光纖通信新突破：速率1Tb/s接近“香農(nóng)極限”

諾基亞貝爾實(shí)驗(yàn)室，德意志電信的T-Lab實(shí)驗(yàn)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(chǎng)試驗(yàn)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(chǎng)試驗(yàn)中，諾基亞貝爾實(shí)驗(yàn)室，德意志電信的T-Lab實(shí)驗(yàn)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(dòng)態(tài)適應(yīng)的時(shí)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(xiàng)目的一部分，這個(gè)在德意志電信已經(jīng)部署的光纖網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(gè)被稱為概率星座整形（Probabilistic Constellation Shaping，PCS）的新調(diào)制方式的試驗(yàn)，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(diǎn)——該傳輸?shù)淖帜副硭褂玫母怕?。通常來講，所有的星座點(diǎn)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(diǎn)更低的頻率來使用那些具有大幅度的星座點(diǎn)來傳輸信號(hào)，這樣平均來講，對(duì)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(yùn)營(yíng)商和企業(yè)滿足以符合年增長(zhǎng)率高達(dá)100%的成長(zhǎng)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(gè)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(gè)關(guān)鍵的里程碑。這個(gè)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)的結(jié)果在9月19日于德國(guó)杜塞爾多夫舉行的2016年光通信歐洲會(huì)議（European Conferenceon Optical Communication，ECOC）進(jìn)行了報(bào)道。

將數(shù)據(jù)傳輸?shù)酶?，更遠(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(guó)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(gè)獨(dú)特的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施來評(píng)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(jí)的測(cè)試場(chǎng)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(huì)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(zhǎng)Gerhard Kramer教授說。

“概率星座整形，一個(gè)獲得了貝爾實(shí)驗(yàn)室獎(jiǎng)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。“進(jìn)一步開發(fā)該技術(shù)的諾基亞貝爾實(shí)驗(yàn)室和在實(shí)際條件下測(cè)試該技術(shù)的德意志電信T-Labs實(shí)驗(yàn)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(gè)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(jìng)爭(zhēng)、成功和引領(lǐng)前進(jìn)。

諾基亞貝爾實(shí)驗(yàn)室主席和諾基亞首席技術(shù)官M(fèi)arcus Weldon說：“未來的光網(wǎng)絡(luò)不僅需要支持高幾個(gè)數(shù)量級(jí)的容量，還需要有動(dòng)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(yùn)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(shí)代的現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)所要求的靈活性和性能，為運(yùn)營(yíng)商和企業(yè)提供了極大的好處。

（ 來源：實(shí)驗(yàn)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(hào)時(shí)，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(hào)速率超過香農(nóng)定理的信道容量時(shí)，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(shí)際如何達(dá)到，該定理不能說明。