En la búsqueda de una mayor capacidad y una mayor distancia de transmisión en los sistemas modernos de comunicación óptica, el ruido, como limitación física fundamental, siempre ha restringido la mejora del rendimiento.
En un típicoEDFAEn un sistema amplificador de fibra dopada con erbio, cada tramo de transmisión óptica genera aproximadamente 0,1 dB de ruido de emisión espontánea acumulada (ASE), que tiene su origen en la naturaleza cuántica aleatoria de la interacción luz/electrón durante el proceso de amplificación.
Este tipo de ruido se manifiesta como una fluctuación temporal de nivel de picosegundos en el dominio del tiempo. 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, esto conlleva una disminución de la relación señal-ruido óptica (OSNR), lo que resulta en una pérdida de sensibilidad de 3,2 dB (@ BER=1e-9) en el sistema NRZ de 40 Gbps.
El desafío más importante 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 desplazamiento de fase 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 del ojo después de una 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 del ojo caiga drásticamente al 63 %, y la tasa de error del sistema supera el límite de corrección de errores FEC de decisión dura de 10 ^ -12.
Cabe destacar 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) con una corriente de modulación de 1 mA, lo que resulta en una tasa de ensanchamiento de pulso del 38 % (dispersión acumulativa D · L = 1360 ps/nm) después de la transmisión a través de una fibra G.652 de 80 km.
La diafonía entre canales en los sistemas de multiplexación por división de longitud de onda (WDM) representa un obstáculo importante. Tomando como ejemplo el espaciado de 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 entre canales en los sistemas de multiplexación por división de longitud de onda (WDM) representa un obstáculo importante. Tomando como ejemplo el espaciado de 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 fibra α = 0,22 dB/km).
Cuando la potencia de entrada aumenta a +15 dBm, el nivel de diafonía entre canales adyacentes aumenta en 7 dB (en relación con el valor de referencia de -30 dB), lo que obliga al sistema a aumentar la redundancia de corrección de errores hacia adelante (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 los 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 una compensación de pendiente en tiempo real mediante un ecualizador de ganancia dinámico (DGE).
El límite de rendimiento del sistema de estos efectos físicos combinados se puede cuantificar mediante el producto ancho de banda-distancia (B · L): el B · L de un sistema de modulación NRZ típico en fibra G.655 (fibra con compensación de dispersión) es aproximadamente 18000 (Gb/s) · km, mientras que con la modulación PDM-QPSK y la tecnología de detección coherente, este indicador se puede mejorar a 280000 (Gb/s) · km (@ ganancia SD-FEC de 9,5 dB).
La fibra de multiplexación por división espacial (SDM) de vanguardia, con 7 núcleos y 3 modos, ha alcanzado 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 mediante 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 conformación de probabilidad (PS-256QAM, que logra una ganancia de conformación 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 400G PDM-64QAM 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).
Fecha de publicación: 12 de junio de 2025