Роман 19

Исследователи из Японии и Австралии разработали новое многоядерное оптическое волокно, способное передавать рекордные 1,7 петабита в секунду, сохраняя при этом совместимость с существующей оптоволоконной инфраструктурой. Команда из Национального института информационных и коммуникационных технологий Японии (NICT), Sumitomo Electric Industries и Университета Маккуори в Сиднее, Австралия, достигла этого результата, используя волокно с 19 ядрами. Это наибольшее количество жил, упакованных в кабель со стандартным диаметром оболочки 0,125 миллиметра.

«Мы считаем, что 19 жил — это максимальное практическое количество жил или пространственных каналов, которое вы можете иметь в волокне со стандартным диаметром оболочки и при этом поддерживать передачу хорошего качества», — говорит Георг Радемахер, который ранее возглавлял проект NICT, но недавно вернулся в Германию, чтобы занять должность директора по оптической связи в Штутгартском университете.

Большинство используемых сегодня оптоволоконных кабелей для передачи на большие расстояния представляют собой одножильные одномодовые стеклянные волокна (SMF). Но SMF приближается к своему практическому пределу, поскольку сетевой трафик быстро растет из-за искусственного интеллекта, облачных вычислений и приложений IoT. Поэтому многие исследователи проявляют интерес к многожильному волокну в сочетании с мультиплексированием с пространственным разделением каналов (SDM), методом передачи, позволяющим использовать несколько пространственных каналов в кабеле.

«Пропускная способность нового случайно соединенного волокна не так уж и примечательна. Примечательно то, что здесь используется стандартная облицовка», — Говинд Агравал, Рочестерский университет.

Существует два распространенных типа многожильного волокна (MCF). В слабосвязанном MCF ядра точно отделены друг от друга для подавления перекрестных помех. Но это обычно ограничивает количество жил, помещающихся в кабель.

Вместо этого компания Sumitomo Electric разработала и изготовила MCF со случайным соединением, в которых сердечники намеренно расположены случайным образом. Без необходимости соблюдения точного расстояния сердечники можно упаковать ближе друг к другу. Это увеличивает пространственную плотность кабеля и количество жил, которые можно использовать. Случайное расположение также расширяет взаимодействие между ядрами, позволяя свету от одного ядра соединяться со светом других соседних ядер. Как объясняет Радемахер, сигнал, передаваемый в любом ядре MCF Sumitomo Electric, одновременно использует все 19 ядер, поэтому волокно обеспечивает большую пропускную способность передачи данных за счет использования более высокой доступной пространственной плотности каналов. Затем цифровая обработка сигналов с несколькими входами и несколькими выходами (MIMO) используется для разделения и демодуляции отдельных сигналов на приемной стороне.

Девятнадцать ядер — это «золотая середина», потому что все каналы ведут себя одинаково, чему способствует случайная связь, которая помогает усреднить колебания свойств волокна», — говорит Радемахер. А по сравнению со слабосвязанными MCF, которые требуют индивидуальной обработки сигналов для каждого ядра, «необходим только минимальный объем цифровой обработки сигналов, что значительно снижает энергопотребление».

Однако независимые отраслевые обозреватели отмечают, что другие исследователи разработали нестандартное волокно с аж 32 ядрами и реализовали скорость 1 петабит в секунду на расстоянии 200 километров. «Пропускная способность нового случайно соединенного волокна не так уж и примечательна. Примечательно то, что здесь используется стандартная оболочка», — говорит Говинд Агравал, эксперт по оптике из Рочестерского университета в Нью-Йорке.

Кроме того, по словам Агравала, слабосвязанные ядра, поддерживающие несколько режимов, достигли пропускной способности более 10 Пбит/с. Опять же, это было с волокном нестандартного диаметра оболочки, а расстояние было ограничено 11,3 км. «Этот подход также требует интенсивной автономной цифровой обработки сигналов», — добавляет он.

Использование нестандартного оптоволокна потребует реинжиниринга существующей волоконно-оптической инфраструктуры. С другой стороны, MFC со стандартной оболочкой остается совместимым с широко используемыми оптическими компонентами, оборудованием и системами и может использовать преимущества существующих методов массового производства кабелей.