Trong nỗ lực đạt được dung lượng cao hơn và khoảng cách truyền dẫn xa hơn trong các hệ thống truyền thông quang hiện đại, nhiễu, như một hạn chế vật lý cơ bản, luôn kìm hãm sự cải thiện hiệu suất.
Trong một trường hợp điển hìnhEDFATrong hệ thống khuếch đại sợi quang pha tạp erbium, mỗi đoạn truyền dẫn quang tạo ra nhiễu phát xạ tự phát tích lũy (ASE) khoảng 0,1dB, 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 lệch thời gian ở mức picosecond trong miền thời gian. Theo dự đoán của mô hình độ lệch, trong điều kiện hệ số tán xạ là 30ps/(nm · km), độ lệch tăng thêm 12ps khi truyền tải 1000km. Trong miền tần số, điều này dẫn đến sự giảm tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu quang (OSNR), gây ra tổn thất độ nhạy 3,2dB (@ BER=1e-9) trong hệ thống NRZ 40Gbps.
Thách thức nghiêm trọng hơn đến từ sự kết hợp động giữa các hiệu ứng phi tuyến của sợi quang và hiện tượng tán sắc - hệ số tán sắc của sợi quang đơn mode thông thường (G.652) trong cửa sổ 1550nm là 17ps/(nm · km), kết hợp với sự dịch pha phi tuyến do tự điều biến pha (SPM) gây ra. 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 thể hiện trong hình trên, độ mở mắt sau khi truyền 200km đạt 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 của hệ thống vượt quá giới hạn sửa lỗi FEC quyết định cứng là 10^-12.
Điều đáng chú ý là hiệu ứng biến đổi 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 vạch) của laser DFB điển hình nằm trong khoảng 3-6, và sự thay đổi tần số tức thời của nó có thể đạt ± 2,5GHz (tương ứng với tham số biến đổi tần số C=2,5GHz/mA) ở dòng điều chế 1mA, dẫn đến tỷ lệ giãn rộng xung là 38% (tán sắc tích lũy D · L=1360ps/nm) sau khi truyền qua sợi quang G.652 dài 80km.
Hiện tượng nhiễu xuyên kênh trong hệ thống ghép kênh phân chia bước sóng (WDM) tạo ra những trở ngại lớn hơn. Lấy ví dụ khoảng cách kênh 50GHz, công suất nhiễu gây ra bởi hiện tượng trộn bốn sóng (FWM) có chiều dài hiệu dụng Leff khoảng 22km trong các sợi quang thông thường.
Hiện tượng nhiễu xuyên kênh trong hệ thống ghép kênh phân chia bước sóng (WDM) tạo ra những trở ngại lớn hơn. Lấy khoảng cách kênh 50GHz làm ví dụ, chiều dài hiệu dụng của công suất nhiễu được tạo ra bởi sự trộn bốn sóng (FWM) là Leff=22km (tương ứng với hệ số suy hao sợi quang α=0,22 dB/km).
Khi công suất đầu vào tăng lên +15dBm, mức nhiễu xuyên kênh giữa các kênh liền kề tăng thêm 7dB (so với mức cơ bản -30dB), buộc hệ thống phải tăng độ dư thừa sửa lỗi tiến (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 ki-lô-mét trong các kênh bước sóng dài, dẫn đến sự sụt giảm công suất lên đến 3,5dB trong hệ thống băng tần C+L (1530-1625nm). Cần có sự bù độ dốc theo thời gian thực thông qua bộ cân bằng khuếch đại động (DGE).
Giới hạn hiệu suất hệ thống khi kết hợp các hiệu ứng vật lý này có thể được định lượng bằng tích số băng thông - khoảng cách (B · L): B · L của một hệ thống điều chế NRZ điển hình trong sợi quang G.655 (sợi quang bù tán sắc) xấp xỉ 18000 (Gb/s) · km, trong khi với điều chế PDM-QPSK và công nghệ phát hiện đồng bộ, chỉ số này có thể được cải thiện lên 280000 (Gb/s) · km (@ SD-FEC gain 9.5dB).
Loại cáp quang ghép kênh phân chia không gian (SDM) 7 lõi x 3 chế độ tiên tiến này đã đạt được dung lượng truyền dẫn 15,6 Pb/s · km (dung lượng cáp đơn là 1,53 Pb/s với khoảng cách truyền dẫn 10,2 km) trong môi trường phòng thí nghiệm thông qua việc kiểm soát nhiễu xuyên lõi yếu (<-40 dB/km).
Để tiếp cận giới hạn Shannon, các hệ thống hiện đại cần kết hợp sử dụng các công nghệ định hình xác suất (PS-256QAM, đạt được độ lợi định hình 0,8dB), cân bằng mạng nơ-ron (hiệu quả bù NL được cải thiện 37%) và khuếch đại Raman phân tán (DRA, độ chính xác độ dốc khuếch đại ± 0,5dB) để tăng hệ số Q của truyền dẫn PDM-64QAM 400G đơn sóng mang lên 2dB (từ 12dB lên 14dB), và nới lỏng dung sai OSNR xuống 17,5dB/0,1nm (@ BER=2e-2).
Thời gian đăng bài: 12/06/2025