22.9 Pb/S！这一光纤传输速度创下世界纪录

2023-12-11 16:14

近日，来自日本国家信息和通信技术研究所（NICT，院长：TOKUDA Hideyuki博士）的研究人员与埃因霍温理工大学、拉奎拉大学合作，仅使用一根光纤就成功演示了每秒22．9千兆比特的破纪录数据速率，这是NICT此前创下的世界纪录（10．66千兆比特／每秒）的两倍多。

在这项研究中，研究人员成功地将大规模空分复用（SDM）和多频带波分复用（WDM）等最新研究技术结合起来，展示了未来超大容量光通信网络的路径。

该实验的结果在第49届欧洲光通信会议（ECOC 2023，于2023年10月1日至5日在英国格拉斯哥举行）上作为截止日期后的论文报告被接受，并于2023年10月5日星期四发表。

为了应对日益增长的数据流量需求，人们研究了利用空间和波长实现高数据速率光纤通信的多路复用技术。前者使用先进的光纤，在一个共同的包层内包含多个光路（通道），而后者通过增加传输带宽来容纳许多独立的波分复用（WDM）数据通道，从而提高了总传输容量。

迄今为止，NICT通过结合多核光纤（MCF）和多模光纤传输技术实现了超过100个空间信道的空分复用（SDM），并通过S－、C－和l －频段实现了总带宽为20太赫兹的多频带WDM（见表1）。然而，除了非常短距离的情况（1公里），多频带WDM和SDM的结合使用仅在非耦合的四核MCF中得到了演示。为了将多频带WDM和SDM与大空间信道数光纤（例如，114个信道与38芯3模光纤）相结合，他们提出需要一个多频带兼容的MIMO接收器。

在最终的成功实验中，NICT展示了每秒22．9拍比特的光纤数据通信的可能性，这是之前每秒10．66拍比特记录的两倍多。利用多频段兼容的MIMO接收机，研究人员们首次成功地将多频段WDM和多核、多模SDM相结合。实验系统的细节如图5所示，s波段使用293个波长通道，c和l波段使用457个波长通道，总共750个WDM通道，覆盖18．8 THz的频率带宽。信号调制采用偏振复用256 QAM。如表1和图2所示，在多频段WDM传输演示中，空间信道数增加了28．5倍。

每个核心的传输容量范围为-0．3 - 0．7 Pb ／ s，总传输容量为22．9 Pb ／ s。使用更好的优化编码可以实现高达24．7 Pb／s的数据速率。这是目前部署的光纤通信系统数据速率的1000多倍。

虽然非耦合四核MCF适合早期适应，但未来需要使用超大容量光纤进一步改善电信基础设施，预计数据流量需求将增加3个数量级（x1000倍）。该研究首次成功实现了采用多核多模光纤的多频段WDM和SDM的结合，这是实现未来超大容量光纤通信网络的关键。

未来，日本国家信息和通信技术研究所（NICT）将继续在大型SDM光纤上探索多频段WDM，包括随机耦合MCF或需要大规模多频段MIMO接收器的多模光纤。