ใยแก้วนำแสงมาตรฐานทำลายสถิติโลกด้านแบนด์วิดท์ แซงหน้าปริมาณการใช้งานอินเทอร์เน็ตทั่วโลกทั้งหมด

ทีมวิจัยจากสถาบันวิจัยเครือข่ายของสถาบันเทคโนโลยีสารสนเทศและการสื่อสารแห่งชาติของญี่ปุ่น (NICT) ประสบความสำเร็จในการทำลายสถิติโลกด้านแบนด์วิดท์ด้วยความเร็ว 1.53 เพตาบิตต่อวินาที (Pbit/s) บนใยแก้วนำแสงขนาดมาตรฐาน ซึ่งหมายความว่าปริมาณการใช้งานอินเทอร์เน็ตทั่วโลกทั้งหมดสามารถบรรจุลงในใยแก้วนำแสงเส้นนี้ได้
มีการรายงานความก้าวหน้าที่คล้ายคลึงกันเมื่อสองสัปดาห์ก่อน คือ สามารถทำแบนด์วิดท์ได้ถึง 1.84 เพตาบิตต่อวินาที ด้วยเลเซอร์ตัวเดียวและชิปออปติคอลเพียงตัวเดียว ซึ่งเป็นค่าที่สูงกว่าที่ทำได้ด้วย ICT แต่ปัญหาคือมันยังอยู่ในขั้นทดลอง ชิปโฟโตนิกส์ยังอยู่ในขั้นตอนการออกแบบ ดังนั้นงานวิจัย ICT นี้จึงอาจนำไปใช้ได้เร็วกว่า

01

เทคโนโลยีมัลติเพล็กซ์: บรรลุแบนด์วิดท์สูงสุดเป็นประวัติการณ์ที่ 1.53 เพตาบิต/วินาที
นักวิจัยประสบความสำเร็จในการเพิ่มแบนด์วิดท์ให้ได้ประมาณ 1.53 เพตาบิตต่อวินาที โดยการเข้ารหัสข้อมูลผ่านความถี่แสงที่แตกต่างกัน 55 ความถี่ (เทคนิคที่เรียกว่ามัลติเพล็กซ์) แบนด์วิดท์ระดับนี้เพียงพอที่จะรองรับปริมาณการใช้งานอินเทอร์เน็ตทั่วโลก (ซึ่งคาดการณ์ไว้ที่น้อยกว่า 1 เพตาบิตต่อวินาที) ผ่านสายเคเบิลใยแก้วนำแสงเพียงเส้นเดียว ซึ่งมีประสิทธิภาพมากกว่าการเชื่อมต่อระดับกิกะบิต (ในกรณีที่ดีที่สุด) ที่คนทั่วไปใช้ถึงล้านเท่า
เทคโนโลยีนี้ทำงานโดยใช้ประโยชน์จากความถี่แสงที่แตกต่างกันตลอดช่วงสเปกตรัม เนื่องจากแต่ละ "สี" ในสเปกตรัม (ทั้งที่มองเห็นและมองไม่เห็น) มีความถี่เฉพาะตัว ซึ่งแตกต่างจากความถี่อื่นๆ ทำให้แต่ละสีสามารถส่งข้อมูลได้อย่างอิสระ นักวิจัยประสบความสำเร็จในการเพิ่มประสิทธิภาพเชิงสเปกตรัมได้ถึง 332 บิต/วินาที/เฮิร์ตซ์ (บิตต่อวินาทีต่อเฮิร์ตซ์) ซึ่งสูงกว่าความพยายามที่ดีที่สุดก่อนหน้านี้ในปี 2019 ถึงสามเท่า โดยครั้งนั้นทำได้เพียง 105 บิต/วินาที/เฮิร์ตซ์

02
การจัดเตรียมการทดลอง: การส่งข้อมูลย่านความถี่ซีที่ความยาวคลื่นต่างกัน 184 ค่า
นักวิจัยประสบความสำเร็จในการส่งข้อมูลย่านความถี่ซี (C-band) ผ่านความยาวคลื่นที่แตกต่างกันถึง 184 ความยาวคลื่น: ความถี่อิสระที่ไม่ทับซ้อนกันเหล่านี้ถูกใช้เพื่อส่งข้อมูลพร้อมกันภายในสายเคเบิลใยแก้วนำแสง แสงจะถูกปรับเปลี่ยนเพื่อส่งข้อมูล 55 กระแส (รูปแบบ) ที่แยกจากกันก่อนที่จะส่งผ่านสายเคเบิลใยแก้วนำแสง เมื่อปรับเปลี่ยนแล้ว (เช่นเดียวกับสายเคเบิลใยแก้วนำแสงส่วนใหญ่ที่ใช้งานอยู่ในปัจจุบัน) จะต้องมีแกนแก้วเพื่อบรรจุข้อมูลทั้งหมด เมื่อข้อมูล (ครอบคลุม 184 ความยาวคลื่นและ 55 โหมด) ถูกส่งไป ตัวรับจะถอดรหัสความยาวคลื่นและโหมดต่างๆ เพื่อรวบรวมข้อมูล ในการทดลอง ระยะห่างระหว่างตัวส่งและตัวรับถูกกำหนดไว้ที่ 25.9 กิโลเมตร

① แหล่งกำเนิดหวีแสง: สร้างคลื่นพาหะ 184 ตัวในแหล่งกำเนิดหวีแสง ② การมอดูเลตสัญญาณ: คลื่นพาหะถูกมอดูเลตด้วยสัญญาณ QAM 16 สัญญาณและโพลาไรเซชันแบบมัลติเพล็กซ์ ③ การสร้างสัญญาณแบบขนาน: สัญญาณสำหรับแต่ละโหมดจะถูกแยกออก และใช้ความล่าช้าของเส้นทางเพื่อจำลองกระแสข้อมูลอิสระ ④ ตัวมัลติเพล็กเซอร์โหมด: แต่ละสัญญาณจะถูกแปลงเป็นโหมดเชิงพื้นที่ที่แตกต่างกันและส่งไปยังใยแก้วนำแสง 55 โหมด ⑤ ใยแก้วนำแสง 55 โหมด: สัญญาณแพร่กระจายในใยแก้วนำแสง 55 โหมดที่มีความยาว 25.9 กิโลเมตร ⑥ ตัวดีมัลติเพล็กเซอร์โหมด: ที่ตัวรับ สัญญาณจะถูกแยกออกเป็นแต่ละโหมดเชิงพื้นที่และแปลงเป็นโหมดพื้นฐาน ⑦ ตัวรับสัญญาณแบบขนานความเร็วสูง: สัญญาณที่แยกโหมดแล้วจะถูกแยกความยาวคลื่นโดยตัวกรองและแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้าโดยตัวรับสัญญาณแบบขนานที่สอดคล้องกัน ⑧ การประมวลผลสัญญาณแบบออฟไลน์: การประมวลผล MIMO เพื่อกำจัดสัญญาณรบกวนระหว่างการแพร่กระจายในใยแก้วนำแสง

ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่า แม้ว่าอัตราการส่งข้อมูลจะลดลงเล็กน้อยที่ช่วงความยาวคลื่นยาวของย่านความถี่ C (ประมาณ 1565 นาโนเมตร) แต่จะได้อัตราการส่งข้อมูลที่เสถียรและเกือบสม่ำเสมอในย่านความยาวคลื่นอื่นๆ โดยมีอัตราการส่งข้อมูลรวมสูงสุดถึง 1.53 เพตาบิตต่อวินาที หลังจากแก้ไขข้อผิดพลาดแล้ว