Na busca por maior capacidade e distância de transmissão em sistemas modernos de comunicação óptica, o ruído, como uma limitação física fundamental, sempre restringiu a melhoria do desempenho.
Em um típicoEDFAEm um sistema amplificador de fibra dopada com érbio, cada trecho de transmissão óptica gera aproximadamente 0,1 dB de ruído de emissão espontânea acumulada (ASE), que tem origem na natureza quântica aleatória da interação luz/elétron durante o processo de amplificação.
Esse tipo de ruído se manifesta como jitter de temporização na ordem 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 por 1000 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 surge 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 a mudança de fase não linear causada 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 diagrama de olho após 200 km de transmissão é de 82% do valor inicial, e o fator Q se mantém em 14 dB (correspondendo a uma 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 diagrama de olho caia drasticamente para 63%, e a taxa de erro do sistema excede o limite de correção de erros FEC de decisão rígida de 10 ^ -12.
Vale ressaltar que o efeito de chirp de frequência do laser de modulação direta (DML) se agravará - o valor do parâmetro alfa (fator de aumento da largura de linha) de um laser DFB típico está na faixa de 3 a 6, e sua mudança instantânea de frequência pode atingir ± 2,5 GHz (correspondendo ao parâmetro de chirp C = 2,5 GHz/mA) com 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 por uma fibra G.652 de 80 km.
A diafonia entre canais em sistemas de multiplexação por divisão de comprimento de onda (WDM) constitui um obstáculo ainda maior. Tomando como exemplo um espaçamento de canais de 50 GHz, 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 entre canais em sistemas de multiplexação por divisão de comprimento de onda (WDM) constitui um obstáculo ainda maior. Tomando como exemplo um espaçamento de canal de 50 GHz, o comprimento efetivo da potência de interferência gerada pela mistura de quatro ondas (FWM) é Leff = 22 km (correspondendo a um 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 da correção de erros (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 de banda C+L (1530-1625 nm). A compensação de inclinação em tempo real é necessária por meio de um equalizador de ganho dinâmico (DGE).
O limite de desempenho do sistema, considerando a combinação desses efeitos físicos, pode ser quantificado pelo produto largura de banda-distância (B · L): o B · L de um sistema de modulação NRZ típico em fibra G.655 (fibra com compensação de dispersão) é de aproximadamente 18.000 (Gb/s) · km, enquanto com modulação PDM-QPSK e tecnologia de detecção coerente, esse indicador pode ser melhorado para 280.000 (Gb/s) · km (com ganho SD-FEC de 9,5 dB).
A fibra de multiplexação por divisão espacial (SDM) de última geração, com 7 núcleos e 3 modos, 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 do controle de diafonia entre núcleos com acoplamento fraco (<-40 dB/km).
Para se aproximar do limite de Shannon, os sistemas modernos precisam adotar conjuntamente as tecnologias de modelagem de probabilidade (PS-256QAM, atingindo um ganho de modelagem de 0,8 dB), equalização de rede neural (eficiência de compensação NL melhorada em 37%) e amplificação Raman distribuída (DRA, precisão da inclinação do ganho de ± 0,5 dB) para aumentar o fator Q da transmissão PDM-64QAM de 400G 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).
Data da publicação: 12 de junho de 2025