Dalam upaya mencapai kapasitas yang lebih tinggi dan jarak transmisi yang lebih jauh pada sistem komunikasi optik modern, kebisingan, sebagai batasan fisik mendasar, selalu menghambat peningkatan kinerja.
Dalam situasi tipikalEDFAPada sistem penguat serat optik yang didoping erbium, setiap rentang transmisi optik menghasilkan sekitar 0,1 dB noise emisi spontan terakumulasi (ASE), yang berakar pada sifat acak kuantum dari interaksi cahaya/elektron selama proses amplifikasi.
Jenis derau ini bermanifestasi sebagai jitter waktu tingkat pikosekon dalam domain waktu. Menurut prediksi model jitter, dengan kondisi koefisien dispersi 30 ps/(nm · km), jitter meningkat sebesar 12 ps saat transmisi sejauh 1000 km. Dalam domain frekuensi, hal ini menyebabkan penurunan rasio sinyal-ke-derau optik (OSNR), yang mengakibatkan kehilangan sensitivitas sebesar 3,2 dB (@ BER=1e-9) pada sistem NRZ 40 Gbps.
Tantangan yang lebih berat muncul dari kopling dinamis efek nonlinier serat dan dispersi - koefisien dispersi serat mode tunggal konvensional (G.652) pada jendela 1550nm adalah 17ps/(nm · km), dikombinasikan dengan pergeseran fase nonlinier yang disebabkan oleh modulasi fase diri (SPM). Ketika daya masukan melebihi 6dBm, efek SPM akan secara signifikan mendistorsi bentuk gelombang pulsa.
Pada sistem PDM-16QAM 960Gbps yang ditunjukkan pada gambar di atas, bukaan mata setelah transmisi 200km adalah 82% dari nilai awal, dan faktor Q dipertahankan pada 14dB (sesuai dengan BER ≈ 3e-5); Ketika jarak diperpanjang hingga 400km, efek gabungan dari modulasi fase silang (XPM) dan pencampuran empat gelombang (FWM) menyebabkan derajat bukaan mata turun tajam menjadi 63%, dan tingkat kesalahan sistem melebihi batas koreksi kesalahan FEC keputusan keras sebesar 10^-12.
Perlu dicatat bahwa efek chirp frekuensi dari laser modulasi langsung (DML) akan memburuk - nilai parameter alfa (faktor peningkatan lebar garis) dari laser DFB tipikal berada dalam kisaran 3-6, dan perubahan frekuensi sesaatnya dapat mencapai ± 2,5 GHz (sesuai dengan parameter chirp C=2,5 GHz/mA) pada arus modulasi 1 mA, menghasilkan tingkat pelebaran pulsa sebesar 38% (dispersi kumulatif D · L=1360 ps/nm) setelah transmisi melalui serat G.652 sepanjang 80 km.
Gangguan silang antar saluran dalam sistem multiplexing pembagian panjang gelombang (WDM) merupakan hambatan yang lebih besar. Mengambil contoh jarak antar saluran 50 GHz, daya interferensi yang disebabkan oleh pencampuran empat gelombang (FWM) memiliki panjang efektif Leff sekitar 22 km pada serat optik biasa.
Gangguan silang antar saluran dalam sistem multiplexing pembagian panjang gelombang (WDM) merupakan hambatan yang lebih besar. Mengambil contoh jarak antar saluran 50 GHz, panjang efektif daya interferensi yang dihasilkan oleh pencampuran empat gelombang (FWM) adalah Leff = 22 km (sesuai dengan koefisien atenuasi serat α = 0,22 dB/km).
Ketika daya input ditingkatkan menjadi +15dBm, tingkat crosstalk antar saluran yang berdekatan meningkat sebesar 7dB (relatif terhadap baseline -30dB), memaksa sistem untuk meningkatkan redundansi koreksi kesalahan maju (FEC) dari 7% menjadi 20%. Efek transfer daya yang disebabkan oleh hamburan Raman terstimulasi (SRS) menghasilkan kehilangan sekitar 0,02dB per kilometer pada saluran panjang gelombang panjang, yang menyebabkan penurunan daya hingga 3,5dB pada sistem pita C+L (1530-1625nm). Kompensasi kemiringan waktu nyata diperlukan melalui penyeimbang penguatan dinamis (DGE).
Batasan kinerja sistem dari efek fisik gabungan ini dapat dikuantifikasi dengan produk jarak bandwidth (B · L): B · L dari sistem modulasi NRZ tipikal dalam serat G.655 (serat kompensasi dispersi) adalah sekitar 18000 (Gb/s) · km, sedangkan dengan modulasi PDM-QPSK dan teknologi deteksi koheren, indikator ini dapat ditingkatkan menjadi 280000 (Gb/s) · km (@ penguatan SD-FEC 9,5dB).
Serat optik multiplexing pembagian ruang (SDM) 7-inti x 3-mode yang mutakhir telah mencapai kapasitas transmisi 15,6 Pb/s · km (kapasitas serat tunggal 1,53 Pb/s x jarak transmisi 10,2 km) di lingkungan laboratorium melalui kontrol crosstalk antar inti kopling lemah (<-40 dB/km).
Untuk mendekati batas Shannon, sistem modern perlu secara bersamaan mengadopsi teknologi pembentukan probabilitas (PS-256QAM, mencapai penguatan pembentukan 0,8dB), pemerataan jaringan saraf (efisiensi kompensasi NL ditingkatkan sebesar 37%), dan amplifikasi Raman terdistribusi (DRA, akurasi kemiringan penguatan ± 0,5dB) untuk meningkatkan faktor Q transmisi 400G PDM-64QAM pembawa tunggal sebesar 2dB (dari 12dB menjadi 14dB), dan melonggarkan toleransi OSNR menjadi 17,5dB/0,1nm (@ BER=2e-2).
Waktu posting: 12 Juni 2025