En la recerca d'una major capacitat i una major distància de transmissió en els sistemes moderns de comunicació òptica, el soroll, com a limitació física fonamental, sempre ha limitat la millora del rendiment.
En un típicEDFAsistema amplificador de fibra dopada amb erbi, cada tram de transmissió òptica genera aproximadament 0,1 dB de soroll d'emissió espontània acumulat (ASE), que té les seves arrels en la naturalesa aleatòria quàntica de la interacció llum/electró durant el procés d'amplificació.
Aquest tipus de soroll es manifesta com una fluctuació temporal de nivell de picosegons en el domini temporal. Segons la predicció del model de fluctuació, sota la condició d'un coeficient de dispersió de 30 ps/(nm · km), la fluctuació augmenta en 12 ps quan es transmeten 1000 km. En el domini de freqüència, això provoca una disminució de la relació senyal-soroll òptic (OSNR), la qual cosa resulta en una pèrdua de sensibilitat de 3,2 dB (@ BER=1e-9) en el sistema NRZ de 40 Gbps.
El repte més greu prové de l'acoblament dinàmic dels efectes no lineals de la fibra i la dispersió: el coeficient de dispersió de la fibra monomodal convencional (G.652) a la finestra de 1550 nm és de 17 ps/(nm · km), combinat amb el canvi de fase no lineal causat per l'automodulació de fase (SPM). Quan la potència d'entrada supera els 6 dBm, l'efecte SPM distorsionarà significativament la forma d'ona del pols.

En el sistema PDM-16QAM de 960 Gbps que es mostra a la figura anterior, l'obertura de l'ull després d'una transmissió de 200 km és del 82% del valor inicial, i el factor Q es manté a 14 dB (corresponent a BER ≈ 3e-5); Quan la distància s'estén a 400 km, l'efecte combinat de la modulació de fase creuada (XPM) i la barreja de quatre ones (FWM) fa que el grau d'obertura de l'ull caigui bruscament fins al 63%, i la taxa d'error del sistema superi el límit de correcció d'errors FEC de decisió dura de 10 ^ -12.
Cal destacar que l'efecte de xirp de freqüència del làser de modulació directa (DML) empitjorarà: el valor del paràmetre alfa (factor d'augment de l'amplada de línia) d'un làser DFB típic es troba en el rang de 3-6, i el seu canvi de freqüència instantani pot arribar a ± 2,5 GHz (corresponent al paràmetre de xirp C = 2,5 GHz / mA) a un corrent de modulació d'1 mA, cosa que resulta en una taxa d'eixamplament de pols del 38% (dispersió acumulada D · L = 1360 ps / nm) després de la transmissió a través d'una fibra G.652 de 80 km.
La diafonia de canal en sistemes de multiplexació per divisió de longitud d'ona (WDM) constitueix obstacles més profunds. Prenent com a exemple l'espaiat de canal de 50 GHz, la potència d'interferència causada per la barreja de quatre ones (FWM) té una longitud efectiva Leff d'uns 22 km en fibres òptiques ordinàries.
La diafonia de canal en sistemes de multiplexació per divisió de longitud d'ona (WDM) constitueix obstacles més profunds. Prenent com a exemple l'espaiat de canal de 50 GHz, la longitud efectiva de la potència d'interferència generada per la barreja de quatre ones (FWM) és Leff = 22 km (corresponent al coeficient d'atenuació de la fibra α = 0,22 dB/km).
Quan la potència d'entrada augmenta a +15 dBm, el nivell de diafonia entre canals adjacents augmenta en 7 dB (en relació amb la línia de base de -30 dB), cosa que obliga el sistema a augmentar la redundància de correcció d'errors directes (FEC) del 7% al 20%. L'efecte de transferència de potència causat per la dispersió Raman estimulada (SRS) provoca una pèrdua d'aproximadament 0,02 dB per quilòmetre en canals de longitud d'ona llarga, cosa que provoca una caiguda de potència de fins a 3,5 dB en el sistema de banda C+L (1530-1625 nm). Cal una compensació de pendent en temps real mitjançant un equalitzador de guany dinàmic (DGE).
El límit de rendiment del sistema d'aquests efectes físics combinats es pot quantificar mitjançant el producte de distància d'amplada de banda (B · L): el B · L d'un sistema de modulació NRZ típic en fibra G.655 (fibra compensada per dispersió) és d'aproximadament 18000 (Gb/s) · km, mentre que amb la modulació PDM-QPSK i la tecnologia de detecció coherent, aquest indicador es pot millorar fins a 280000 (Gb/s) · km (@ guany SD-FEC de 9,5 dB).
La fibra de multiplexació per divisió espacial (SDM) d'última generació de 7 nuclis x 3 modes ha aconseguit una capacitat de transmissió de 15,6 Pb/s · km (capacitat de fibra individual d'1,53 Pb/s x distància de transmissió de 10,2 km) en entorns de laboratori mitjançant un control de diafonia entre nuclis d'acoblament feble (<-40 dB/km).
Per aproximar-se al límit de Shannon, els sistemes moderns han d'adoptar conjuntament tecnologies de conformació de probabilitat (PS-256QAM, aconseguint un guany de conformació de 0,8 dB), equalització de xarxes neuronals (eficiència de compensació NL millorada en un 37%) i amplificació Raman distribuïda (DRA, precisió de pendent de guany ± 0,5 dB) per augmentar el factor Q de la transmissió de portadora única 400G PDM-64QAM en 2 dB (de 12 dB a 14 dB) i relaxar la tolerància OSNR a 17,5 dB/0,1 nm (@ BER=2e-2).
Data de publicació: 12 de juny de 2025