Dans la recherche d'une capacité supérieure et d'une distance de transmission plus longue dans les systèmes de communication optique modernes, le bruit, en tant que limitation physique fondamentale, a toujours limité l'amélioration des performances.
Dans un cas typiqueEDFASystème d'amplification à fibre dopée à l'erbium, chaque portée de transmission optique génère environ 0,1 dB de bruit d'émission spontanée accumulé (ASE), qui est enraciné dans la nature aléatoire quantique de l'interaction lumière/électron pendant le processus d'amplification.
Ce type de bruit se manifeste par une gigue temporelle de l'ordre de la picoseconde dans le domaine temporel. Selon la prédiction du modèle de gigue, avec un coefficient de dispersion de 30 ps/(nm · km), la gigue augmente de 12 ps lors d'une transmission à 1 000 km. Dans le domaine fréquentiel, cela entraîne une diminution du rapport signal sur bruit optique (OSNR), entraînant une perte de sensibilité de 3,2 dB (BER = 1e-9) dans le système NRZ à 40 Gbit/s.
Le défi le plus important provient du couplage dynamique des effets non linéaires et de la dispersion de la fibre : le coefficient de dispersion d'une fibre monomode conventionnelle (G.652) dans la fenêtre de 1 550 nm est de 17 ps/(nm · km), combiné au déphasage non linéaire causé par l'automodulation de phase (SPM). Lorsque la puissance d'entrée dépasse 6 dBm, l'effet SPM déforme considérablement la forme d'onde de l'impulsion.
Dans le système PDM-16QAM à 960 Gbit/s illustré dans la figure ci-dessus, l'ouverture de l'œil après une transmission de 200 km est de 82 % de la valeur initiale et le facteur Q est maintenu à 14 dB (correspondant à BER ≈ 3e-5) ; lorsque la distance est étendue à 400 km, l'effet combiné de la modulation de phase croisée (XPM) et du mélange à quatre ondes (FWM) fait chuter fortement le degré d'ouverture de l'œil à 63 %, et le taux d'erreur du système dépasse la limite de correction d'erreur FEC de décision stricte de 10 ^ -12.
Il convient de noter que l'effet de chirp de fréquence du laser à modulation directe (DML) va s'aggraver - la valeur du paramètre alpha (facteur d'amélioration de la largeur de ligne) d'un laser DFB typique est comprise entre 3 et 6, et son changement de fréquence instantané peut atteindre ± 2,5 GHz (correspondant au paramètre de chirp C = 2,5 GHz/mA) à un courant de modulation de 1 mA, ce qui entraîne un taux d'élargissement d'impulsion de 38 % (dispersion cumulée D · L = 1360 ps/nm) après transmission via une fibre G.652 de 80 km.
La diaphonie entre canaux dans les systèmes de multiplexage en longueur d'onde (WDM) constitue un obstacle plus important. Prenons l'exemple d'un espacement de canaux de 50 GHz : la puissance d'interférence causée par le mélange à quatre ondes (FWM) a une longueur effective Leff d'environ 22 km dans les fibres optiques ordinaires.
La diaphonie entre canaux dans les systèmes de multiplexage en longueur d'onde (WDM) constitue un obstacle plus important. Prenons l'exemple d'un espacement de canaux de 50 GHz : la longueur effective de la puissance d'interférence générée par le mélange à quatre ondes (FWM) est de Leff = 22 km (correspondant à un coefficient d'atténuation de la fibre α = 0,22 dB/km).
Lorsque la puissance d'entrée est augmentée à +15 dBm, le niveau de diaphonie entre canaux adjacents augmente de 7 dB (par rapport à la ligne de base de -30 dB), ce qui oblige le système à augmenter la redondance de correction d'erreur directe (FEC) de 7 % à 20 %. L'effet de transfert de puissance dû à la diffusion Raman stimulée (SRS) entraîne une perte d'environ 0,02 dB par kilomètre dans les canaux de grande longueur d'onde, entraînant une baisse de puissance pouvant atteindre 3,5 dB dans la bande C+L (1 530-1 625 nm). Une compensation de pente en temps réel est nécessaire via un égaliseur de gain dynamique (DGE).
La limite de performance du système de ces effets physiques combinés peut être quantifiée par le produit distance-bande passante (B · L) : le B · L d'un système de modulation NRZ typique dans la fibre G.655 (fibre à dispersion compensée) est d'environ 18 000 (Gb/s) · km, tandis qu'avec la modulation PDM-QPSK et la technologie de détection cohérente, cet indicateur peut être amélioré à 280 000 (Gb/s) · km (@ gain SD-FEC 9,5 dB).
La fibre de multiplexage spatial à 7 cœurs x 3 modes (SDM) de pointe a atteint une capacité de transmission de 15,6 Pb/s · km (capacité de fibre unique de 1,53 Pb/s · distance de transmission de 10,2 km) dans des environnements de laboratoire grâce à un contrôle de diaphonie inter-cœurs à couplage faible (<-40 dB/km).
Pour approcher la limite de Shannon, les systèmes modernes doivent adopter conjointement les technologies de mise en forme des probabilités (PS-256QAM, obtenant un gain de mise en forme de 0,8 dB), d'égalisation des réseaux neuronaux (efficacité de compensation NL améliorée de 37 %) et d'amplification Raman distribuée (DRA, précision de la pente de gain ± 0,5 dB) pour augmenter le facteur Q de la transmission monoporteuse 400G PDM-64QAM de 2 dB (de 12 dB à 14 dB) et assouplir la tolérance OSNR à 17,5 dB/0,1 nm (@ BER=2e-2).
Date de publication : 12 juin 2025