En la búsqueda de una mayor capacidad y una mayor distancia de transmisión en los sistemas de comunicación óptica modernos, el ruido, como limitación física fundamental, siempre ha restringido la mejora del rendimiento.
En un caso típicoEDFASistema amplificador de fibra dopada con erbio, cada tramo de transmisión óptica genera aproximadamente 0,1 dB de ruido de emisión espontánea (ASE) acumulado, que tiene su origen en la naturaleza aleatoria cuántica de la interacción luz/electrón durante el proceso de amplificación.
Este tipo de ruido se manifiesta como fluctuación temporal de picosegundos en el dominio temporal. Según la predicción del modelo de fluctuación, con un coeficiente de dispersión de 30 ps/(nm · km), la fluctuación aumenta en 12 ps al transmitir a 1000 km. En el dominio de la frecuencia, provoca una disminución de la relación señal-ruido (OSNR), lo que resulta en una pérdida de sensibilidad de 3,2 dB (BER = 1e-9) en el sistema NRZ de 40 Gbps.
El mayor desafío proviene del acoplamiento dinámico de los efectos no lineales de la fibra y la dispersión: el coeficiente de dispersión de la fibra monomodo convencional (G.652) en la ventana de 1550 nm es de 17 ps/(nm · km), combinado con el desfase no lineal causado por la automodulación de fase (SPM). Cuando la potencia de entrada supera los 6 dBm, el efecto SPM distorsiona significativamente la forma de onda del pulso.
En el sistema PDM-16QAM de 960 Gbps que se muestra en la figura anterior, la apertura de los ojos después de la transmisión de 200 km es del 82% del valor inicial y el factor Q se mantiene en 14 dB (correspondiente a BER ≈ 3e-5); cuando la distancia se extiende a 400 km, el efecto combinado de la modulación de fase cruzada (XPM) y la mezcla de cuatro ondas (FWM) hace que el grado de apertura de los ojos caiga drásticamente al 63% y la tasa de error del sistema excede el límite de corrección de error FEC de decisión dura de 10 ^ -12.
Vale la pena señalar que el efecto de chirrido de frecuencia del láser de modulación directa (DML) empeorará: el valor del parámetro alfa (factor de mejora del ancho de línea) de un láser DFB típico está en el rango de 3 a 6, y su cambio de frecuencia instantáneo puede alcanzar ± 2,5 GHz (correspondiente al parámetro de chirrido C = 2,5 GHz/mA) a una corriente de modulación de 1 mA, lo que da como resultado una tasa de ensanchamiento de pulso del 38 % (dispersión acumulada D · L = 1360 ps/nm) después de la transmisión a través de una fibra G.652 de 80 km.
La diafonía de canales en sistemas de multiplexación por división de longitud de onda (WDM) constituye obstáculos más profundos. Tomando como ejemplo el espaciamiento entre canales de 50 GHz, la potencia de interferencia causada por la mezcla de cuatro ondas (FWM) tiene una longitud efectiva Leff de aproximadamente 22 km en fibras ópticas convencionales.
La diafonía de canales en sistemas de multiplexación por división de longitud de onda (WDM) constituye obstáculos más profundos. Tomando como ejemplo el espaciamiento entre canales de 50 GHz, la longitud efectiva de la potencia de interferencia generada por la mezcla de cuatro ondas (FWM) es Leff = 22 km (correspondiente a un coeficiente de atenuación de la fibra α = 0,22 dB/km).
Al aumentar la potencia de entrada a +15 dBm, el nivel de diafonía entre canales adyacentes aumenta en 7 dB (con respecto a la línea base de -30 dB), lo que obliga al sistema a aumentar la redundancia de corrección de errores de avance (FEC) del 7 % al 20 %. El efecto de transferencia de potencia causado por la dispersión Raman estimulada (SRS) produce una pérdida de aproximadamente 0,02 dB por kilómetro en canales de longitud de onda larga, lo que genera una caída de potencia de hasta 3,5 dB en el sistema de banda C+L (1530-1625 nm). Se requiere compensación de pendiente en tiempo real mediante un ecualizador dinámico de ganancia (DGE).
El límite de rendimiento del sistema de estos efectos físicos combinados se puede cuantificar mediante el producto de ancho de banda por distancia (B · L): el B · L de un sistema de modulación NRZ típico en fibra G.655 (fibra con compensación de dispersión) es de aproximadamente 18000 (Gb/s) · km, mientras que con modulación PDM-QPSK y tecnología de detección coherente, este indicador se puede mejorar a 280000 (Gb/s) · km (ganancia SD-FEC de 9,5 dB).
La fibra multiplexada por división espacial (SDM) de 7 núcleos y 3 modos de última generación ha logrado una capacidad de transmisión de 15,6 Pb/s · km (capacidad de fibra única de 1,53 Pb/s x distancia de transmisión de 10,2 km) en entornos de laboratorio a través de un control de diafonía entre núcleos de acoplamiento débil (<-40 dB/km).
Para aproximarse al límite de Shannon, los sistemas modernos necesitan adoptar conjuntamente tecnologías de modelado de probabilidad (PS-256QAM, que logra una ganancia de modelado de 0,8 dB), ecualización de red neuronal (eficiencia de compensación NL mejorada en un 37 %) y amplificación Raman distribuida (DRA, precisión de pendiente de ganancia ± 0,5 dB) para aumentar el factor Q de la transmisión PDM-64QAM de 400G de portadora única en 2 dB (de 12 dB a 14 dB) y relajar la tolerancia OSNR a 17,5 dB/0,1 nm (@ BER=2e-2).
Hora de publicación: 12 de junio de 2025