Światłowód przekracza barierę 10 bilionów bitów

Inżynierowie francuscy i japońscy przecisnęli ponad 10 bilionów bitów na sekundę przez pojedyncze włókna światłowodowe. Ta rekordowa pojemność to około 150 milionów jednoczesnych rozmów telefonicznych.

Grupy francuskiego giganta telekomunikacyjnego Alcatel i japońskiego producenta NEC osobno osiągnęły rekordowe wyniki i ogłosiły je 22 marca na konferencji Optical Fiber Communications Conference w Anaheim w Kalifornii.

Deweloperzy tradycyjnie zgłaszają rekordowe eksperymenty z bohaterami podczas dorocznego pokazu. Zazwyczaj maksymalna wydajność systemów komercyjnych pozostaje w tyle za rekordowym tempem tylko o kilka lat. 13 marca niemiecka firma Siemens AG ogłosiła, że ​​przesyłała 3,2 biliona bitów na sekundę przez części sieci światłowodowej WorldCom w rejonie Dallas podczas miesięcznej próby, która ustanowiła rekord poza laboratorium.

Dziel i rządź

Aby ustanowić rekordy prędkości transmisji danych, inżynierowie muszą jak najefektywniej pakować sygnały do ​​światłowodu. Aby to zrobić, wciskają wiele oddzielnych sygnałów transmisyjnych do dostępnego widma optycznego, tak jak stacje radiowe lub telewizyjne są upakowane w pasmach nadawczych. Całkowita pojemność zależy zarówno od liczby oddzielnych kanałów, jak i od szybkości transmisji każdego kanału.

Systemy optyczne transmitują każdy kanał na oddzielnej długości fali, wykorzystując technikę zwaną multipleksacją z podziałem długości fali. Wszystkie kanały muszą mieścić się w zakresie ograniczonym tłumieniem sygnału w światłowodzie oraz wzmacniaczami optycznymi potrzebnymi do pokrycia dużych odległości. Zmniejszenie przestrzeni między kanałami zwiększa liczbę, które mogą przenosić dane, ale także zwiększa ryzyko interferencji między sąsiednimi kanałami.

Grupy francuskie i japońskie znalazły różne równowagi, aby przełamać barierę 10 bilionów bitów. Oba zespoły wykorzystywały pojedyncze kanały transmitujące z szybkością 40 miliardów bitów na sekundę, z taką samą szybkością transmisji danych, jak w demonstracji WorldCom. Jednak Alcatel skoncentrował się na ciasnym upakowaniu sygnałów w ograniczonym zakresie długości fal domieszkowanych erbem wzmacniaczy światłowodowych potrzebnych do transmisji na duże odległości. Zamiast tego NEC dodał nowy typ wzmacniacza, aby rozszerzyć dostępny zakres długości fal.

Pakiety Alcatela „Em In”

Sebastien Bigo z Alcatel Research and Innovation w Marcoussis we Francji oraz 14 innych inżynierów Alcatela pracowali w pasmach konwencjonalnych i długich fal standardowych wzmacniaczy światłowodowych domieszkowanych erbem. Rozdzielili kanały w naprzemiennych odstępach 50 i 75 gigaherców, co odpowiada przesunięciom długości fali o około 0,4 i 0,6 nanometra w zakresie 1550-nanometrowym wzmacniaczy erbowych. Nierówne odstępy pozwoliły na dodanie specjalnych filtrów optycznych, które obcięły część każdego kanału, dzięki czemu sąsiednie kanały nie kolidowały ze sobą. To zawierało 32 kanały w każdym z dwóch wzmacniaczy światłowodowych erbowych działających w różnych pasmach długości fal.

Zespół Alcatela podwoił następnie przepustowość transmisji, przesyłając jeden zestaw sygnałów o jednej polaryzacji i drugi zestaw o przeciwnej polaryzacji, zwiększając całkowitą liczbę kanałów do 256, a całkowitą prędkość do 10,2 biliona bitów na sekundę. Pokazali, że sygnał może przejść przez 100 kilometrów światłowodu.

NEC podłącza wzmacniacz

Kiyoshi Fukuchi z NEC Computer and Communication Media Research w Kawasaki w Japonii oraz siedmiu współpracowników NEC dodali trzeci wzmacniacz działający na nieco krótszych falach i rozciągnęli dwa pasma włókien erbowych. Ten nowy wzmacniacz, oparty na światłowodach domieszkowanych tulem ziem rzadkich zamiast erbu, dał im znacznie szerszy zakres długości fal niż grupa Alcatela.

Naukowcy z NEC wykorzystali ten szerszy zakres, aby upakować kanały mniej gęsto. Zamiast nakładać sygnały o różnej polaryzacji na tej samej długości fali, rozłożyli długości fal. W tym układzie każdy kanał miał 50 gigaherców z dwóch kanałów o różnej polaryzacji i 100 gigaherców z identycznie spolaryzowanych kanałów, minimalizując zakłócenia. Korzystając z tego podejścia, NEC przesłał łącznie 273 kanały po 40 gigaherców każdy, ustanawiając rekord 10,9 biliona bitów na sekundę przez 117 kilometrów światłowodu.

Oba systemy znacznie przewyższają najszybsze systemy komercyjne, które transmitują do 160 kanałów po 10 miliardów bitów każdy. Firmy telefoniczne muszą jeszcze zainstalować nadajniki we wszystkich tych slotach, a większość systemów działa ze znacznie niższymi prędkościami.

Od ponad dwóch dekad, zgodnie z prawem Moore'a, rekordy prędkości światłowodów na długich dystansach utrzymują się z grubsza (podwajanie co 18 miesięcy liczby tranzystorów upakowanych w chipie). Ten stały wzrost przepustowości światłowodów obniżył ceny zamiejscowych połączeń telefonicznych i otworzył szereg potoków informacyjnych, które przenoszą ruch internetowy.

Nieustanny wzrost ruchu internetowego sprawia jednak, że nawet większe światłowody wyglądają bardzo atrakcyjnie.

ukryć