Trong quá trình theo đuổi công suất cao hơn và khoảng cách truyền dẫn xa hơn trong các hệ thống truyền thông quang học hiện đại, nhiễu, một hạn chế vật lý cơ bản, luôn hạn chế việc cải thiện hiệu suất.
Trong một điển hìnhEDFAhệ thống khuếch đại sợi quang pha tạp erbium, mỗi khoảng truyền quang tạo ra khoảng 0,1dB nhiễu phát xạ tự phát tích lũy (ASE), bắt nguồn từ bản chất ngẫu nhiên lượng tử của tương tác ánh sáng/electron trong quá trình khuếch đại.
Loại nhiễu này biểu hiện dưới dạng độ dao động thời gian pico giây trong miền thời gian. Theo dự đoán của mô hình dao động, trong điều kiện hệ số phân tán 30ps/(nm·km), độ dao động tăng 12ps khi truyền 1000km. Trong miền tần số, nó dẫn đến giảm tỷ số tín hiệu trên nhiễu quang (OSNR), dẫn đến suy giảm độ nhạy 3,2dB (@ BER=1e-9) trong hệ thống NRZ 40Gbps.
Thách thức nghiêm trọng hơn đến từ sự kết hợp động giữa hiệu ứng phi tuyến tính và tán sắc của sợi quang - hệ số tán sắc của sợi quang đơn mode thông thường (G.652) trong cửa sổ 1550nm là 17ps/(nm·km), kết hợp với độ lệch pha phi tuyến tính do điều chế pha tự thân (SPM). Khi công suất đầu vào vượt quá 6dBm, hiệu ứng SPM sẽ làm biến dạng đáng kể dạng sóng xung.
Trong hệ thống PDM-16QAM 960Gbps được hiển thị trong hình trên, độ mở mắt sau khi truyền 200km là 82% giá trị ban đầu và hệ số Q được duy trì ở mức 14dB (tương ứng với BER ≈ 3e-5); Khi khoảng cách được mở rộng đến 400km, hiệu ứng kết hợp của điều chế pha chéo (XPM) và trộn bốn sóng (FWM) khiến độ mở mắt giảm mạnh xuống còn 63% và tỷ lệ lỗi hệ thống vượt quá giới hạn hiệu chỉnh lỗi FEC quyết định cứng là 10 ^ -12.
Điều đáng chú ý là hiệu ứng chirp tần số của laser điều chế trực tiếp (DML) sẽ trở nên tồi tệ hơn - giá trị tham số alpha (hệ số tăng cường độ rộng đường truyền) của laser DFB thông thường nằm trong khoảng từ 3-6 và sự thay đổi tần số tức thời của nó có thể đạt ± 2,5 GHz (tương ứng với tham số chirp C = 2,5 GHz / mA) ở dòng điều chế là 1 mA, dẫn đến tốc độ mở rộng xung là 38% (độ phân tán tích lũy D · L = 1360ps / nm) sau khi truyền qua sợi G.652 dài 80 km.
Nhiễu xuyên kênh trong hệ thống ghép kênh phân chia theo bước sóng (WDM) tạo ra những trở ngại sâu hơn. Lấy khoảng cách kênh 50 GHz làm ví dụ, công suất nhiễu gây ra bởi trộn bốn sóng (FWM) có chiều dài hiệu dụng Leff khoảng 22km trong sợi quang thông thường.
Nhiễu xuyên kênh trong hệ thống ghép kênh phân chia theo bước sóng (WDM) tạo ra những trở ngại sâu hơn. Lấy khoảng cách kênh 50 GHz làm ví dụ, chiều dài hiệu dụng của công suất nhiễu tạo ra bởi trộn bốn sóng (FWM) là Leff = 22km (tương ứng với hệ số suy giảm sợi quang α = 0,22 dB/km).
Khi công suất đầu vào tăng lên +15dBm, mức nhiễu xuyên âm giữa các kênh liền kề tăng 7dB (so với đường cơ sở -30dB), buộc hệ thống phải tăng độ dự phòng hiệu chỉnh lỗi thuận (FEC) từ 7% lên 20%. Hiệu ứng truyền công suất do tán xạ Raman kích thích (SRS) gây ra tổn thất khoảng 0,02dB trên mỗi kilomet trong các kênh bước sóng dài, dẫn đến sụt giảm công suất lên tới 3,5dB trong hệ thống băng tần C+L (1530-1625nm). Cần phải bù độ dốc theo thời gian thực thông qua bộ cân bằng độ lợi động (DGE).
Giới hạn hiệu suất hệ thống của các hiệu ứng vật lý kết hợp này có thể được định lượng bằng tích khoảng cách băng thông (B · L): B · L của hệ thống điều chế NRZ điển hình trong sợi G.655 (sợi bù tán sắc) là khoảng 18000 (Gb/s) · km, trong khi với công nghệ điều chế PDM-QPSK và phát hiện đồng bộ, chỉ số này có thể được cải thiện lên 280000 (Gb/s) · km (@ độ lợi SD-FEC 9,5dB).
Sợi quang phân chia không gian (SDM) 7 lõi x 3 chế độ tiên tiến đã đạt được khả năng truyền tải 15,6Pb/giây · km (khả năng truyền tải của một sợi quang là 1,53Pb/giây x khoảng cách truyền tải 10,2km) trong môi trường phòng thí nghiệm thông qua khả năng kiểm soát nhiễu xuyên lõi liên kết yếu (<-40dB/km).
Để tiếp cận giới hạn Shannon, các hệ thống hiện đại cần áp dụng đồng thời các công nghệ định hình xác suất (PS-256QAM, đạt mức tăng định hình 0,8dB), cân bằng mạng nơ-ron (hiệu suất bù NL được cải thiện 37%) và khuếch đại Raman phân tán (DRA, độ chính xác độ dốc tăng ± 0,5dB) để tăng hệ số Q của truyền dẫn PDM-64QAM 400G sóng mang đơn thêm 2dB (từ 12dB lên 14dB) và nới lỏng dung sai OSNR xuống 17,5dB/0,1nm (@ BER=2e-2).
Thời gian đăng: 12-06-2025