Weltweit erster Standard-Verkleidungsdurchmesser 19

15. Mai 2023

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vom National Institute of Information and Communications Technology (NICT)

Eine Gruppe von Forschern des National Institute of Information and Communications Technology (NICT, Japan) und Sumitomo Electric Industries, Ltd. (SEI, Japan) hat in Zusammenarbeit mit der Technischen Universität Eindhoven, der Universität L'Aquila und der Macquarie University entwickelt Eine optische Faser mit 19 Kernen und einem Standardmanteldurchmesser (0,125 mm), die die größte Anzahl an Kernen unter den Mehrkernfasern mit Standardmanteldurchmesser aufweist und eine Übertragung mit großer Kapazität bei einer Datenrate von 1,7 Petabits pro Sekunde gezeigt hat über eine Distanz von 63,5 km. Um eine hohe Kerndichte zu erreichen, wurde ein zufällig gekoppeltes Multicore-Faserdesign sowie eine digitale MIMO-Signalverarbeitung (Multiple Input Multiple Output) verwendet, um Signalinterferenzen zwischen den Kernen zu vermeiden.

In diesem Experiment wurde der Weltrekord für die Übertragungskapazität einer optischen Faser mit Standardmanteldurchmesser erreicht und die weltweit längste Übertragungsentfernung unter Übertragungsexperimenten mit einer Kapazität von 1 Petabit pro Sekunde oder mehr erreicht. Dieses Ergebnis zeigt die Möglichkeit, den Stromverbrauch der digitalen MIMO-Signalverarbeitung in transozeanischen Systemen im Vergleich zur Multimode-Glasfaserübertragung erheblich zu reduzieren. Diese Fasertechnologie wird zur Realisierung künftiger optischer Kommunikationsnetze mit großer Reichweite und großer Reichweite beitragen.

Die Ergebnisse dieses Experiments wurden als Post-Deadline-Papierpräsentation auf der 46. Optical Fiber Communication Conference (OFC 2023) angenommen und am Donnerstag, 9. März 2023, präsentiert. Der Artikel trägt den Titel „Randomly Coupled 19-Core Multi-Core Fiber with“. Standard-Verkleidungsdurchmesser.“

Die Forschung zu fortschrittlichen optischen Fasern hat große Aufmerksamkeit auf sich gezogen, um den ständig steigenden Verkehrsanforderungen gerecht zu werden. NICT hat Übertragungskapazitäten von 1,02 Petabits pro Sekunde für eine entkoppelte Multicore-Faser mit Standardmanteldurchmesser, 1,53 Petabits pro Sekunde für eine Multimode-Faser und 0,17 Petabits pro Sekunde für eine zufällig gekoppelte Multicore-Faser erreicht.

Bei einer entkoppelten Mehrkernfaser ist jedoch die Anzahl der Kerne begrenzt, um Signalinterferenzen zwischen den Kernen zu unterdrücken, was eine Kapazitätserhöhung zu einer Herausforderung macht. Andererseits sind bei der Multimode-Faserübertragung die Ausbreitungseigenschaften der einzelnen Moden deutlich unterschiedlich, was ein Problem für die Übertragung über große Entfernungen darstellt. Zufällig gekoppelte Mehrkernfasern überwinden diese Einschränkungen mittels digitaler MIMO-Signalverarbeitung und werden voraussichtlich ein Übertragungsmedium für zukünftige optische Kommunikationssysteme über große Entfernungen und große Kapazitäten sein. Allerdings ist eine präzise Kernplatzierung erforderlich, und die maximale Anzahl von Kernen in einer zufällig gekoppelten Mehrkernfaser mit einem Standardmanteldurchmesser betrug 12.

Im Rahmen dieser Forschung entwarf und fertigte SEI eine zufällig gekoppelte 19-Kern-Faser mit einem Standardmanteldurchmesser, und NICT konstruierte ein Übertragungssystem, um die maximalen Fähigkeiten dieser Faser zu demonstrieren. Im Experiment wurden 1,7 Petabit Daten pro Sekunde über 63,5 km übertragen. Durch die Optimierung der Kernstruktur und des Kernlayouts konnte diese Faser die weltweit größte Anzahl von Kernen in einem Standardmanteldurchmesser unterbringen und gleichzeitig eine zufällige Kopplung zwischen den Kernen (optische Signalpfade) erreichen und Unterschiede in den Ausbreitungseigenschaften unterdrücken. Darüber hinaus hat die Macquarie University einen dreidimensionalen laserbeschrifteten Kernmultiplexer und -demultiplexer hergestellt, der als Schnittstelle zu herkömmlichen Singlemode-Lichtwellenleitern verwendet werden kann.

Um die Übertragungsleistung zufällig gekoppelter Mehrkernfasern richtig bewerten zu können, ist es notwendig, Signale von allen Kernen zu empfangen und sie gleichzeitig mithilfe der MIMO-Verarbeitung zu demodulieren. NICT hat ein optisches Übertragungssystem entwickelt, das gleichzeitig 19-Kern-Signale mit einer hohen Symbolrate empfangen kann. Unter Verwendung häufig verwendeter Wellenlängenbänder (C- und L-Bänder) und polarisationsgemultiplexter 64QAM-Signale hat NICT eine Gesamtübertragungskapazität von 1,7 Petabit pro Sekunde über eine Übertragungsentfernung von 63,5 km nachgewiesen. Der Unterschied in der Ausbreitungszeitverzögerung zwischen optischen Signalpfaden ist gering und der Stromverbrauch der Signalverarbeitung kann erheblich reduziert werden.

In der „Beyond 5G“ (6G)-Gesellschaft ist ein cyberphysisches System erforderlich, das von einer Datenkommunikationsinfrastruktur mit großer Kapazität unterstützt wird, damit jeder überall eine aktive Rolle spielen kann. Andererseits ist es zur Reduzierung der Umweltbelastung notwendig, den mit der Datenkommunikation verbundenen Stromverbrauch zu minimieren. Angesichts dieser gesellschaftlichen Anforderungen ist die zufällig gekoppelte 19-Kern-Faser in dieser Studie einer der vielversprechendsten Kandidaten für das Fernübertragungsmedium der nächsten Generation.

Die Forscher planen, die Übertragungsentfernung und das Wellenlängenband zu erweitern, um die Kapazität zu erhöhen, neue Geräte zu entwickeln, die mit der 19-Kern-Faser kompatibel sind, erweiterte Netzwerkfunktionen wie Switching zu demonstrieren und die Machbarkeit eines zukünftigen Einsatzes zu untersuchen.