ఆప్టికల్ ట్రాన్స్‌మిషన్ సిస్టమ్స్ కోసం షానన్ లిమిట్ బ్రేక్‌త్రూ మార్గం ఏమిటి?

పై చిత్రంలో చూపిన 960Gbps PDM-16QAM సిస్టమ్‌లో, 200 కి.మీ. ప్రసారం తర్వాత ఐ ఓపెనింగ్ దాని ప్రారంభ విలువలో 82% ఉంటుంది, మరియు Q ఫ్యాక్టర్ 14dB వద్ద స్థిరంగా ఉంటుంది (ఇది BER ≈ 3e-5కు అనుగుణంగా ఉంటుంది); దూరాన్ని 400 కి.మీ.కు పెంచినప్పుడు, క్రాస్ ఫేజ్ మాడ్యులేషన్ (XPM) మరియు ఫోర్ వేవ్ మిక్సింగ్ (FWM)ల సంయుక్త ప్రభావం వల్ల ఐ ఓపెనింగ్ స్థాయి 63%కి పదునుగా పడిపోతుంది, మరియు సిస్టమ్ ఎర్రర్ రేటు హార్డ్ డెసిషన్ FEC ఎర్రర్ కరెక్షన్ పరిమితి అయిన 10^-12ను మించిపోతుంది.

డైరెక్ట్ మాడ్యులేషన్ లేజర్ (DML) యొక్క ఫ్రీక్వెన్సీ చిర్ప్ ప్రభావం మరింత తీవ్రమవుతుందని గమనించాలి - ఒక సాధారణ DFB లేజర్ యొక్క ఆల్ఫా పారామీటర్ (లైన్‌విడ్త్ వృద్ధి కారకం) విలువ 3-6 పరిధిలో ఉంటుంది, మరియు 1mA మాడ్యులేషన్ కరెంట్ వద్ద దాని తక్షణ ఫ్రీక్వెన్సీ మార్పు ± 2.5GHz (చిర్ప్ పారామీటర్ C=2.5GHz/mAకు అనుగుణంగా) వరకు చేరుకోగలదు, దీని ఫలితంగా 80km G.652 ఫైబర్ ద్వారా ప్రసారం అయిన తర్వాత 38% పల్స్ విస్తరణ రేటు (సంచిత వ్యాప్తి D · L=1360ps/nm) ఏర్పడుతుంది.

వేవ్‌లెంగ్త్ డివిజన్ మల్టిప్లెక్సింగ్ (WDM) సిస్టమ్స్‌లో ఛానల్ క్రాస్‌టాక్ మరింత లోతైన అడ్డంకులను కలిగిస్తుంది. 50GHz ఛానల్ స్పేసింగ్‌ను ఉదాహరణగా తీసుకుంటే, ఫోర్ వేవ్ మిక్సింగ్ (FWM) వల్ల కలిగే ఇంటర్‌ఫెరెన్స్ పవర్, సాధారణ ఆప్టికల్ ఫైబర్‌లలో సుమారు 22 కి.మీ.ల ప్రభావవంతమైన పొడవు Leffను కలిగి ఉంటుంది.

వేవ్‌లెంగ్త్ డివిజన్ మల్టిప్లెక్సింగ్ (WDM) సిస్టమ్స్‌లో ఛానల్ క్రాస్‌టాక్ మరింత లోతైన అడ్డంకులను కలిగిస్తుంది. 50GHz ఛానల్ స్పేసింగ్‌ను ఉదాహరణగా తీసుకుంటే, ఫోర్ వేవ్ మిక్సింగ్ (FWM) ద్వారా ఉత్పత్తి అయ్యే ఇంటర్‌ఫెరెన్స్ పవర్ యొక్క ప్రభావవంతమైన పొడవు Leff=22కిమీ (ఇది ఫైబర్ అటెన్యుయేషన్ కోఎఫిషియంట్ α=0.22 dB/కిమీకి అనుగుణంగా ఉంటుంది).

ఇన్‌పుట్ పవర్‌ను +15dBmకు పెంచినప్పుడు, ప్రక్క ప్రక్కన ఉన్న ఛానెల్‌ల మధ్య క్రాస్‌టాక్ స్థాయి 7dB పెరుగుతుంది (-30dB బేస్‌లైన్‌తో పోలిస్తే), దీనివల్ల సిస్టమ్ ఫార్వర్డ్ ఎర్రర్ కరెక్షన్ (FEC) రిడండెన్సీని 7% నుండి 20%కి పెంచవలసి వస్తుంది. స్టిమ్యులేటెడ్ రామన్ స్కాటరింగ్ (SRS) వలన కలిగే పవర్ ట్రాన్స్‌ఫర్ ప్రభావం, దీర్ఘ తరంగదైర్ఘ్య ఛానెల్‌లలో ప్రతి కిలోమీటరుకు సుమారుగా 0.02dB నష్టానికి దారితీస్తుంది, ఇది C+L బ్యాండ్ (1530-1625nm) సిస్టమ్‌లో 3.5dB వరకు పవర్ డిప్‌కు కారణమవుతుంది. డైనమిక్ గెయిన్ ఈక్వలైజర్ (DGE) ద్వారా రియల్ టైమ్ స్లోప్ కాంపెన్సేషన్ అవసరం.

ఈ భౌతిక ప్రభావాలన్నింటి కలయిక వల్ల ఏర్పడే సిస్టమ్ పనితీరు పరిమితిని బ్యాండ్‌విడ్త్ దూర లబ్ధి (B · L) ద్వారా లెక్కించవచ్చు: G.655 ఫైబర్‌లో (డిస్పర్షన్ కాంపెన్సేటెడ్ ఫైబర్) ఒక సాధారణ NRZ మాడ్యులేషన్ సిస్టమ్ యొక్క B · L సుమారుగా 18000 (Gb/s) · km ఉంటుంది, అయితే PDM-QPSK మాడ్యులేషన్ మరియు కోహెరెంట్ డిటెక్షన్ టెక్నాలజీతో, ఈ సూచికను 280000 (Gb/s) · km (@ SD-FEC గెయిన్ 9.5dB) వరకు మెరుగుపరచవచ్చు.

అత్యాధునిక 7-కోర్ x 3-మోడ్ స్పేస్ డివిజన్ మల్టిప్లెక్సింగ్ ఫైబర్ (SDM), బలహీనమైన కప్లింగ్ ఇంటర్ కోర్ క్రాస్‌టాక్ నియంత్రణ (<-40dB/km) ద్వారా ప్రయోగశాల వాతావరణంలో 15.6Pb/s · km ప్రసార సామర్థ్యాన్ని (సింగిల్ ఫైబర్ సామర్థ్యం 1.53Pb/sx 10.2km ప్రసార దూరం) సాధించింది.

షానన్ పరిమితిని చేరుకోవడానికి, ఆధునిక వ్యవస్థలు సింగిల్ క్యారియర్ 400G PDM-64QAM ట్రాన్స్‌మిషన్ యొక్క Q ఫ్యాక్టర్‌ను 2dB (12dB నుండి 14dB కి) పెంచడానికి, మరియు OSNR టాలరెన్స్‌ను 17.5dB/0.1nm (@ BER=2e-2) కు సడలించడానికి ప్రాబబిలిటీ షేపింగ్ (PS-256QAM, 0.8dB షేపింగ్ గెయిన్‌ను సాధించడం), న్యూరల్ నెట్‌వర్క్ ఈక్వలైజేషన్ (NL కాంపెన్సేషన్ సామర్థ్యం 37% మెరుగుపడింది), మరియు డిస్ట్రిబ్యూటెడ్ రామన్ యాంప్లిఫికేషన్ (DRA, గెయిన్ స్లోప్ కచ్చితత్వం ± 0.5dB) సాంకేతికతలను సంయుక్తంగా అవలంబించాల్సిన అవసరం ఉంది.