Šviesolaidinių siųstuvų technologija plinta iš tradicinių ryšių sričių. Dirbtinio intelekto srityje didelės spartos{1}}optinės jungtys yra labai svarbios norint įveikti skaičiavimo kliūtis; matomos šviesos ryšiu (VLC), jis gali suteikti naujų spektrinių išteklių 6G. Integruojant su technologijomis, tokiomis kaip mikrobangų fotonika, ji taip pat gali būti taikoma platesnėms sritims, įskaitant jutimą, vaizdavimą ir gynybą.
01 Technologinė evoliucija
Thešviesolaidinis siųstuvas, pagrindinis optinių ryšių sistemų komponentas, transformuojamas iš vieno-funkcinio modulio į išmanią, didelio{1}}efektyvumo sistemą. Ankstyvieji šviesolaidiniai siųstuvai pirmiausia atliko pagrindinį elektro-optinį konvertavimą, tačiau dabar jie tapo pagrindiniu elementu, lemiančiu visų ryšių tinklų veikimą.
Remiantis naujausiais Fraunhoferio instituto tyrimais, tradicinės šviesolaidinės sistemos nebegali patenkinti būsimų programų poreikių. Tai privertė tyrėjus kurti pažangesnes šviesolaidinių siųstuvų technologijas, pvz., naudojant bangos ilgio-atrankinius jungiklius ir erdvinio padalijimo tankinimą, siekiant padidinti tinklo pajėgumą ir lankstumą.
Esminė technologijų evoliucijos kryptis yra spektrinio efektyvumo gerinimas. Tyrėjai sukūrė naujų tipų groteles, kad padidintų spektrinę skiriamąją gebą nuo tradicinių 100 GHz iki 25 GHz. Dėl to duomenų perdavimo dažnių juostos yra siauresnės, o duomenų paketai mažesni, todėl vienu optiniu pluoštu galima vienu metu perduoti daugiau duomenų paketų.
02 Našumo pranašumai
Priežastis, kodėl šviesolaidiniai siųstuvai tapo šiuolaikinių ryšių tinklų šerdimi, slypi dėl jų daugialypių veikimo pranašumų. Didelės-sparčios perdavimo galimybės yra viena ryškiausių jų funkcijų, palaikanti Gbps ir net didesnį duomenų perdavimo spartą.
Dėl šios savybės jie plačiai taikomi scenarijuose, kuriems reikalingas didžiulis duomenų perdavimas, pavyzdžiui, duomenų centrų sujungimai ir plačiajuosčio ryšio prieiga. Priešingai, tradicinių varinių kabelių perdavimo sparta ir atstumas panašiomis sąlygomis yra labai riboti.
Šviesolaidiniai siųstuvai duomenims perduoti naudoja optinius signalus, todėl perdavimo nuostoliai ir slopinimas yra mažesni, palyginti su tradiciniais variniais kabeliais. Tai reiškia, kad signalai gali išlaikyti aukštą kokybę ir stabilumą dideliais atstumais, sumažinant signalo slopinimo įtaką ryšio kokybei.
Ši savybė ypač svarbi scenarijuose, kuriems reikalinga didelė{0}}atstumo aprėptis, pvz., didmiesčių tinklai (MAN) ir plataus masto tinklai (WAN).Šviesolaidiniai siųstuvaigali pasiekti duomenų perdavimą per dešimtis ar net šimtus kilometrų.
Skaiduliniai optiniai siųstuvai yra mažiau jautrūs išoriniams elektromagnetiniams trukdžiams perdavimo metu. Palyginti su kabeliu, jie gali geriau išlaikyti signalo vientisumą ir stabilumą, yra mažiau jautrūs aplinkos veiksniams ir užtikrina saugų ir patikimą duomenų perdavimą.
03 Taikymo scenarijai
Šviesolaidinių siųstuvų taikymo scenarijai išsiplėtė nuo tradicinių telekomunikacijų iki kelių besivystančių pramonės šakų. Jų veikimo charakteristikos lemia jų tinkamumą įvairiems scenarijams.
Toliau pateiktoje lentelėje palyginami šviesolaidinių siųstuvų našumo reikalavimai skirtingais taikymo atvejais:
| Taikymo scenarijus | Pagrindiniai našumo reikalavimai | Tipiškas perdavimo atstumas | Techninės charakteristikos |
|---|---|---|---|
| Duomenų centro sujungimas | Didelis greitis, mažas delsimas | Vidutinis{0}}Trumpas atstumas | Didelis-tankis diegimas, mažas energijos suvartojimas |
| MAN/WAN | Didelis atstumas, didelis stabilumas | Dešimtys iki šimtų kilometrų | Stiprus anti{0}}trukdymas, mažas nuostolis |
| Ateities tinklai (6G / Quantum Comm.) | Itin-didelė talpa, lankstumas | Kombinuotas ilgas / trumpas atstumas | Multipleksavimo technologijos, mastelio keitimas |
| CATV tinklai | Aukšta signalo kokybė, plati aprėptis | Ilgas atstumas | Didelė išėjimo galia, iškraipymų valdymas |
| Stebėjimo sistemos | Stabilus ir patikimas, didelis prisitaikymas | Vidutinis{0}}Trumpas atstumas | Puikus prisitaikymas prie aplinkos, lengvas diegimas |
Duomenų centrų sujungimų srityje mažas dydis ir lengvas pobūdisšviesolaidiniai siųstuvaileidžia lanksčiai išdėstyti ir įdiegti{0}}apribotoje erdvėje. Naudojant optinius modulius ir pataisos laidus, galima diegti didelio-tankio kabelius ir prievadus, atitinkančius didelio-masto duomenų centrų sąsajos tankio ir įrangos kompaktiškumo poreikius.
Tobulėjant naujoms technologijoms, tokioms kaip autonominės transporto priemonės, 6G mobilusis ryšys ir kvantinis ryšys, šviesolaidinių tinklų paklausa nuolat auga. Šioms programoms reikalingas didesnis duomenų perdavimo greitis ir mažesnis delsos laikas, ko tradiciniai šviesolaidiniai siųstuvai nebegali visiškai patenkinti.
Vokietijos Fraunhoferio instituto sukurtas WESORAM projektas sėkmingai pademonstravo galimybę savavališkai nukreipti signalus iš 8 įvesties kanalų į 16 išvesties kanalų. Ši kryžminio-jungimo galimybė padidina tinklo pajėgumą ir suteikia daugiau lankstumo perduodant ir nukreipiant duomenų srautus.
Specialiai sukurti šviesolaidiniai siųstuvai taip pat vaidina svarbų vaidmenį kabelinės televizijos (CATV) tinkluose. Pavyzdžiui, EMCORE I-Type Medallion 6000 serijos 1550 nm išoriškai moduliuoti siųstuvai yra optimizuoti tarptautinėms CATV sistemoms ir palaiko iki 150 kilometrų šviesolaidžio ryšius.
04 Pramonės pažanga
Skaidulinių optinių siųstuvų technologija sparčiai vystosi, o pažangą šioje srityje skatina daugybė novatoriškų mokslinių tyrimų projektų. Mokslininkai pasiekė didelį proveržį šviesolaidinio ryšio greičio srityje, per maždaug 8 -kilometrų ilgio pluošto perdavimo spartą 1,84 Pbit/s.
Šis greitis prilygsta duomenų perdavimui iš maždaug 236 vieno -terabaito (1 TB) standžiųjų diskų per sekundę, maždaug dvigubai daugiau nei dabartinis bendras pasaulinis interneto srautas. Dar labiau pastebima, kad tyrėjų komanda pirmą kartą pasiekė greitį, viršijantį 1 Pbit/s, naudodama tik „vieną lazerį + vieną optinį lustą“.
Optinio dažnio šukų technologija buvo šio proveržio pagrindas. Ši technologija paverčia šviesą iš infraraudonųjų spindulių lazerio į vaivorykštės spektrą, sudarytą iš daugelio spalvų, kur yra fiksuoti kiekvienos monochrominės šviesos dažnio ir dažnių skirtumai, todėl ji tinka bangos ilgio padalijimui.
Visa generuojama šviesa yra nuosekli, todėl galima bendrai apdoroti skaitmeninį signalą tarp skirtingų kanalų, o tai galiausiai labai pagreitina duomenų perdavimo spartą.
Didelė pažanga taip pat padaryta kelių{0}}gyslių pluošto technologijos srityje. JAV nacionalinio standartų ir technologijų instituto (NIST) tyrimų grupė pirmą kartą parodė, kad itin stabilūs optinio atominio laikrodžio signalai gali būti suderinamai perduodami kartu su telekomunikacijų duomenimis kelių branduolių skaiduloje, nutolusioje dešimtis kilometrų.
Tai reiškia, kad atsirandantys didelės talpos{0}}šviesolaidiniai tinklai galėtų ne tik perduoti didžiulius duomenų kiekius, bet ir potencialiai labai tiksliai sinchronizuoti atominius laikrodžius visame pasaulyje.
05 Iššūkiai ir ateitis
Nepaisant didelės pažangos, šviesolaidinio siųstuvo technologija vis dar susiduria su keliais iššūkiais. Kaina yra viena iš jų, ypač bangos ilgio padalijimo tankinimo (WDM) sistemose, kur optinių ir optoelektroninių komponentų kaina yra didelė, iš dalies dėl to, kad reikia tiksliai nustatyti bangos ilgį.
Šiuose komponentuose naudojamų dielektrikų fizinės savybės priklauso nuo temperatūros{0}}. Dėl šio temperatūros jautrumo gali pasikeisti filtro bangos ilgiai.
Fraunhofer HHI instituto inicijuotas OPTIMUX projektas yra skirtas naujoviškų ir efektyvių viso perdavimo kelio tankinimo sprendimų kūrimui. Projekte pagrindinis dėmesys skiriamas optimalioms šviesolaidinio duomenų perdavimo strategijoms, naudojant erdvinį tankinimą, siekiant pasiekti net 300 GBd simbolių spartą.
Sparčiai tobulėjant skaitmeninimui ir didėjant duomenimis{0}}pagrįstoms programoms, esama tinklo infrastruktūra artėja prie savo ribų. Nors bangos ilgio tankinimas yra įprastas metodas, erdvinis tankinimas siūlo naują tinklo optimizavimo būdą. Naudojant kelis pluošto branduolius ir perdavimo režimus, pajėgumas gali būti žymiai padidintas.
