilde gösterilen 960Gbps PDM-16QAM sisteminde, 200 km iletimden sonra göz açıklığı başlangıç ​​değerinin %82'sidir ve Q faktörü 14 dB'de (BER ≈ 3e-5'e karşılık gelir) korunur; mesafe 400 km'ye çıkarıldığında, çapraz faz modülasyonu (XPM) ve dört dalga karıştırmanın (FWM) birleşik etkisi göz açıklığı derecesinin keskin bir şekilde %63'e düşmesine neden olur ve sistem hata oranı 10 ^ -12'lik zor karar FEC hata düzeltme sınırını aşar.

Doğrudan modülasyon lazerinin (DML) frekans cıvıltı etkisinin kötüleşeceğini belirtmekte fayda var - tipik bir DFB lazerinin alfa parametresi (hat genişliği iyileştirme faktörü) değeri 3-6 aralığındadır ve anlık frekans değişimi 1mA modülasyon akımında ± 2,5GHz'e (cıvıltı parametresi C=2,5GHz/mA'ya karşılık gelir) ulaşabilir ve 80 km'lik bir G.652 fiber üzerinden iletimden sonra %38'lik bir darbe genişleme oranıyla (toplam dağılım D · L=1360ps/nm) sonuçlanabilir.

Dalga boyu bölmeli çoğullama (WDM) sistemlerinde kanal karışması daha derin engeller oluşturur. 50 GHz kanal aralığını örnek alırsak, dört dalga karıştırmanın (FWM) neden olduğu girişim gücünün, sıradan optik fiberlerde yaklaşık 22 km'lik etkin bir sol uzunluğu vardır.

Dalga boyu bölmeli çoğullama (WDM) sistemlerinde kanal çapraz konuşması daha derin engeller oluşturur. Örnek olarak 50 GHz kanal aralığını ele alırsak, dört dalga karıştırma (FWM) ile üretilen girişim gücünün etkin uzunluğu Leff=22 km'dir (fiber zayıflama katsayısı α=0,22 dB/km'ye karşılık gelir).

Giriş gücü +15 dBm'ye çıkarıldığında, bitişik kanallar arasındaki çapraz konuşma seviyesi 7 dB artar (-30 dB taban değerine göre), bu da sistemin ileri hata düzeltme (FEC) yedekliliğini %7'den %20'ye çıkarmasına neden olur. Uyarılmış Raman saçılmasının (SRS) neden olduğu güç aktarım etkisi, uzun dalga boylu kanallarda kilometre başına yaklaşık 0,02 dB'lik bir kayba yol açar ve bu da C+L bandında (1530-1625 nm) sistemde 3,5 dB'ye kadar bir güç düşüşüne neden olur. Dinamik kazanç ekolayzırı (DGE) aracılığıyla gerçek zamanlı eğim telafisi gereklidir.

Bu fiziksel etkilerin bir araya gelmesiyle oluşan sistem performans sınırı, bant genişliği mesafe ürünü (B · L) ile ölçülebilir: G.655 fiberde (dağılım telafili fiber) tipik bir NRZ modülasyon sisteminin B · L'si yaklaşık 18000 (Gb/s) · km'dir, PDM-QPSK modülasyonu ve tutarlı algılama teknolojisiyle ise bu gösterge 280000 (Gb/s) · km'ye (@ SD-FEC kazancı 9,5 dB) yükseltilebilir.

Son teknoloji 7 çekirdekli x 3 modlu uzay bölmeli çoklama fiberi (SDM), zayıf kuplajlı çekirdekler arası çapraz konuşma kontrolü (<-40dB/km) sayesinde laboratuvar ortamlarında 15,6Pb/s · km (10,2km iletim mesafesine sahip tek fiber kapasitesi 1,53Pb/s) iletim kapasitesine ulaşmıştır.

Shannon sınırına yaklaşmak için, modern sistemlerin olasılık şekillendirme (PS-256QAM, 0,8 dB şekillendirme kazancı elde eder), sinir ağı eşitleme (NL kompanzasyon verimliliği %37 oranında iyileştirilir) ve dağıtılmış Raman amplifikasyonu (DRA, kazanç eğimi doğruluğu ± 0,5 dB) teknolojilerini birlikte benimsemesi gerekir. Bu teknolojiler, tek taşıyıcılı 400G PDM-64QAM iletimi için Q faktörünü 2 dB (12 dB'den 14 dB'ye) artırır ve OSNR toleransını 17,5 dB/0,1 nm'ye (@ BER=2e-2) düşürür.


Gönderi zamanı: 12 Haz 2025

  • Öncesi:
  • Sonraki: