Standardowy światłowód osiąga światowy rekord przepustowości, przewyższając całkowity światowy ruch internetowy

Zespół badawczy z Instytutu Badań Sieciowych Japońskiego Narodowego Instytutu Technologii Informacyjnych i Komunikacyjnych (NICT) osiągnął nowy światowy rekord przepustowości wynoszący 1,53 Pbit/s na światłowodzie o standardowej średnicy. Oznacza to, że cały globalny ruch internetowy może się w nim zmieścić.
Podobny przełom odnotowano dwa tygodnie temu: przepustowość 1,84 Pbit/s została osiągnięta przy użyciu pojedynczego lasera i pojedynczego układu optycznego, co stanowi wartość wyższą niż w przypadku technologii ICT, ale problem polega na tym, że jest to wciąż wynik eksperymentalny. Układy fotoniczne są na etapie projektowania, dlatego badania nad technologiami ICT mogłyby zostać wdrożone wcześniej.

01

Technologia multipleksowania: osiągnięcie rekordowej przepustowości 1,53 Pbit/s
Naukowcy osiągnęli przepustowość około 1,53 Pbit/s, kodując informacje w 55 różnych częstotliwościach optycznych (technika znana jako multipleksowanie). To wystarczająca przepustowość, aby przesłać cały światowy ruch internetowy (szacowany na mniej niż 1 Pbit/s) jednym światłowodem – milion razy bardziej wydajną niż gigabitowe połączenie (w najlepszym przypadku), z którego korzysta przeciętny użytkownik.
Technologia ta działa poprzez wykorzystanie różnych częstotliwości światła w całym spektrum. Ponieważ każdy „kolor” w spektrum (widzialnym i niewidzialnym) ma swoją własną częstotliwość, w przeciwieństwie do wszystkich innych częstotliwości, może przenosić własny, niezależny strumień informacji. Naukowcy osiągnęli wydajność widmową na poziomie 332 bitów/s/Hz (bitów na sekundę na herc), trzykrotnie wyższą niż w poprzednim najlepszym eksperymencie z 2019 roku, który osiągnął wydajność widmową na poziomie 105 bitów/s/Hz.

02
Konfiguracja eksperymentalna: transmisja informacji w paśmie C na 184 różnych długościach fal
Naukowcy z powodzeniem przesłali informacje w paśmie C w 184 różnych długościach fal: te niezależne, nienakładające się na siebie częstotliwości służą do jednoczesnego przesyłania informacji w światłowodzie. Światło jest modulowane w celu przesłania 55 oddzielnych strumieni (wzorców) danych przed przesłaniem przez światłowód. Po modulacji (jak w przypadku większości obecnie stosowanych światłowodów) wymaga szklanego rdzenia do przenoszenia wszystkich danych. Podczas przesyłania danych (obejmujących 184 długości fal i 55 modów), odbiornik dekoduje różne długości fal i mody, aby zebrać dane. W eksperymencie odległość między nadajnikiem a odbiornikiem została ustalona na 25,9 km.

① Źródło grzebienia optycznego: W źródle grzebienia optycznego generowane są 184 nośne. ② Modulacja sygnału: Nośna jest modulowana za pomocą sygnałów 16 QAM i multipleksowanej polaryzacji. ③ Równoległe generowanie sygnału: Sygnały dla każdego trybu są dzielone, a opóźnienia ścieżki są stosowane w celu symulacji niezależnych strumieni danych. ④ Multiplekser trybu: Każdy sygnał jest konwertowany na inny tryb przestrzenny i wysyłany do włókna 55-modowego. ⑤ Włókno 55-modowe: Sygnał propaguje się w włóknie 55-modowym o długości 25,9 km. ⑥ Demultiplekser trybu: W odbiorniku sygnał jest rozdzielany na każdy tryb przestrzenny i konwertowany na tryb podstawowy. ⑦ Szybki odbiornik równoległy: Sygnał zdemultipleksowany trybem jest demultipleksowany pod względem długości fali przez filtr i konwertowany na sygnał elektryczny przez równoległy odbiornik koherentny. ⑧ Przetwarzanie sygnału offline. Przetwarzanie MIMO w celu wyeliminowania zakłóceń sygnału podczas propagacji światłowodu.

Wyniki eksperymentów pokazują, że chociaż szybkość transmisji danych nieznacznie spada w przypadku długiego końca pasma C (około 1565 nm), to w innych zakresach długości fal uzyskuje się stabilną i niemal jednolitą szybkość transmisji danych, osiągając po korekcji błędów łącznie 1,53 Pbit/s.