El primer diámetro de revestimiento estándar del mundo 19

15 de mayo de 2023

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por el Instituto Nacional de Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (NTIC)

Un grupo de investigadores del Instituto Nacional de Tecnología de la Información y las Comunicaciones (NICT, Japón) y Sumitomo Electric Industries, Ltd. (SEI, Japón) en colaboración con la Universidad Tecnológica de Eindhoven, la Universidad de L'Aquila y la Universidad Macquarie han desarrollado una fibra óptica de 19 núcleos con un diámetro de revestimiento estándar (0,125 mm), que tiene la mayor cantidad de núcleos entre las fibras multinúcleo de diámetro de revestimiento estándar y ha demostrado una transmisión de gran capacidad a una velocidad de datos de 1,7 petabits por segundo en una distancia de 63,5 km. Se utilizó un diseño de fibra multinúcleo acoplado aleatoriamente para lograr una alta densidad de núcleo, así como un procesamiento de señal digital de entrada múltiple salida múltiple (MIMO) para eliminar la interferencia de señal entre núcleos.

En este experimento, se logró el récord mundial de capacidad de transmisión de una fibra óptica con un diámetro de revestimiento estándar, y se logró la distancia de transmisión más larga del mundo entre los experimentos de transmisión con una capacidad de 1 petabit por segundo o más. Este resultado muestra la posibilidad de reducir significativamente el consumo de energía del procesamiento de señales digitales MIMO en sistemas transoceánicos, en comparación con la transmisión de fibra multimodo. Esta tecnología de fibra contribuirá a la realización de futuras redes de comunicaciones ópticas de larga distancia y gran capacidad.

Los resultados de este experimento se aceptaron como una presentación en papel posterior a la fecha límite en la 46.ª Conferencia de comunicación de fibra óptica (OFC 2023) y se presentaron el jueves 9 de marzo de 2023. El artículo se titula "Fibra multinúcleo de 19 núcleos acoplada aleatoriamente con Diámetro de revestimiento estándar".

La investigación sobre fibras ópticas avanzadas ha atraído una atención considerable para abordar las demandas de tráfico cada vez mayores. NICT ha logrado capacidades de transmisión de 1,02 petabits por segundo para una fibra multinúcleo desacoplada de diámetro de revestimiento estándar, 1,53 petabits por segundo para una fibra multimodo y 0,17 petabits por segundo para una fibra multinúcleo acoplada aleatoriamente.

Sin embargo, en el caso de una fibra multinúcleo desacoplada, la cantidad de núcleos está limitada para suprimir la interferencia de la señal entre los núcleos, lo que dificulta el aumento de la capacidad. Por otro lado, en la transmisión por fibra multimodo, las características de propagación de cada modo son significativamente diferentes, lo que plantea un problema para la transmisión a larga distancia. La fibra multinúcleo acoplada aleatoriamente supera estas limitaciones mediante el procesamiento de señales digitales MIMO y se espera que sea un medio de transmisión para futuros sistemas de comunicación óptica de larga distancia y gran capacidad. Sin embargo, se necesita una ubicación precisa del núcleo, y el número máximo de núcleos en una fibra multinúcleo acoplada aleatoriamente con un diámetro de revestimiento estándar era de 12.

En esta investigación, SEI diseñó y fabricó una fibra de 19 núcleos acoplada aleatoriamente con un diámetro de revestimiento estándar, y NICT construyó un sistema de transmisión para demostrar las capacidades máximas de esta fibra. En el experimento, se transmitieron 1,7 petabits por segundo de datos durante 63,5 km. La optimización de la estructura y el diseño del núcleo permitió que esta fibra acomodara la mayor cantidad de núcleos del mundo en un diámetro de revestimiento estándar mientras lograba un acoplamiento aleatorio entre los núcleos (trayectorias de señales ópticas) y suprimía las diferencias en las características de propagación. Además, la Universidad de Macquarie ha producido un multiplexor y demultiplexor de núcleo inscrito con láser tridimensional, que se puede utilizar como interfaz con fibras ópticas monomodo convencionales.

Para evaluar correctamente el rendimiento de transmisión de fibras multinúcleo acopladas aleatoriamente, es necesario recibir señales de todos los núcleos y demodularlas simultáneamente mediante el procesamiento MIMO. NTIC construyó un sistema de transmisión óptica que puede recibir simultáneamente señales de 19 núcleos a una alta tasa de símbolos. Usando bandas de longitud de onda de uso común (bandas C y L) y señales 64QAM multiplexadas por polarización, NICT ha demostrado una capacidad de transmisión total de 1,7 petabits por segundo en una distancia de transmisión de 63,5 km. La diferencia en el retraso del tiempo de propagación entre las rutas de la señal óptica es pequeña y el consumo de energía del procesamiento de la señal se puede reducir considerablemente.

En la sociedad "Más allá de 5G" (6G), se requiere un sistema físico cibernético respaldado por una infraestructura de comunicación de datos de gran capacidad para que cualquier persona pueda desempeñar un papel activo en cualquier lugar. Por otro lado, para reducir el impacto ambiental, es necesario minimizar el consumo de energía asociado con las comunicaciones de datos. Teniendo en cuenta tales demandas sociales, la fibra de 19 núcleos acoplada aleatoriamente en este estudio es uno de los candidatos más prometedores para el medio de transmisión de larga distancia de próxima generación.

Los investigadores planean ampliar la distancia de transmisión y ampliar la banda de longitud de onda para aumentar la capacidad, desarrollar nuevos dispositivos compatibles con la fibra de 19 núcleos, demostrar funcionalidades de red avanzadas como la conmutación e investigar la viabilidad de futuras implementaciones.