Известно, что с 1990-х годов технология мультиплексирования с разделением по длинам волн (WDM) используется для передачи данных по оптоволоконным линиям связи на большие расстояния, охватывающим сотни и даже тысячи километров. Для большинства стран и регионов оптоволоконная инфраструктура является самым дорогим активом, в то время как стоимость компонентов приемопередатчиков относительно низка.
Однако с бурным ростом скорости передачи данных в сетях, таких как 5G, технология WDM приобретает все большее значение для линий связи на коротких расстояниях, а объемы развертывания таких линий значительно увеличиваются, что делает стоимость и размеры приемопередающих компонентов более чувствительными к изменениям.
В настоящее время эти сети по-прежнему используют тысячи одномодовых оптических волокон для параллельной передачи через каналы пространственного мультиплексирования, а скорость передачи данных по каждому каналу относительно низка, максимум несколько сотен Гбит/с (800G). Возможно, T-уровень будет иметь ограниченное применение.
Однако в обозримом будущем концепция обычной пространственной параллелизации вскоре достигнет предела масштабируемости и должна быть дополнена спектральной параллелизацией потоков данных в каждом волокне для поддержания дальнейшего повышения скорости передачи данных. Это может открыть совершенно новое пространство применения для технологии мультиплексирования с разделением по длинам волн, где максимальная масштабируемость количества каналов и скорости передачи данных имеет решающее значение.
В данном случае генератор частотных гребенок (ГЧГ), как компактный и фиксированный многоволновой источник света, может обеспечить большое количество четко определенных оптических несущих, играя, таким образом, решающую роль. Кроме того, особенно важным преимуществом оптической частотной гребенки является то, что линии гребенки по существу равноудалены по частоте, что позволяет снизить требования к межканальным защитным полосам и избежать частотного контроля, необходимого для отдельных линий в традиционных схемах с использованием массивов DFB-лазеров.
Следует отметить, что эти преимущества применимы не только к передатчику с мультиплексированием по длине волны, но и к его приемнику, где дискретная матрица гетеродина (LO) может быть заменена одним генератором частотной гребенки. Использование генераторов частотной гребенки гетеродина может дополнительно упростить цифровую обработку сигналов в каналах с мультиплексированием по длине волны, тем самым снижая сложность приемника и повышая устойчивость к фазовому шуму.
Кроме того, использование сигналов гетеродина с фазовой синхронизацией для параллельного когерентного приема позволяет даже восстановить временную форму сигнала всего сигнала мультиплексирования с разделением по длинам волн, компенсируя тем самым повреждения, вызванные оптической нелинейностью передающего волокна. Помимо концептуальных преимуществ, основанных на передаче сигналов с использованием гребенчатых частот, ключевыми факторами для будущих трансиверов с мультиплексированием по длинам волн являются также меньшие размеры и экономически эффективное крупномасштабное производство.
Таким образом, среди различных концепций генераторов гребенчатых сигналов особое внимание заслуживают устройства на уровне микросхем. В сочетании с масштабируемыми фотонными интегральными схемами для модуляции, мультиплексирования, маршрутизации и приема данных такие устройства могут стать ключом к созданию компактных и эффективных приемопередатчиков с мультиплексированием по длине волны, которые можно производить в больших количествах с низкими затратами и пропускной способностью в десятки Тбит/с на одно волокно.
На выходе передающего устройства каждый канал объединяется с помощью мультиплексора (MUX), и сигнал мультиплексирования с разделением по длинам волн передается по одномодовому оптоволокну. На приемном устройстве приемник с мультиплексированием по длинам волн (WDM Rx) использует гетеродин (LO) второго генератора частотной характеристики (FCG) для обнаружения многоволновых помех. Каналы входного сигнала мультиплексирования с разделением по длинам волн разделяются демультиплексором, а затем передаются на когерентную приемную решетку (Coh. Rx). При этом частота демультиплексирования гетеродина используется в качестве фазового опорного сигнала для каждого когерентного приемника. Производительность этой линии связи с мультиплексированием по длинам волн, очевидно, в значительной степени зависит от базового генератора частотной гребенки, особенно от ширины светового потока и оптической мощности каждой линии гребенки.
Конечно, технология оптических частотных гребенок все еще находится на стадии разработки, и сценарии ее применения и размер рынка относительно невелики. Если удастся преодолеть технологические узкие места, снизить затраты и повысить надежность, она может достичь масштабного применения в оптической передаче.
Дата публикации: 19 декабря 2024 г.