17 декабря 2024
Схематическое изображение системы передачи данных. Источник: Национальный институт информационных и коммуникационных технологий (NICT)
Международная исследовательская группа под руководством Лаборатории фотонных сетей Национального института информационных и коммуникационных технологий Японии (NICT) продемонстрировала рекордную совокупную полосу пропускания оптической передачи в 37,6 ТГц, что позволило установить новый рекорд скорости передачи данных в 402 терабита в секунду по стандартному коммерчески доступному оптоволоконному кабелю.
Этот рекорд был достигнут благодаря созданию первой системы оптической передачи, охватывающей все диапазоны передачи (OESCLU) в окне низких потерь стандартных оптоволоконных кабелей. Система объединила в себе различные технологии усиления, некоторые из которых были разработаны специально для этой демонстрации, включая шесть видов волоконно-оптических усилителей с легированием, а также дискретное и распределенное комбинационное усиление.
Новые оптические выравниватели усиления также позволили получить доступ к новым диапазонам длин волн, которые еще не используются в развернутых системах. Ожидается, что недавно разработанная технология внесет значительный вклад в расширение коммуникационных возможностей инфраструктуры оптической связи, поскольку спрос на услуги передачи данных в будущем быстро возрастет.
Результаты этого эксперимента были представлены Беном Паттнамом на 47-й Международной конференции по оптоволоконной связи (OFC 2024) в четверг, 28 марта 2024 года, в конференц-центре Сан-Диего, штат Калифорния, США.
Рост популярности интернета и сервисов передачи данных увеличил спрос на пропускную способность оптических линий связи. Для удовлетворения этого спроса технология мультиплексирования с разделением по длине волны (WDM), в которой для увеличения пропускной способности оптоволоконных линий связи используются новые спектральные окна, стала популярной темой для исследований.
Таблица, в которой сравниваются предыдущие демонстрации широкополосной передачи. Источник: Национальный институт информационных и коммуникационных технологий (NICT)
Использование новых спектральных окон в уже установленных оптоволоконных линиях связи также может принести потенциальную значительную пользу в краткосрочной перспективе в качестве метода продления срока службы существующих оптоволоконных систем для обеспечения дополнительной пропускной способности без больших капитальных затрат, связанных с установкой новых оптоволоконных линий связи. Однако для перехода от областей с наименьшими потерями в стандартных кварцевых волокнах требуются новые схемы усиления, помимо стандартного волоконного усилителя с эрбием (E-) (DFA), который является основой систем C-диапазона или C+L-диапазона.
Ранее для передачи в S/C/L-диапазоне использовались различные решения для усиления. Помимо тулиевых (T-) DFA, используются полупроводниковые оптические усилители (SOA), а также распределённые и дискретные рамановские усилители. Максимальная расчётная скорость передачи данных составляет 256 Тб/с с использованием полосы пропускания почти 20 ТГц.
В более широких демонстрационных передачах использовались висмутовые (B-DFA) для O-диапазона и рамановские усилители для U-диапазона со скоростью 119 Тб/с и совокупной полосой пропускания 25 ТГц. BDFAs в диапазоне E также использовались с распределённой рамановской модуляцией для передачи в диапазонах E/S/C/L на частоте 27,8 ТГц, что позволило расширить спектр передачи и повысить эффективность работы системы.
В рамках этой демонстрации исследователи расширили передачу с мультиплексированием по длине волны (DWDM), чтобы охватить все основные диапазоны передачи в окне низких потерь стандартных оптических волокон и обеспечить более 1500 параллельных каналов передачи в общей полосе пропускания 37,6 ТГц (275 нм).
Вместе с партнёрами по сотрудничеству NICT создал первую в мире систему передачи от O-диапазона до U-диапазона, способную передавать DWDM-сигналы по стандартному оптоволоконному кабелю, доступному на рынке, с помощью специально разработанной технологии усилителей. В демонстрации передачи используются 6 вариантов DFA для усиления в O/E/S/C/L-диапазонах с дискретным (U-диапазон) и распределённым рамановским усилением, а также новые оптические выравниватели усиления для формирования профиля в O/E-диапазонах.
Недавние эксперименты по передаче в широкополосном режиме по одномодовому оптоволокну. Источник: Национальный институт информационных и коммуникационных технологий (NICT)
Широкополосный сигнал DWDM, включающий до 1505 каналов, охватывающих диапазон 275 нм (37,6 ТГц), от 1281,2 нм до 1649,9 нм в диапазонах O, E, S, C, L и U, передавался по 50-километровому оптоволоконному кабелю с подавлением пика поглощения воды. Высокая скорость передачи данных была обеспечена благодаря квадратурно-амплитудной модуляции с двойной поляризацией (DP-QAM) и до 256 символов на созвездие.
Как уже отмечалось, обобщённая взаимная информация (GMI) показала, что скорость передачи данных после 50-километровой передачи составила 402 Тб/с, что более чем на 25% превышает предыдущую максимальную скорость передачи данных по одномодовому оптоволокну (SMF), а полоса пропускания была увеличена на 37,6 ТГц также увеличилась на 35%. Достигнутая скорость передачи данных сравнивается с предыдущими достижениями в области широкополосной передачи. Эти результаты демонстрируют потенциал сверхширокополосной передачи, обеспечиваемой новым усилителем и технологией формирования широкополосного спектра для увеличения пропускной способности новых и уже используемых оптических волокон.
Ожидается, что скорость передачи данных в системах оптической связи, необходимых для предоставления информационных услуг «помимо 5G», значительно возрастёт. Новые диапазоны длин волн позволяют уже используемым оптоволоконным сетям обеспечивать более высокую скорость передачи данных и продлевать срок службы существующих сетевых систем. Также ожидается, что новые диапазоны смогут удовлетворить растущий спрос на коммуникационные услуги следующего поколения в сочетании с новыми типами оптических волокон.
NICT продолжит продвигать исследования и разработки новых технологий усилителей, компонентов и волокон для поддержки новых диапазонов передачи как для краткосрочных, так и для долгосрочных приложений. NICT также стремится расширить диапазон передачи таких широкополосных систем сверхвысокой пропускной способности и обеспечить их совместимость с оптоволоконными кабелями, проложенными в полевых условиях.
Эта работа демонстрирует потенциал нового подхода к оптическому усилению, позволяющего значительно увеличить пропускную способность и продлить срок службы существующих оптоволоконных систем.
