در راستای دستیابی به ظرفیت بالاتر و فاصله انتقال طولانی‌تر در سیستم‌های ارتباطی نوری مدرن، نویز، به عنوان یک محدودیت فیزیکی اساسی، همواره مانع بهبود عملکرد شده است.
در یک نمونه‌ی معمولیادفادر سیستم تقویت‌کننده فیبری آلاییده با اربیوم، هر بازه انتقال نوری تقریباً 0.1 دسی‌بل نویز گسیل خودبه‌خودی انباشته (ASE) تولید می‌کند که ریشه در ماهیت تصادفی کوانتومی برهمکنش نور/الکترون در طول فرآیند تقویت دارد.
این نوع نویز در حوزه زمان به صورت لرزش زمان‌بندی در سطح پیکوثانیه ظاهر می‌شود. طبق پیش‌بینی مدل لرزش، تحت شرایط ضریب پراکندگی 30ps/(nm · km)، لرزش هنگام انتقال 1000km، 12ps افزایش می‌یابد. در حوزه فرکانس، منجر به کاهش نسبت سیگنال به نویز نوری (OSNR) می‌شود که منجر به از دست رفتن حساسیت 3.2dB (@ BER=1e-9) در سیستم NRZ با پهنای باند 40Gbps می‌شود.
چالش شدیدتر از کوپلینگ دینامیکی اثرات غیرخطی فیبر و پراکندگی ناشی می‌شود - ضریب پراکندگی فیبر تک حالته معمولی (G.652) در پنجره 1550 نانومتر 17 پیکوثانیه بر (نانومتر بر کیلومتر) است، که با تغییر فاز غیرخطی ناشی از مدولاسیون فاز خودی (SPM) ترکیب می‌شود. هنگامی که توان ورودی از 6dBm تجاوز کند، اثر SPM به طور قابل توجهی شکل موج پالس را تحریف می‌کند.
در سیستم PDM-16QAM با پهنای باند 960 گیگابیت بر ثانیه که در شکل بالا نشان داده شده است، میزان باز شدن چشم پس از انتقال 200 کیلومتر، 82٪ از مقدار اولیه است و ضریب Q در 14dB (مطابق با BER ≈ 3e-5) حفظ می‌شود؛ هنگامی که فاصله به 400 کیلومتر افزایش می‌یابد، اثر ترکیبی مدولاسیون فاز متقاطع (XPM) و اختلاط چهار موج (FWM) باعث می‌شود که درجه باز شدن چشم به شدت به 63٪ کاهش یابد و نرخ خطای سیستم از حد تصحیح خطای FEC با تصمیم سخت 10 ^ -12 فراتر رود.
شایان ذکر است که اثر نویز فرکانسی لیزر مدولاسیون مستقیم (DML) بدتر خواهد شد - مقدار پارامتر آلفا (ضریب افزایش پهنای خط) یک لیزر DFB معمولی در محدوده 3-6 است و تغییر فرکانس لحظه‌ای آن می‌تواند در جریان مدولاسیون 1 میلی‌آمپر به ± 2.5 گیگاهرتز (مطابق با پارامتر نویز C=2.5GHz/mA) برسد که منجر به نرخ پهن‌شدگی پالس 38٪ (پراکندگی تجمعی D · L=1360ps/nm) پس از انتقال از طریق فیبر G.652 با طول 80 کیلومتر می‌شود.
تداخل کانال در سیستم‌های مالتی‌پلکس تقسیم طول موج (WDM) موانع عمیق‌تری را ایجاد می‌کند. به عنوان مثال، با در نظر گرفتن فاصله کانال 50 گیگاهرتز، توان تداخل ناشی از اختلاط چهار موج (FWM) در فیبرهای نوری معمولی دارای طول مؤثر Leff حدود 22 کیلومتر است.
تداخل کانال در سیستم‌های مالتی‌پلکس تقسیم طول موج (WDM) موانع عمیق‌تری را ایجاد می‌کند. به عنوان مثال، با در نظر گرفتن فاصله کانال 50 گیگاهرتز، طول مؤثر توان تداخل تولید شده توسط اختلاط چهار موج (FWM) برابر با Leff=22km است (مربوط به ضریب تضعیف فیبر α=0.22 dB/km).
وقتی توان ورودی به +15dBm افزایش می‌یابد، سطح تداخل بین کانال‌های مجاور 7dB (نسبت به خط پایه -30dB) افزایش می‌یابد و سیستم را مجبور می‌کند افزونگی تصحیح خطای رو به جلو (FEC) را از 7٪ به 20٪ افزایش دهد. اثر انتقال توان ناشی از پراکندگی رامان القایی (SRS) منجر به اتلاف تقریباً 0.02dB در هر کیلومتر در کانال‌های طول موج بلند می‌شود که منجر به افت توان تا 3.5dB در سیستم باند C+L (1530-1625nm) می‌شود. جبران شیب در زمان واقعی از طریق یک اکولایزر بهره پویا (DGE) مورد نیاز است.
محدودیت عملکرد سیستم ناشی از ترکیب این اثرات فیزیکی را می‌توان با حاصلضرب پهنای باند در فاصله (B·L) تعیین کرد: B·L یک سیستم مدولاسیون NRZ معمولی در فیبر G.655 (فیبر جبران پراکندگی) تقریباً 18000 (گیگابایت بر ثانیه) · کیلومتر است، در حالی که با مدولاسیون PDM-QPSK و فناوری تشخیص همدوس، این شاخص می‌تواند به 280000 (گیگابایت بر ثانیه) · کیلومتر (@ SD-FEC gain 9.5dB) بهبود یابد.
فیبر مالتی‌پلکس تقسیم فضایی (SDM) پیشرفته‌ی ۷ هسته‌ای در ۳ حالته، از طریق کنترل تداخل بین هسته‌ای با کوپلینگ ضعیف (<-40dB/km)، به ظرفیت انتقال ۱۵.۶ پتابیت بر ثانیه بر کیلومتر (ظرفیت تک فیبر ۱.۵۳ پتابیت بر ثانیه و فاصله انتقال ۱۰.۲ کیلومتر) در محیط‌های آزمایشگاهی دست یافته است.
برای نزدیک شدن به حد شانون، سیستم‌های مدرن باید به‌طور مشترک فناوری‌های شکل‌دهی احتمال (PS-256QAM، با دستیابی به بهره شکل‌دهی 0.8dB)، برابرسازی شبکه عصبی (بهبود راندمان جبران NL تا 37٪) و تقویت رامان توزیع‌شده (DRA، دقت شیب بهره ± 0.5dB) را برای افزایش ضریب Q انتقال تک‌حامل 400G PDM-64QAM به میزان 2dB (از 12dB به 14dB) و کاهش تحمل OSNR به 17.5dB/0.1nm (@ BER=2e-2) اتخاذ کنند.
زمان ارسال: ۱۲ ژوئن ۲۰۲۵