Na busca por maior capacidade e maior distância de transmissão em sistemas modernos de comunicação óptica, o ruído, como uma limitação física fundamental, sempre restringiu a melhoria do desempenho.
Em um típicoEDFAsistema amplificador de fibra dopada com érbio, cada intervalo de transmissão óptica gera aproximadamente 0,1 dB de ruído de emissão espontânea (ASE) acumulado, que está enraizado na natureza aleatória quântica da interação luz/elétron durante o processo de amplificação.
Este tipo de ruído se manifesta como jitter de temporização de picossegundos no domínio do tempo. De acordo com a previsão do modelo de jitter, sob a condição de um coeficiente de dispersão de 30 ps/(nm · km), o jitter aumenta em 12 ps ao transmitir a 1.000 km. No domínio da frequência, isso leva a uma diminuição na relação sinal-ruído óptica (OSNR), resultando em uma perda de sensibilidade de 3,2 dB (@ BER = 1e-9) no sistema NRZ de 40 Gbps.
O desafio mais severo advém do acoplamento dinâmico dos efeitos não lineares da fibra e da dispersão – o coeficiente de dispersão da fibra monomodo convencional (G.652) na janela de 1550 nm é de 17 ps/(nm · km), combinado com o deslocamento de fase não linear causado pela automodulação de fase (SPM). Quando a potência de entrada excede 6 dBm, o efeito SPM distorce significativamente a forma de onda do pulso.
No sistema PDM-16QAM de 960 Gbps mostrado na figura acima, a abertura do olho após a transmissão de 200 km é de 82% do valor inicial, e o fator Q é mantido em 14 dB (correspondente a BER ≈ 3e-5); Quando a distância é estendida para 400 km, o efeito combinado da modulação de fase cruzada (XPM) e da mistura de quatro ondas (FWM) faz com que o grau de abertura do olho caia drasticamente para 63%, e a taxa de erro do sistema excede o limite de correção de erro FEC de decisão rígida de 10 ^ -12.
Vale ressaltar que o efeito de chirp de frequência do laser de modulação direta (DML) irá piorar - o valor do parâmetro alfa (fator de aprimoramento da largura de linha) de um laser DFB típico está na faixa de 3-6, e sua mudança instantânea de frequência pode atingir ± 2,5 GHz (correspondendo ao parâmetro de chirp C = 2,5 GHz/mA) em uma corrente de modulação de 1 mA, resultando em uma taxa de alargamento de pulso de 38% (dispersão cumulativa D · L = 1360 ps/nm) após a transmissão através de uma fibra G.652 de 80 km.
A diafonia de canal em sistemas de multiplexação por divisão de comprimento de onda (WDM) constitui obstáculos ainda maiores. Tomando o espaçamento de canal de 50 GHz como exemplo, a potência de interferência causada pela mistura de quatro ondas (FWM) tem um comprimento efetivo Leff de cerca de 22 km em fibras ópticas comuns.
A diafonia de canal em sistemas de multiplexação por divisão de comprimento de onda (WDM) constitui obstáculos ainda maiores. Tomando o espaçamento de canal de 50 GHz como exemplo, o comprimento efetivo da potência de interferência gerada pela mistura de quatro ondas (FWM) é Leff = 22 km (correspondente ao coeficiente de atenuação da fibra α = 0,22 dB/km).
Quando a potência de entrada é aumentada para +15 dBm, o nível de diafonia entre canais adjacentes aumenta em 7 dB (em relação à linha de base de -30 dB), forçando o sistema a aumentar a redundância de correção de erro de avanço (FEC) de 7% para 20%. O efeito de transferência de potência causado pelo espalhamento Raman estimulado (SRS) resulta em uma perda de aproximadamente 0,02 dB por quilômetro em canais de comprimento de onda longo, levando a uma queda de potência de até 3,5 dB no sistema na banda C+L (1530-1625 nm). A compensação de declive em tempo real é necessária por meio de um equalizador de ganho dinâmico (DGE).
O limite de desempenho do sistema desses efeitos físicos combinados pode ser quantificado pelo produto da distância da largura de banda (B · L): o B · L de um sistema de modulação NRZ típico em fibra G.655 (fibra com compensação de dispersão) é de aproximadamente 18000 (Gb/s) · km, enquanto com a modulação PDM-QPSK e a tecnologia de detecção coerente, esse indicador pode ser melhorado para 280000 (Gb/s) · km (@ ganho SD-FEC de 9,5 dB).
A fibra de multiplexação por divisão espacial (SDM) de 7 núcleos x 3 modos de última geração atingiu uma capacidade de transmissão de 15,6 Pb/s · km (capacidade de fibra única de 1,53 Pb/s x distância de transmissão de 10,2 km) em ambientes de laboratório por meio de controle de diafonia entre núcleos de acoplamento fraco (<-40 dB/km).
Para se aproximar do limite de Shannon, os sistemas modernos precisam adotar conjuntamente tecnologias de modelagem de probabilidade (PS-256QAM, atingindo ganho de modelagem de 0,8 dB), equalização de rede neural (eficiência de compensação NL melhorada em 37%) e amplificação Raman distribuída (DRA, precisão de declive de ganho ± 0,5 dB) para aumentar o fator Q da transmissão 400G PDM-64QAM de portadora única em 2 dB (de 12 dB para 14 dB) e relaxar a tolerância OSNR para 17,5 dB/0,1 nm (@ BER=2e-2).
Horário da publicação: 12/06/2025