Как известно, с 1990-х годов технология WDM используется для создания магистральных волоконно-оптических линий связи протяженностью в сотни и даже тысячи километров. Для большинства регионов страны волоконно-оптическая инфраструктура является самым дорогим активом, в то время как стоимость компонентов приемопередатчика относительно низка.
Однако с резким ростом скорости передачи данных в таких сетях, как 5G, технология WDM приобретает все большее значение и в сетях ближнего действия, которые развертываются в гораздо больших объемах и, следовательно, более чувствительны к стоимости и размерам приемопередающих устройств.
В настоящее время эти сети по-прежнему используют тысячи одномодовых оптических волокон, передаваемых параллельно по каналам пространственного мультиплексирования, с относительно низкими скоростями передачи данных, не более нескольких сотен Гбит/с (800G) на канал, и с небольшим числом возможных применений в Т-классе.
Однако в обозримом будущем концепция общей пространственной параллелизации вскоре достигнет пределов своей масштабируемости и должна будет быть дополнена спектральной параллелизацией потоков данных в каждом волокне для обеспечения дальнейшего увеличения скорости передачи данных. Это может открыть совершенно новое пространство применения для технологии WDM, в котором максимальная масштабируемость с точки зрения количества каналов и скорости передачи данных имеет решающее значение.
В этом контексте,генератор оптических частотных гребенок (ГЧГ)Он играет ключевую роль как компактный, фиксированный, многоволновой источник света, способный обеспечить большое количество четко определенных оптических несущих. Кроме того, особенно важным преимуществом оптических частотных гребенок является то, что линии гребешка по своей природе равноудалены по частоте, что снижает необходимость в межканальных защитных полосах и позволяет избежать частотного контроля, который потребовался бы для одной линии в традиционной схеме с использованием массива DFB-лазеров.
Важно отметить, что эти преимущества относятся не только к передатчикам WDM, но и к их приемникам, где дискретные массивы гетеродина (LO) могут быть заменены одним генератором частотной гребенки. Использование генераторов частотной гребенки LO дополнительно упрощает цифровую обработку сигналов для каналов WDM, 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 всего сигнала WDM, компенсируя таким образом искажения, вызванные оптическими нелинейностями в передающем волокне. Помимо этих концептуальных преимуществ передачи сигнала на основе гребенчатых частот, ключевыми факторами для будущих трансиверов WDM являются также меньшие размеры и экономичное массовое производство.
Поэтому среди различных концепций генераторов гребенчатых сигналов особый интерес представляют 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, высокоэффективных приемопередатчиков WDM, которые можно производить в больших количествах с низкими затратами и пропускной способностью до десятков Тбит/с на одно волокно.
На следующем рисунке представлена схема передатчика WDM, использующего оптический частотный гребень FCG в качестве многоволнового источника света. Сигнал частотного гребеня FCG сначала разделяется в демультиплексоре (DEMUX), а затем поступает в электрооптический модулятор EOM. После этого сигнал подвергается усовершенствованной квадратурной амплитудной модуляции QAM для достижения оптимальной спектральной эффективности (SE).
На выходе передатчика каналы объединяются в мультиплексоре (MUX), и сигналы WDM передаются по одномодовому волокну. На приемной стороне приемник с мультиплексированием по длинам волн (WDM Rx) использует локальный генератор второго частотного генератора (LO) для многоволнового когерентного детектирования. Каналы входных сигналов WDM разделяются демультиплексором и подаются на когерентную приемную решетку (Coh. Rx), где частота демультиплексирования локального генератора (LO) используется в качестве фазового опорного сигнала для каждого когерентного приемника. Производительность таких WDM-каналов, очевидно, в значительной степени зависит от используемого генератора гребенчатого сигнала, в частности, от ширины оптической линии и оптической мощности на каждую линию гребенки.
Конечно, технология оптических частотных гребенок все еще находится на стадии разработки, и сценарии ее применения и размер рынка относительно невелики. Если удастся преодолеть технические узкие места, снизить затраты и повысить надежность, то станет возможным внедрение технологий оптической передачи данных в масштабах крупных предприятий.
Дата публикации: 21 ноября 2024 г.