光纖通信新突破：速率1Tb/s接近“香農極限”

光纖通信新突破：速率1Tb/s接近“香農極限”

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大學的研究人員在一次光纖通信現場試驗中，達到了前所未有的傳輸容量和光譜效率。

在一次光纖通信現場試驗中，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大學向人們展示了，當可調傳輸速率隨著信道情況和通信量需求而進行動態適應的時候，光網絡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(Safe and Secure European Routing, SASER)項目的一部分，這個在德意志電信已經部署的光纖網絡上進行的實驗達到了1Tb/s的傳輸速率。

這已經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極限。香農極限由貝爾實驗室的先驅者和“信息論之父”克勞德·香農在1948年發現。

新的調制方式

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

PCS修改了星座點——該傳輸的字母表所使用的概率。通常來講，所有的星座點都以相同的頻率進行使用。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性。這使得能夠對傳輸速率進行調整以完美的適應傳輸信道，從而得到30%的容量提升。

最大傳輸容量

光纖的引入已經有了50年的歷史。隨著5G無線技術的即將到來，今天的光傳輸系統在持續的進化以幫助電信運營商和企業滿足以符合年增長率高達100%的成長的網絡數據通信。

通過在不增加光網絡復雜度的情況下提高光纖中的靈活性和性能，從而使得數據通信傳輸得更快和傳輸的距離更遠，PCS現在已經成為這個進化的一部分。

該研究是證明PCS將來能夠用來擴展光通信技術的一個關鍵的里程碑。這個聯合實驗的結果在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）進行了報道。

將數據傳輸得更快，更遠以及具有無與倫比的靈活性

“在已經鋪設的光纖基礎設施上增加容量，覆蓋距離以及靈活性，”德國電信技術總監和德意志電信首席技術官Bruno Jacob feuerborn說，“德意志電信提供了一個獨特的網絡基礎設施來評估和演示類似此類的高度創新的傳輸技術。將來，它還將支持更高層級的測試場景和技術。”

“信息論是數字技術的數學，在2016年克勞德·香農的百年誕辰之際，看到他的思想繼續在改變著工業界和社會是一件令人興奮的事，”慕尼黑工業大學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，直接應用香農原理并使光纖光學系統將數據傳播得更快，更遠以及具有無與倫比的靈活性，”Kramer教授補充說。“進一步開發該技術的諾基亞貝爾實驗室和在實際條件下測試該技術的德意志電信T-Labs實驗室的緊密合作的成功，完美地證明了慕尼黑工業大學的工程學是優越質量的一個標簽，其教學給予了我們的學生智力上的工具以在全球內去競爭、成功和引領前進。

諾基亞貝爾實驗室主席和諾基亞首席技術官Marcus Weldon說：“未來的光網絡不僅需要支持高幾個數量級的容量，還需要有動態適應信道條件和通信量需求的能力。概率星座整形通過使光網絡能夠運行在接近香農極限下，支持大量的數據中心互聯和提供在數字時代的現代網絡所要求的靈活性和性能，為運營商和企業提供了極大的好處。

（ 來源：實驗幫）

克勞德·香農

香農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系。香農定理可以解釋現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。

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