Η τυπική οπτική ίνα καταγράφει παγκόσμιο ρεκόρ εύρους ζώνης, ξεπερνώντας τη συνολική παγκόσμια κίνηση στο διαδίκτυο

Μια ερευνητική ομάδα από το Ινστιτούτο Έρευνας Δικτύων του Εθνικού Ινστιτούτου Τεχνολογίας Πληροφοριών και Επικοινωνιών (NICT) της Ιαπωνίας πέτυχε νέο παγκόσμιο ρεκόρ εύρους ζώνης 1,53 Pbit/s σε μια οπτική ίνα τυπικής διαμέτρου. Αυτό σημαίνει ότι ολόκληρη η παγκόσμια κίνηση στο διαδίκτυο μπορεί να χωρέσει σε αυτήν.
Μια παρόμοια σημαντική ανακάλυψη αναφέρθηκε πριν από δύο εβδομάδες: επιτεύχθηκε εύρος ζώνης 1,84 Pbit/s με ένα μόνο λέιζερ και ένα μόνο οπτικό τσιπ, μια τιμή υψηλότερη από αυτή που επιτεύχθηκε από τις ΤΠΕ, αλλά το πρόβλημα είναι ότι βρίσκεται ακόμη σε πειραματικό στάδιο. Τα φωτονικά τσιπ βρίσκονται στο στάδιο του σχεδιασμού· επομένως, αυτή η έρευνα ΤΠΕ θα μπορούσε να εφαρμοστεί νωρίτερα.

01

Τεχνολογία πολυπλεξίας: επίτευξη εύρους ζώνης ρεκόρ 1,53 Pbit/s
Οι ερευνητές πέτυχαν εύρος ζώνης περίπου 1,53 Pbit/s κωδικοποιώντας τις πληροφορίες σε 55 διαφορετικές οπτικές συχνότητες (μια τεχνική γνωστή ως πολυπλεξία). Αυτό το εύρος ζώνης είναι αρκετό για να μεταφέρει όλη την παγκόσμια κίνηση στο διαδίκτυο (η οποία εκτιμάται σε λιγότερο από 1 Pbit/s) μέσω ενός μόνο καλωδίου οπτικών ινών—ένα εκατομμύριο φορές πιο αποτελεσματικό από τη σύνδεση Gbit (στην καλύτερη περίπτωση) που έχει ο μέσος άνθρωπος.
Η τεχνολογία λειτουργεί αξιοποιώντας διαφορετικές συχνότητες φωτός σε όλο το φάσμα. Δεδομένου ότι κάθε «χρώμα» στο φάσμα (ορατό και αόρατο) έχει τη δική του συχνότητα, σε αντίθεση με όλες τις άλλες συχνότητες, μπορεί να μεταφέρει τη δική του ανεξάρτητη ροή πληροφοριών. Οι ερευνητές πέτυχαν φασματική απόδοση 332 bits/s/Hz (bits ανά δευτερόλεπτο ανά Hertz), τρεις φορές υψηλότερη από την προηγούμενη καλύτερη προσπάθειά τους το 2019, η οποία πέτυχε φασματική απόδοση 105 bits/s/Hz.

02
Πειραματική διάταξη: Μετάδοση πληροφοριών ζώνης C σε 184 διαφορετικά μήκη κύματος
Οι ερευνητές μετέδωσαν με επιτυχία πληροφορίες ζώνης C σε 184 διαφορετικά μήκη κύματος: αυτές οι ανεξάρτητες, μη επικαλυπτόμενες συχνότητες χρησιμοποιούνται για την ταυτόχρονη μετάδοση πληροφοριών εντός του καλωδίου οπτικών ινών. Το φως διαμορφώνεται για να μεταδώσει 55 ξεχωριστές ροές (μοτίβα) δεδομένων πριν αποσταλεί μέσω του καλωδίου οπτικών ινών. Μόλις διαμορφωθεί (όπως τα περισσότερα καλώδια οπτικών ινών που χρησιμοποιούνται σήμερα), απαιτείται ένας γυάλινος πυρήνας για τη μεταφορά όλων των δεδομένων. Καθώς αποστέλλονται τα δεδομένα (που εκτείνονται σε 184 μήκη κύματος και 55 λειτουργίες), ο δέκτης αποκωδικοποιεί τα διαφορετικά μήκη κύματος και τις λειτουργίες για να συλλέξει τα δεδομένα του. Στο πείραμα, η απόσταση μεταξύ του πομπού και του δέκτη ορίστηκε στα 25,9 χλμ.

① Πηγή οπτικής χτένας: 184 φέροντες παράγονται σε μια οπτική πηγή χτένας. ② Διαμόρφωση σήματος: Ο φέρων διαμορφώνεται με 16 σήματα QAM και πολυπλεξική πόλωση. ③ Παράλληλη δημιουργία σήματος: Τα σήματα για κάθε λειτουργία διαιρούνται και εφαρμόζονται καθυστερήσεις διαδρομής για την προσομοίωση ανεξάρτητων ροών δεδομένων. ④ Πολυπλέκτης λειτουργίας: Κάθε σήμα μετατρέπεται σε διαφορετική χωρική λειτουργία και αποστέλλεται σε μια οπτική ίνα 55 λειτουργιών. ⑤ Ίνα 55 λειτουργιών: Το σήμα διαδίδεται σε μια οπτική ίνα 55 λειτουργιών μήκους 25,9 χιλιομέτρων. ⑥ Αποπολυπλέξτης λειτουργίας: Στον δέκτη, το σήμα διαχωρίζεται σε κάθε χωρική λειτουργία και μετατρέπεται στη βασική λειτουργία. ⑦ Παράλληλος δέκτης υψηλής ταχύτητας: Το σήμα αποπολυπλεγμένο σε λειτουργία αποπολυπλέγεται σε μήκος κύματος από ένα φίλτρο και μετατρέπεται σε ηλεκτρικό σήμα από έναν παράλληλο συνεκτικό δέκτη. ⑧ Επεξεργασία σήματος εκτός σύνδεσης. Επεξεργασία MIMO για την εξάλειψη των παρεμβολών σήματος κατά τη διάδοση της οπτικής ίνας.

Τα πειραματικά αποτελέσματα δείχνουν ότι αν και ο ρυθμός δεδομένων μειώνεται ελαφρώς στο άκρο του μεγάλου μήκους κύματος της ζώνης C (γύρω στα 1565 nm), επιτυγχάνεται ένας σταθερός και σχεδόν ομοιόμορφος ρυθμός δεδομένων σε άλλες περιοχές μήκους κύματος, φτάνοντας συνολικά τα 1,53 Pbit/s μετά τη διόρθωση σφάλματος.