Установлен новый рекорд скорости передачи данных в оптических сетях

Потребность информационного общества в расширении каналов связи постоянно растет. Объем передаваемых данных каждый год удваивается, и поэтому ведущие лаборатории мира продолжают гонку за рекордными показателями в скорости и надежности передаче данных.

Японская компания Nippon Telegraph and Telephone (NTT) сообщила о достижении очередного рекорда скорости передачи данных по одному оптоволоконному кабелю. Ей удалось организовать передачу информации на расстояние 160 км, при этом было использовано 140 каналов, в каждом из которых данные передавали со скоростью 111 Гбит/с. Таким образом, превышен предыдущий рекорд скорости передачи информации по оптоволокну в 10 Тбит/с, который, кстати, был установлен также в компании NTT.

Практически не отстает от NTT и компания Lucent Technologies, которая недавно сообщила о передаче информации по десяти каналам с пропускной способностью в 107 Гбит/с каждый. Хотя Lucent Technologies и сильно отстает по числу используемых каналов связи, расстояние, используемое в эксперименте (около 2 тыс. км) на порядок превосходит то, что удалось добиться NTT.

Нынешние магистральные сети передают данные на скорости 1 Тбит/с. Передача данных в таких сетях основана на технологии мультиплексирования с разделением по длинам волн (WDM). Оптическое волокно является средой передачи с чрезвычайно широкой полосой пропускания. WDM предусматривает формирование в одном оптическом кабеле нескольких десятков каналов, при этом каждый из них имеет свою несущую, модулированную определенным линейным кодом. Каждый из каналов обеспечивает передачу данных со скоростью 10 Гбит/с. Для компенсации линейных потерь необходимо применять оптические усилители с полосой 4 ТГц.

Предыдущий рекорд в 10 Тбит/с потребовал применения нескольких усилителей для обеспечения компенсации потерь в разных волновых диапазонах. Для нового рекорда исследователям из NTT пришлось решать одновременно две задачи - повысить спектральную плотность и разработать оптические усилители с расширенным диапазоном. В эксперименте NTT был использован квадратурный фазосдвигающий модулятор в сочетании со сверхширокополосными усилителями. На входе в кабель было 70 длин волн.

Методика модуляции DQPSK дает возможность генерировать сигналы со скоростью 100 Гбит/с. Формат модуляции (фазовой) использует четыре фазовых состояния. В обычных методах используется бинарный формат модуляции интенсивности сигнала (CSRZ). Японские ученые объединили форматы фазовой и импульсной модуляции, использовали новые усилители с полосой пропускания 7 ТГц и благодаря этому смогли передать оптические сигналы на значительные расстояния - до 160 км.

Для достижения скорости 100 Гбит/с и выше NTT должна была разработать блок передатчика сложной конфигурации и преодолеть трудности с увеличением скорости модуляции. Интерференционный модулятор на основе ниобата лития ранее использовали в качестве модулятора бинарной интенсивности и фазового модулятора в высокоскоростных передатчиках, однако с его помощью невозможно было повысить скорость до 100 Гбит/с. Для преодоления этих проблем NTT разработала гибридную технологию, в которой оба устройства объединены, благодаря чему упрощается конфигурация передатчика и поддерживается скорость модуляции 111 Гбит/с.

В обычном методе модуляции интенсивности используется в качестве приемника фотодиод, а в методе DQPSK приемник требует применения двух пары фотодетекторов. Обычно это достигается интеграцией двух высокоскоростных фотодиодов. NTT улучшила структуру фотодетектора таким образом, что приемник осуществляет высокоскоростную работу при частотах свыше 50 ГГц. В цепях мультиплексора и демультиплексора использовали микросхемы на основе фосфида индия.

Инженеры NTT считают, что разработанная технология станет основой для создания магистральных сетей передачи данных нового уровня, в которых будет гарантирована емкость каналов 10 Тбит/с и скорость передачи данных по одному каналу 100 Гбит/с, при этом надежность будет намного выше, а эксплуатационные расходы заметно ниже, чем в действующих сетях.