Pierwsza na świecie udana transmisja 1 Petabita na sekundę przy użyciu jednordzeniowego światłowodu wielomodowego

Na całym świecie można zaobserwować wzrost wymagań dotyczących transmisji danych, a w ciągu ostatniej dekady przeprowadzono szereg badań w systemach transmisji optycznej. W poprzednim artykule informowaliśmy o rekordzie transmisji danych wynoszącym 178Tb/s. Tym razem mamy przyjemność poinformować o nowym rekordzie transmisji danych ustanowionym przez National Institute of Information and Communications Technology (NICT) w Japonii.
Zespół badaczy pod kierownictwem Georga Rademachera (NICT, Japonia), Nicolasa K. Fontaine'a (NOKIA Bell Labs, USA) i Pierre'a Sillarda (Prysimian Group, USA) odniósł sukces w pierwszej na świecie transmisji przekraczającej 1 petabit na sekundę, w jednym rdzeniu światłowodu wielomodowego.
W badaniu zademonstrowano możliwość połączenia wysoce wydajnych widm szerokopasmowej transmisji optycznej z przewodem światłowodowym (15 modów) o średnicy płaszcza zgodnej z obecnym standardem przemysłowym 0,125nm. Transmisję udało się zestawić na odległość aż 23km!

① 382 linie nośne są generowane w jednym optycznym źródle
② 15 x 382 linie nośne są modulowane sygnałami 64 QAM
③ Każdy z 15 modów jest uruchamiany w innym trybie światłowodu
④ Filtry długości fali wyodrębniają jeden kanał WDM ze wszystkich modów światłowodowych
⑤ Przetwarzanie MIMO jest wykonywane z uwzględnieniem sygnałów ze wszystkich 15 modów światłowodu

Co to jest petabit?

1 petabit to 1000 bilionów bitów, 1 terabit to 1 bilion bitów, a 1 gigabit to 1 miliard bitów. Jeden petabit na sekundę odpowiada 10 milionom kanałów transmisji 8K na sekundę.

Światłowód 15 modowy

Światłowód transmisyjny przedstawiony na powyższym rysunku (przekrój poprzeczny) ma średnice rdzenia 0,028mm oraz standardową średnicę płaszcza 0,125mm. Światłowód został zaprojektowany tak, aby umożliwić propagację 15 modów światłowodowych oraz tak, aby zminimalizować różnicę opóźnienia propagacji pomiędzy wszystkimi 15 modami.

Eksperyment został w całości zaprojektowany oraz przeprowadzony w siedzibie NICT. Wykorzystano światłowód transmisyjny firmy Prismian oraz multipleksery modowe opracowane przez Bell Labs. W japońskim NICT opracowano szerokopasmowy podsystem nadawczo-odbiorczy, który służy (jak sama nazwa wskazuje) do nadawania i odbierania kilkuset wysoce widmowych kanałów WDM o wysokiej jakości sygnału. "Światłowód transmisyjny miał 23km długości i miał konstrukcję o stopniowanym indeksie (graded-index design). Opierał się on na istniejących projektach światłowodów wielomodowych, które zostały zoptymalizowane do pracy szerokopasmowej i miały średnicę płaszcza 0,125 mm i średnicę powłoki 0,245 mm, przy czym oba były zgodne z obecnym standardem przemysłowym."

Oczywiście należy pamiętać o tym, że przy zwiększaniu liczby modów w wielomodowym systemie transmisji światłowodowej wzrasta cyfrowe przetwarzanie sygnału MIMO, ponieważ wymagana jest złożoność obliczeniowa. W eksperymencie przeprowadzonym przez NICT zastosowano włókno transmisyjne, które charakteryzowało się nie niewielkimi opóźnieniami modalnymi. Dzięki temu uproszczono złożoność MIMO oraz utrzymano małe opóźnienia modalne w dużej szerokości pasma optycznego. Wszystko to sprawiło, że można było zrealizować transmisję 382 kanałów, z których każdy był modulowany sygnałem 64-QAM.

Powyższy rysunek przedstawia szybkość transmisji danych dla wszystkich 382 kanałów WDM po wdrożeniu korekcji błędów w przód. Sumując szybkości transmisji danych dla wszystkich kanałów długości fal, uzyskuje się całkowitą szybkość transmisji 1,01 petabita na sekundę. GRATULACJE!

Autor:
Leszek Błaszczyk