211service.com
Fiber korsar 10 biljoner bitars barriären
Franska och japanska ingenjörer har pressat mer än 10 biljoner bitar per sekund genom enstaka optiska fibrer. Denna rekordkapacitet motsvarar cirka 150 miljoner samtidiga telefonsamtal.
Grupper från den franska telekommunikationsjätten Alcatel och den japanska tillverkaren NEC uppnådde rekordresultaten var för sig och tillkännagav dem den 22 mars på Optical Fiber Communications Conference i Anaheim, CA.
Utvecklare rapporterar traditionellt om rekordsättande hjälteexperiment vid den årliga mässan. Vanligtvis släpar den maximala kapaciteten för kommersiella system efter rekordtakten med bara några år. Den 13 mars meddelade det tyska företaget Siemens A.G. att det hade sänt 3,2 biljoner bitar per sekund genom delar av WorldComs fiberoptiska nätverk i Dallas-området under en månadslång försök som markerade ett rekord utanför laboratoriet.
Söndra och erövra
För att sätta hastighetsrekord för dataöverföring måste ingenjörer packa signaler i en fiber så effektivt som möjligt. För att göra det klämmer de in många separata sändningssignaler i det tillgängliga optiska spektrumet, precis som radio- eller tv-stationer packas ihop i sändningsbanden. Den totala kapaciteten beror på både antalet separata kanaler och hastigheten med vilken varje kanal sänder.
Optiska system sänder varje kanal vid en separat våglängd, med en teknik som kallas våglängdsmultiplexering. Alla kanaler måste passa inom ett område som begränsas av signaldämpning i fibern och av de optiska förstärkare som behövs för att spänna över långa avstånd. Att minska utrymmet mellan kanalerna ökar antalet som kan bära data men ökar också risken för störningar mellan intilliggande kanaler.
De franska och japanska grupperna gjorde olika balanser för att spräcka 10 biljoner bitars barriären. Båda teamen använde individuella kanaler som överförde med 40 miljarder bitar per sekund, samma datahastighet som användes i WorldCom-demonstrationen. Alcatel koncentrerade sig dock på att tätt packa signaler i det begränsade våglängdsområdet för de erbiumdopade fiberförstärkarna som behövs för långdistansöverföring. NEC lade istället till en ny typ av förstärkare för att utöka det tillgängliga våglängdsområdet.
Alcatel packar in dem
Sebastien Bigo från Alcatel Research and Innovation i Marcoussis, Frankrike, och 14 andra Alcatel-ingenjörer arbetade inom de konventionella och långvågsbanden för standarderbiumdopade fiberförstärkare. De fördelade kanaler med omväxlande intervall på 50 och 75 gigahertz, vilket motsvarar våglängdsförskjutningar på cirka 0,4 och 0,6 nanometer i erbiumförstärkarnas 1550 nanometer. Det ojämna avståndet gjorde det möjligt för dem att lägga till speciella optiska filter, som rakade av en del av varje kanal, så att intilliggande kanaler inte störde varandra. Det packade 32 kanaler i var och en av två erbiumfiberförstärkare som arbetar i olika våglängdsband.
Alcatel-teamet fördubblade sedan överföringskapaciteten genom att sända en uppsättning signaler i en polarisering och en andra uppsättning i motsatt polarisering, vilket höjde det totala antalet kanaler till 256 och den totala hastigheten till 10,2 biljoner bitar per sekund. De visade att signalen kunde färdas genom 100 kilometer fiber.
NEC kopplar in en förstärkare
Kiyoshi Fukuchi från NEC Computer and Communication Media Research i Kawasaki, Japan, och sju NEC-kollegor lade till en tredje förstärkare som fungerar på något kortare våglängder och sträckte ut de två erbiumfiberbanden. Denna nya förstärkare, baserad på optiska fibrer dopade med den sällsynta jordartsmetallen thulium istället för erbium, gav dem ett mycket bredare våglängdsområde än Alcatel-gruppen.
NEC-forskare drog fördel av detta bredare utbud för att packa kanaler mindre tätt. Istället för att lägga över signaler med olika polariteter vid samma våglängd, förskjutna de våglängderna. I detta arrangemang var varje kanal 50 gigahertz från två kanaler med olika polarisation och 100 gigahertz från identiskt polariserade kanaler, vilket minimerar interferens. Med detta tillvägagångssätt sände NEC totalt 273 kanaler på 40 gigahertz vardera, vilket satte rekord på 10,9 biljoner bitar per sekund genom 117 kilometer fiber.
Båda systemen ligger långt över de snabbaste kommersiella systemen, som sänder upp till 160 kanaler med 10 miljarder bitar vardera. Telefonbolagen har ännu inte installerat sändare i alla dessa platser, och de flesta system arbetar med mycket lägre hastigheter.
I mer än två decennier har långdistansfiberoptiska hastighetsrekord ungefär hållit sina egna med Moores lag (fördubblingen var 18:e månad av antalet transistorer packade på ett chip). Denna stadiga tillväxt av fiberkapacitet har drivit ner priserna på långdistanstelefonsamtal och öppnat uppsättningen av informationspipelines som transporterar internettrafik.
Ändå gör den obevekliga tillväxten av internettrafik att ännu större fiberoptiska pipelines ser väldigt attraktiva ut.