Nella ricerca di una maggiore capacità e di distanze di trasmissione più lunghe nei moderni sistemi di comunicazione ottica, il rumore, in quanto limitazione fisica fondamentale, ha sempre ostacolato il miglioramento delle prestazioni.
In un tipicoEDFANel sistema di amplificazione a fibra drogata con erbio, ogni tratto di trasmissione ottica genera circa 0,1 dB di rumore di emissione spontanea accumulata (ASE), che ha origine nella natura quantistica casuale 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 su 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 seria 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 a 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 a 960 Gbps mostrato nella figura precedente, l'apertura dell'occhio dopo una trasmissione di 200 km è pari all'82% del valore iniziale e il fattore Q si mantiene 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 degli errori FEC a decisione rigida di 10 ^ -12.
È opportuno 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 riga) 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) con una corrente di modulazione di 1 mA, risultando in un tasso di allargamento dell'impulso del 38% (dispersione cumulativa D · L=1360 ps/nm) dopo la trasmissione attraverso una fibra G.652 di 80 km.
La diafonia tra canali nei sistemi di multiplexing a divisione di lunghezza d'onda (WDM) costituisce un ostacolo più significativo. Prendendo come esempio la spaziatura tra i canali di 50 GHz, la potenza di interferenza causata dalla miscelazione a quattro onde (FWM) ha una lunghezza effettiva Leff di circa 22 km nelle normali fibre ottiche.
La diafonia tra canali nei sistemi di multiplexing a divisione di lunghezza d'onda (WDM) costituisce un ostacolo più significativo. Prendendo come esempio la spaziatura tra i canali di 50 GHz, la lunghezza effettiva della potenza di interferenza generata dalla miscelazione a quattro onde (FWM) è Leff=22 km (corrispondente a un coefficiente di attenuazione della fibra α=0,22 dB/km).
Quando la potenza in ingresso viene aumentata a +15 dBm, il livello di diafonia tra canali adiacenti aumenta di 7 dB (rispetto al valore di riferimento 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 necessaria una compensazione della pendenza in tempo reale tramite un equalizzatore di guadagno dinamico (DGE).
Il limite prestazionale del sistema dovuto alla combinazione di questi effetti fisici può essere quantificato dal prodotto larghezza di banda-distanza (B · L): il B · L di un tipico sistema di modulazione NRZ in fibra G.655 (fibra a compensazione di dispersione) è di circa 18000 (Gb/s) · km, mentre con la modulazione PDM-QPSK e la tecnologia di rilevamento coerente, questo indicatore può essere migliorato fino a 280000 (Gb/s) · km (@ guadagno SD-FEC 9,5dB).
La fibra a multiplexing a divisione spaziale (SDM) a 7 core e 3 modalità, all'avanguardia, ha raggiunto una capacità di trasmissione di 15,6 Pb/s · km (capacità della singola fibra di 1,53 Pb/s x distanza di trasmissione di 10,2 km) in ambienti di laboratorio grazie al controllo della diafonia inter-core a debole accoppiamento (<-40 dB/km).
Per avvicinarsi al limite di Shannon, i sistemi moderni devono adottare congiuntamente le tecnologie di modellazione della probabilità (PS-256QAM, con un guadagno di modellazione di 0,8 dB), equalizzazione tramite rete neurale (efficienza di compensazione NL migliorata del 37%) e amplificazione Raman distribuita (DRA, precisione della pendenza del guadagno ± 0,5 dB) per aumentare il fattore Q della trasmissione a portante singola 400G PDM-64QAM di 2 dB (da 12 dB a 14 dB) e rilassare la tolleranza OSNR a 17,5 dB/0,1 nm (@ BER=2e-2).
Data di pubblicazione: 12 giugno 2025