Tavallinen kuitu saavutti maailmanennätyksen kaistanleveydessä, ylittäen maailmanlaajuisen internetliikenteen kokonaismäärän

Japanin kansallisen tieto- ja viestintätekniikan instituutin (NICT) verkkotutkimuslaitoksen tutkimusryhmä on saavuttanut uuden maailmanennätyksen 1,53 Pbit/s kaistanleveydessä standardihalkaisijaisella optisella kuidulla. Tämä tarkoittaa, että koko maailmanlaajuinen internet-liikenne mahtuu sen sisään.
Samankaltaisesta läpimurrosta raportoitiin kaksi viikkoa sitten: yhdellä laserilla ja yhdellä optisella sirulla saavutettiin 1,84 Pbit/s kaistanleveys, mikä on korkeampi arvo kuin tieto- ja viestintätekniikoilla saavutettu, mutta ongelmana on, että se on vielä kokeellinen. Fotonisirut ovat suunnitteluvaiheessa, joten tämä tieto- ja viestintätekniikkatutkimus voitaisiin toteuttaa aikaisemmin.

01

Multipleksointitekniikka: saavuta ennätyksellinen kaistanleveys 1,53 Pbit/s
Tutkijat saavuttivat noin 1,53 Pbit/s kaistanleveyden koodaamalla tiedot 55 eri optisen taajuuden yli (tekniikka, joka tunnetaan nimellä multipleksointi). Se riittää kuljettamaan kaiken maailman internet-liikenteen (arviolta alle 1 Pbit/s) yhden valokuitukaapelin kautta – miljoona kertaa tehokkaammin kuin keskivertoihmisen käyttämä gigabittiyhteys (parhaimmillaankin).
Teknologia toimii valjastamalla eri valotaajuuksia spektrin eri osissa. Koska jokaisella spektrin "värillä" (näkyvällä ja näkymättömällä) on oma taajuutensa, toisin kuin kaikilla muilla taajuuksilla, se voi kuljettaa omaa itsenäistä informaatiovirtaansa. Tutkijat saavuttivat 332 bittiä/s/Hz (bittiä sekunnissa hertsiä kohden) spektritehokkuuden, joka on kolme kertaa korkeampi kuin heidän edellinen paras yrityksensä vuonna 2019, jolloin spektritehokkuus oli 105 bittiä/s/Hz.

02
Kokeellinen järjestely: C-kaistan tiedonsiirto 184 eri aallonpituudella
Tutkijat lähettivät onnistuneesti C-kaistan informaatiota 184 eri aallonpituudella: näitä riippumattomia, päällekkäisyyttä välttäviä taajuuksia käytetään informaation samanaikaiseen lähettämiseen valokuitukaapelissa. Valo moduloidaan lähettämään 55 erillistä datavirtaa (kuviota) ennen kuin se lähetetään valokuitukaapelin läpi. Kun modulointi on tehty (kuten useimmat nykyisin käytössä olevat valokuitukaapelit), se vaatii lasiytimen kaiken datan kuljettamiseen. Kun dataa (joka kattaa 184 aallonpituutta ja 55 moodia) lähetetään, vastaanotin dekoodaa eri aallonpituudet ja moodit datan keräämiseksi. Kokeessa lähettimen ja vastaanottimen välinen etäisyys kiinnitettiin 25,9 kilometriin.

① Optinen kampalähde: Optisessa kampalähteessä generoidaan 184 kantoaaltoa. ② Signaalin modulointi: Kantoaalto moduloidaan 16 QAM-signaalilla ja multipleksoidulla polarisaatiolla. ③ Rinnakkaissignaalin generointi: Kunkin moodin signaalit jaetaan, ja polkuviiveitä käytetään simuloimaan itsenäisiä datavirtoja. ④ Moodimultiplekseri: Jokainen signaali muunnetaan eri spatiaaliseen moodiin ja lähetetään 55-moodikuituun. ⑤ 55-moodikuitu: Signaali etenee 25,9 kilometriä pitkässä 55-moodikuidussa. ⑥ Moodidemultiplekseri: Vastaanottimessa signaali erotetaan kuhunkin spatiaaliseen moodiin ja muunnetaan perusmoodiin. ⑦ Nopea rinnakkaisvastaanotin: Moodidemultipleksoitu signaali aallonpituusdemultipleksoidaan suodattimella ja muunnetaan sähköiseksi signaaliksi rinnakkaiskoherentin vastaanottimen avulla. ⑧ Offline-signaalinkäsittely. MIMO-käsittely signaalihäiriöiden poistamiseksi kuidun etenemisen aikana.

Kokeelliset tulokset osoittavat, että vaikka tiedonsiirtonopeus laskee hieman C-kaistan pitkällä aallonpituuspäässä (noin 1565 nm), muilla aallonpituusalueilla saavutetaan vakaa ja lähes tasainen tiedonsiirtonopeus, joka virheenkorjauksen jälkeen saavuttaa yhteensä 1,53 Pbit/s.