Optical Labs establece registros de transmisión de Terabit

Los comunicados de prensa sobre fibra óptica, como las historias de béisbol, informan muchos tipos de registros. Los dos nuevos registros de fibra óptica reportados el mes pasado en Conferencia sobre comunicaciones de fibra óptica (OFC 2020) son definitivamente grandes ligas. Un equipo de Japón Instituto Nacional de Tecnología de Comunicaciones (NICT) ha enviado la asombrosa cantidad de 172 terabits por segundo a través de una sola fibra multinúcleo, más que el rendimiento combinado de todas las fibras en el cable submarino de mayor capacidad del mundo. Para no ser menos, Nokia Bell Labs informó una velocidad de datos récord de flujo único de 1.52 terabits por segundo, cerca de cuatro veces los 400 gigabits por segundo logrados por los enlaces más rápidos ahora utilizados en los centros de datos.

La OFC 2020, patrocinada por el IEEE, podría haber utilizado parte de esa capacidad durante la reunión del 9 al 12 de marzo en San Diego. Aunque muchos expositores, oradores y posibles asistentes abandonaron los planes para el espectáculo a medida que el virus COVID-19 se extendió rápidamente por todo el mundo, los organizadores eligieron continuar con el espectáculo. Al final, una gran parte de las conversaciones se transmitieron desde hogares y oficinas a la conferencia, luego se transmitieron a televidentes remotos de todo el mundo.

El tráfico de telecomunicaciones ha aumentado incesantemente en las últimas décadas, gracias a los tremendos aumentos en las velocidades de datos que los transmisores de fibra óptica pueden impulsar a través de las fibras monomodo estándar que se han utilizado desde la década de 1990. Pero los rendimientos de fibra ahora se están acercando al límite no lineal de Shannon en la transferencia de información, por lo que los desarrolladores están explorando formas de expandir el número de rutas ópticas paralelas a través de multiplexación por división espacial.

La multiplexación por división espacial es una contraparte óptica de MIMO, que utiliza múltiples antenas de entrada y salida para la transmisión de microondas de alta capacidad. Los enfoques principales: empacar muchos núcleos que guían la luz en fibras ópticas o rediseñar los núcleos de fibra para transmitir luz a lo largo de múltiples rutas paralelas a través del núcleo que pueden aislarse al final de la fibra.

Sin embargo, multiplicar el número de núcleos tiene límites. Deben estar separados por al menos 40 micrómetros para evitar la interferencia que induce el ruido entre ellos. Como resultado, no pueden caber más de cinco núcleos en fibras basadas en el estándar de diámetro de 125 micrómetros para redes submarinas y de larga distancia. Agregar más núcleos puede permitir velocidades de datos más altas, pero eso conduce a diámetros de fibra de hasta 300 µm, que son rígidos y requerirían diseños costosos para cables destinados a aplicaciones submarinas.

En un artículo tardío, Georg Rademacher de NTIC describió un nuevo diseño llamado fibras multinúcleo de acoplamiento cercano. Explica que la diferencia clave en ese diseño es que “los núcleos están cerca uno del otro, de modo que las señales se acoplan intencionalmente entre sí. Idealmente, la luz que está acoplada en un núcleo debería extenderse a todos los demás núcleos después de unos pocos metros “. Las señales se parecen a las de las fibras en las que los núcleos individuales transportan múltiples modos y requieren un procesamiento MIMO para extraer la señal de salida. Sin embargo, debido a que las señales se acoplan entre núcleos en una distancia mucho más corta en las nuevas fibras que en las fibras de modo reducido anteriores, el procesamiento requerido es mucho más simple.

Las demostraciones anteriores de acoplamiento cercano se limitaron a rangos de longitud de onda estrechos de menos de 5 nanómetros. En San Diego, Rademacher informó haber probado una longitud de 80 km de fibra de tres núcleos de 125 nm con señales de una fuente de luz de peine de frecuencia. El equipo transmitió 24,5 gigabaudios de señales de 16 cuadraturas moduladas en amplitud (16-QAM) para muestrear el rendimiento en 359 canales ópticos en las bandas de fibra C y L que abarcan un ancho de banda de 75 nm. Las señales se repitieron repetidamente a través de la fibra de prueba y un amplificador óptico para simular una distancia total de 2040 kilómetros.

La velocidad de datos total medida en esa distancia fue de 172 terabits por segundo, un récord para fibras de 125 µm. Las fibras con un diámetro mucho más grande y más núcleos han transmitido más de 700 terabits a lo largo de 2000 km, dice, pero permanecen en el laboratorio. El sistema comercial de mayor capacidad del mundo, el Red de cable de Pacific Light, requerirá seis fibras para enviar 144 terabits cuando esté en pleno funcionamiento. Las fibras de acoplamiento cerrado “están lejos de la madurez requerida para el uso submarino”, dice Rademacher. Su grupo también está estudiando otras formas en que las fibras multinúcleo podrían mejorar las fibras monomodo actuales.

El registro de Nokia aborda el enorme mercado de conexiones de alta velocidad en centros de datos de Internet masivos. A OFC del año pasado, la industria mostró enlaces comerciales de 400 gigabits para centros de datos y anunció un impulso por las tasas de 800 gigabits. Este año, Nokia reportó una demostración de laboratorio que estuvo cerca de duplicar la tasa de 800 Gig.

Lograr con éxito velocidades de datos de un solo canal que excedan los 100 gigabits depende de la transmisión de señales de manera coherente en lugar de a través de la simple codificación off-on utilizada para velocidades de hasta 10 gigabits. Los sistemas coherentes convierten las señales digitales de entrada a formato analógico en el transmisor, luego el receptor vuelve a convertir las señales analógicas a formato digital para su distribución. Esto hace que el convertidor analógico-digital sea un punto de estrangulamiento crucial para lograr las velocidades de datos más altas posibles.

Hablando a través de Internet desde Stuttgart, Fred Buchali, de Nokia Bell Labs, explicó cómo su grupo había utilizado un nuevo chip de silicio-germanio para lograr una velocidad de transmisión récord de un solo operador de 1,52 terabits por segundo a través de 80 km de fibra monomodo estándar. Su convertidor digital a analógico generó 128 gigabaudios a velocidades de información de 6.2 bits por símbolo para cada una de las dos polarizaciones. Rompió un récord anterior de 1.3 terabits por segundo que Nokia informó en septiembre de 2019.

Micram Microelectronic GmbH de Bochum, Alemania, diseñó y fabricó el prototipo para Nokia utilizando transistores bipolares de alta velocidad y tecnología CMOS de 55 nanómetros. Buchali dijo que el bucle de la fibra y la adición de amplificadores de erbio les permitieron alcanzar 240 km a una velocidad de datos de 1,46 Tbit / s. El objetivo aparente es alcanzar 1.6 Tbit / s, cuatro veces los mejores 400 gigabits por segundo actuales, a la distancia típica del centro de datos de 80 km.

Si somos capaces de alcanzar ese objetivo con un solo operador, como se demuestra aquí en lugar de varios operadores, por ejemplo, 4 a 400 Gbps, entonces es muy probable que la solución sea más eficiente en el uso del espectro y menor costo “. dice Theodore Sizer, líder de Smart Optical Fabric & Devices Research Lab en los laboratorios Nokia Bell. Ese podría ser un paso importante para permitir que el mundo de los centros de datos de rápido crecimiento maneje la insaciable demanda mundial de datos.

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