光纖通信新突破：速率1Tb/s接近“香農(nóng)極限”

諾基亞貝爾實驗室，德意志電信的T-Lab實驗室以及慕尼黑工業(yè)大學(xué)的研究人員在一次光纖通信現(xiàn)場試驗中，達(dá)到了前所未有的傳輸容量和光譜效率。

在一次光纖通信現(xiàn)場試驗中，諾基亞貝爾實驗室，德意志電信的T-Lab實驗室以及慕尼黑工業(yè)大學(xué)向人們展示了，當(dāng)可調(diào)傳輸速率隨著信道情況和通信量需求而進(jìn)行動態(tài)適應(yīng)的時候，光網(wǎng)絡(luò)的靈活性和性能可以得到最大化。作為安全保障的歐洲路由技術(shù)(Safe and Secure European Routing, SASER)項目的一部分，這個在德意志電信已經(jīng)部署的光纖網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行的實驗達(dá)到了1Tb/s的傳輸速率。

這已經(jīng)接近了該信道信息傳輸速率的理論最大值，因此也就接近了光纖鏈路的香農(nóng)極限。香農(nóng)極限由貝爾實驗室的先驅(qū)者和“信息論之父”克勞德·香農(nóng)在1948年發(fā)現(xiàn)。

新的調(diào)制方式

這個被稱為概率星座整形（Probabilistic Constellation Shaping，PCS）的新調(diào)制方式的試驗，使用正交幅度調(diào)制（QAM）格式來在給定的信道上達(dá)到更高的傳輸容量，顯著地改善了光通信的光譜效率。

PCS修改了星座點——該傳輸?shù)淖帜副硭褂玫母怕?。通常來講，所有的星座點都以相同的頻率進(jìn)行使用。PCS聰明地以相比于小幅度的星座點更低的頻率來使用那些具有大幅度的星座點來傳輸信號，這樣平均來講，對于噪聲和其他損傷具有更好的適應(yīng)性。這使得能夠?qū)鬏斔俾蔬M(jìn)行調(diào)整以完美的適應(yīng)傳輸信道，從而得到30%的容量提升。

最大傳輸容量

光纖的引入已經(jīng)有了50年的歷史。隨著5G無線技術(shù)的即將到來，今天的光傳輸系統(tǒng)在持續(xù)的進(jìn)化以幫助電信運營商和企業(yè)滿足以符合年增長率高達(dá)100%的成長的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信。

通過在不增加光網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度的情況下提高光纖中的靈活性和性能，從而使得數(shù)據(jù)通信傳輸?shù)酶旌蛡鬏數(shù)木嚯x更遠(yuǎn)，PCS現(xiàn)在已經(jīng)成為這個進(jìn)化的一部分。

該研究是證明PCS將來能夠用來擴(kuò)展光通信技術(shù)的一個關(guān)鍵的里程碑。這個聯(lián)合實驗的結(jié)果在9月19日于德國杜塞爾多夫舉行的2016年光通信歐洲會議（European Conferenceon Optical Communication，ECOC）進(jìn)行了報道。

將數(shù)據(jù)傳輸?shù)酶欤h(yuǎn)以及具有無與倫比的靈活性

“在已經(jīng)鋪設(shè)的光纖基礎(chǔ)設(shè)施上增加容量，覆蓋距離以及靈活性，”德國電信技術(shù)總監(jiān)和德意志電信首席技術(shù)官Bruno Jacob feuerborn說，“德意志電信提供了一個獨特的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施來評估和演示類似此類的高度創(chuàng)新的傳輸技術(shù)。將來，它還將支持更高層級的測試場景和技術(shù)?！?/p>

“信息論是數(shù)字技術(shù)的數(shù)學(xué)，在2016年克勞德·香農(nóng)的百年誕辰之際，看到他的思想繼續(xù)在改變著工業(yè)界和社會是一件令人興奮的事，”慕尼黑工業(yè)大學(xué)通信工程研究所所長Gerhard Kramer教授說。

“概率星座整形，一個獲得了貝爾實驗室獎的想法，直接應(yīng)用香農(nóng)原理并使光纖光學(xué)系統(tǒng)將數(shù)據(jù)傳播得更快，更遠(yuǎn)以及具有無與倫比的靈活性，”Kramer教授補(bǔ)充說?！斑M(jìn)一步開發(fā)該技術(shù)的諾基亞貝爾實驗室和在實際條件下測試該技術(shù)的德意志電信T-Labs實驗室的緊密合作的成功，完美地證明了慕尼黑工業(yè)大學(xué)的工程學(xué)是優(yōu)越質(zhì)量的一個標(biāo)簽，其教學(xué)給予了我們的學(xué)生智力上的工具以在全球內(nèi)去競爭、成功和引領(lǐng)前進(jìn)。

諾基亞貝爾實驗室主席和諾基亞首席技術(shù)官Marcus Weldon說：“未來的光網(wǎng)絡(luò)不僅需要支持高幾個數(shù)量級的容量，還需要有動態(tài)適應(yīng)信道條件和通信量需求的能力。概率星座整形通過使光網(wǎng)絡(luò)能夠運行在接近香農(nóng)極限下，支持大量的數(shù)據(jù)中心互聯(lián)和提供在數(shù)字時代的現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)所要求的靈活性和性能，為運營商和企業(yè)提供了極大的好處。

（ 來源：實驗幫）

克勞德·香農(nóng)

香農(nóng)定理給出了信道信息傳送速率的上限（比特每秒）和信道信噪比及帶寬的關(guān)系。香農(nóng)定理可以解釋現(xiàn)代各種無線制式由于帶寬不同，所支持的單載波最大吞吐量的不同。

在有隨機(jī)熱噪聲的信道上傳輸數(shù)據(jù)信號時，信道容量Rmax與信道帶寬W，信噪比S/N關(guān)系為：Rmax=W?log2(1+S/N)。香農(nóng)定理用來求信道的最大傳輸速率，即信道容量，當(dāng)通過信道的信號速率超過香農(nóng)定理的信道容量時，誤碼率顯著提高，信息質(zhì)量嚴(yán)重下降。需要指出的是這里的信道容量只是理論上可以達(dá)到的極限，實際如何達(dá)到，該定理不能說明。