Ett forskarteam från Network Research Institute of Japan's National Institute of Information and Communications Technology (NICT) har uppnått ett nytt världsrekord i bandbredd på 1,53 Pbit/s på en optisk fiber med standarddiameter. Det betyder att all global internettrafik får plats inom den.
Ett liknande genombrott rapporterades för två veckor sedan: en bandbredd på 1,84 Pbit/s uppnåddes med en enda laser och ett enda optiskt chip, ett värde som är högre än det som uppnås med IKT, men problemet är att det fortfarande är experimentellt. Fotoniska chip är i designstadiet; därför skulle denna IKT-forskning kunna genomföras tidigare.
01
Multiplexeringsteknik: uppnå en rekordbandbredd på 1,53 Pbit/s
Forskarna uppnådde en bandbredd på cirka 1,53 Pbit/s genom att koda informationen över 55 olika optiska frekvenser (en teknik som kallas multiplexering). Det är tillräckligt med bandbredd för att transportera all världens internettrafik (uppskattad till mindre än 1 Pbit/s) genom en enda fiberoptisk kabel – en miljon gånger effektivare än den gigabit-anslutning (i bästa fall) som en genomsnittlig person har.
Tekniken fungerar genom att utnyttja olika ljusfrekvenser över hela spektrumet. Eftersom varje "färg" i spektrumet (synlig och osynlig) har sin egen frekvens, till skillnad från alla andra frekvenser, kan den bära sin egen oberoende informationsström. Forskarna uppnådde en spektraleffektivitet på 332 bitar/s/Hz (bitar per sekund per hertz), tre gånger högre än deras tidigare bästa försök 2019, som uppnådde en spektraleffektivitet på 105 bitar/s/Hz.
02
Experimentell uppställning: Informationsöverföring i C-bandet vid 184 olika våglängder
Forskarna lyckades överföra C-bandsinformation över 184 olika våglängder: dessa oberoende, icke-överlappande frekvenser används för att överföra information samtidigt inom fiberoptikkabeln. Ljuset moduleras för att överföra 55 separata dataströmmar (mönster) innan det skickas genom fiberoptikkabeln. När det väl är modulerat (som de flesta fiberoptiska kablar som används för närvarande) krävs en glaskärna för att bära all data. När data (som spänner över 184 våglängder och 55 lägen) skickas avkodar mottagaren de olika våglängderna och lägena för att samla in data. I experimentet fastställdes avståndet mellan sändare och mottagare till 25,9 km.
① Optisk kamkälla: 184 bärvågor genereras i en optisk kamkälla. ② Signalmodulering: Bärvågen moduleras med 16 QAM-signaler och multiplexerad polarisering. ③ Parallell signalgenerering: Signalerna för varje läge delas upp och vägfördröjningar tillämpas för att simulera oberoende dataströmmar. ④ Lägesmultiplexerare: Varje signal konverteras till ett annat spatialläge och skickas till en 55-lägesfiber. ⑤ 55-lägesfiber: Signalen fortplantas i en 25,9 kilometer lång 55-lägesfiber. ⑥ Lägesdemultiplexerare: Vid mottagaren separeras signalen i varje spatialläge och konverteras till grundläget. ⑦ Höghastighetsparallellmottagare: Den lägesdemultiplexerade signalen våglängdsdemultiplexeras av ett filter och omvandlas till en elektrisk signal av en parallell koherent mottagare. ⑧ Offline-signalbehandling. MIMO-behandling för att eliminera signalstörningar under fiberutbredning.
Experimentella resultat visar att även om datahastigheten sjunker något vid den långa våglängdsänden av C-bandet (runt 1565 nm), erhålls en stabil och nästan enhetlig datahastighet i andra våglängdsområden, som når totalt 1,53 Pbit/s efter felkorrigering.
Publiceringstid: 18 november 2022
