Nella ricerca di una maggiore capacità e di una maggiore distanza di trasmissione nei moderni sistemi di comunicazione ottica, il rumore, in quanto limitazione fisica fondamentale, ha sempre ostacolato il miglioramento delle prestazioni.
In un tipicoEDFAsistema di amplificazione in fibra drogata con erbio, ogni intervallo di trasmissione ottica genera circa 0,1 dB di rumore di emissione spontanea accumulato (ASE), che è radicato nella natura casuale quantistica dell'interazione luce/elettrone durante il processo di amplificazione.
Questo tipo di rumore si manifesta come un jitter temporale a livello di picosecondi nel dominio del tempo. Secondo la previsione del modello di jitter, in condizioni di un coefficiente di dispersione di 30 ps/(nm · km), il jitter aumenta di 12 ps durante la trasmissione a 1000 km. Nel dominio della frequenza, ciò comporta una diminuzione del rapporto segnale/rumore ottico (OSNR), con conseguente perdita di sensibilità di 3,2 dB (@ BER=1e-9) nel sistema NRZ a 40 Gbps.
La sfida più impegnativa deriva dall'accoppiamento dinamico degli effetti non lineari della fibra e della dispersione: il coefficiente di dispersione della fibra monomodale convenzionale (G.652) nella finestra di 1550 nm è di 17 ps/(nm · km), combinato con lo sfasamento non lineare causato dall'automodulazione di fase (SPM). Quando la potenza in ingresso supera i 6 dBm, l'effetto SPM distorce significativamente la forma d'onda dell'impulso.
Nel sistema PDM-16QAM da 960 Gbps mostrato nella figura sopra, l'apertura dell'occhio dopo una trasmissione di 200 km è pari all'82% del valore iniziale e il fattore Q viene mantenuto a 14 dB (corrispondente a BER ≈ 3e-5); quando la distanza viene estesa a 400 km, l'effetto combinato della modulazione di fase incrociata (XPM) e della miscelazione a quattro onde (FWM) fa sì che il grado di apertura dell'occhio scenda bruscamente al 63% e il tasso di errore del sistema supera il limite di correzione dell'errore FEC di decisione difficile di 10 ^ -12.
Vale la pena notare che l'effetto di chirp di frequenza del laser a modulazione diretta (DML) peggiorerà: il valore del parametro alfa (fattore di miglioramento della larghezza di linea) di un tipico laser DFB è compreso tra 3 e 6 e la sua variazione di frequenza istantanea può raggiungere ± 2,5 GHz (corrispondente al parametro di chirp C=2,5 GHz/mA) a una corrente di modulazione di 1 mA, con conseguente tasso di allargamento dell'impulso del 38% (dispersione cumulativa D · L=1360 ps/nm) dopo la trasmissione attraverso una fibra G.652 da 80 km.
La diafonia di canale nei sistemi a multiplazione a divisione di lunghezza d'onda (WDM) costituisce un ostacolo più profondo. Prendendo come esempio la spaziatura di canale a 50 GHz, la potenza di interferenza causata dal mixing a quattro onde (FWM) ha una lunghezza effettiva Leff di circa 22 km nelle fibre ottiche ordinarie.
La diafonia di canale nei sistemi a multiplazione a divisione di lunghezza d'onda (WDM) costituisce un ostacolo più profondo. Prendendo come esempio la spaziatura di canale a 50 GHz, la lunghezza effettiva della potenza di interferenza generata dal mixaggio a quattro onde (FWM) è Leff = 22 km (corrispondente al coefficiente di attenuazione della fibra α = 0,22 dB/km).
Quando la potenza di ingresso viene aumentata a +15 dBm, il livello di diafonia tra canali adiacenti aumenta di 7 dB (rispetto alla linea di base di -30 dB), costringendo il sistema ad aumentare la ridondanza della correzione degli errori in avanti (FEC) dal 7% al 20%. L'effetto di trasferimento di potenza causato dalla diffusione Raman stimolata (SRS) si traduce in una perdita di circa 0,02 dB per chilometro nei canali a lunghezza d'onda lunga, con conseguente calo di potenza fino a 3,5 dB nel sistema in banda C+L (1530-1625 nm). È richiesta la compensazione della pendenza in tempo reale tramite un equalizzatore dinamico del guadagno (DGE).
Il limite delle prestazioni del sistema di questi effetti fisici combinati può essere quantificato dal prodotto distanza larghezza di banda (B · L): il B · L di un tipico sistema di modulazione NRZ in fibra G.655 (fibra a dispersione compensata) è di circa 18000 (Gb/s) · km, mentre con la modulazione PDM-QPSK e la tecnologia di rilevamento coerente, questo indicatore può essere migliorato a 280000 (Gb/s) · km (con guadagno SD-FEC di 9,5 dB).
La fibra ottica SDM (Space Division Multiplexing) all'avanguardia a 7 core x 3 modalità ha raggiunto una capacità di trasmissione di 15,6 Pb/s · km (capacità della singola fibra di 1,53 Pb/sx distanza di trasmissione di 10,2 km) in ambienti di laboratorio tramite un controllo della diafonia tra core ad accoppiamento debole (<-40 dB/km).
Per avvicinarsi al limite di Shannon, i sistemi moderni devono adottare congiuntamente tecnologie di shaping della probabilità (PS-256QAM, che raggiunge un guadagno di shaping di 0,8 dB), equalizzazione della rete neurale (efficienza di compensazione NL migliorata del 37%) e amplificazione Raman distribuita (DRA, accuratezza della pendenza del guadagno ± 0,5 dB) per aumentare il fattore Q della trasmissione PDM-64QAM a portante singola 400G di 2 dB (da 12 dB a 14 dB) e allentare la tolleranza OSNR a 17,5 dB/0,1 nm (@ BER=2e-2).
Data di pubblicazione: 12-06-2025