Record mondial de capacité de transmission et de distance : 1808 km à 1,02 pétabits/s avec une fibre optique de 19 fils.
Points forts
- Une fibre optique à 19 cœurs dans un diamètre de gaine standard a été développée, permettant une capacité de transmission de 1,7 pétabits par seconde.
- Les fibres multicœurs couplées aléatoirement nécessitent une consommation d’énergie moindre dans le traitement du signal numérique par rapport aux fibres multimodes.
- Il s’agit d’une étape majeure dans la réalisation de futurs systèmes de communication optique transocéanique à longue distance et à grande capacité.
Un groupe de chercheurs de l’Institut national des technologies de l’information et de la communication (NICT, Japon) et de Sumitomo Electric Industries, Ltd. (SEI, Japon), en collaboration avec l’Université de technologie d’Eindhoven, l’Université de L’Aquila et l’Université Macquarie, a développé une fibre optique à 19 cœurs avec un diamètre de gaine standard (0,125 mm), qui possède le plus grand nombre de cœurs parmi les fibres multicœurs à diamètre de gaine standard , et a démontré une transmission à grande capacité avec un débit de données de 1,7 pétabits par seconde sur une distance de 63,5 km. Une conception de fibre multicœur à couplage aléatoire a été utilisée pour obtenir une densité de cœurs élevée, ainsi qu’un traitement numérique du signal MIMO (entrées multiples, sorties multiples) pour éliminer les interférences de signal entre les cœurs.
Cette expérience a permis d’établir un record mondial de capacité de transmission pour une fibre optique de diamètre de gaine standard, et d’atteindre la plus longue distance de transmission mondiale parmi les expériences de transmission d’une capacité de 1 pétabit par seconde ou plus. Ce résultat démontre la possibilité de réduire significativement la consommation d’énergie du traitement du signal numérique MIMO dans les systèmes transocéaniques, par rapport à la transmission par fibre multimode . Cette technologie de fibre contribuera à la réalisation de futurs réseaux de communication optique longue distance et de grande capacité.
Les résultats de cette expérience ont été acceptés sous forme de présentation d’article post-date limite lors de la 46e Conférence sur la communication par fibre optique (OFC 2023) et présentés le jeudi 9 mars 2023.
Arrière-plan
La recherche sur les fibres optiques avancées a suscité une attention considérable pour répondre à la demande croissante de trafic. Les TIC ont permis d’atteindre des capacités de transmission de 1,02 pétabits par seconde pour une fibre multicœur découplée de diamètre de gaine standard, de 1,53 pétabits par seconde pour une fibre multimode et de 0,17 pétabits par seconde pour une fibre multicœur à couplage aléatoire (voir tableau 1).
Cependant, dans le cas d’une fibre multicœur non couplée, le nombre de cœurs est limité afin de supprimer les interférences de signal entre les cœurs, ce qui complique l’augmentation de la capacité. En revanche, dans la transmission par fibre multimode, les caractéristiques de propagation de chaque mode sont sensiblement différentes, ce qui pose problème pour les transmissions longue distance. La fibre multicœur à couplage aléatoire surmonte ces limitations grâce au traitement numérique du signal MIMO et devrait devenir un support de transmission pour les futurs systèmes de communication optique longue distance et grande capacité. Un placement précis des cœurs est toutefois nécessaire, et le nombre maximal de cœurs dans une fibre multicœur à couplage aléatoire avec un diamètre de gaine standard était de 12.
Réalisations
Dans cette recherche, SEI a conçu et fabriqué une fibre à 19 cœurs à couplage aléatoire avec un diamètre de gaine standard, et NICT a construit un système de transmission pour démontrer les capacités maximales de cette fibre. Lors de l’expérience, 1,7 pétabits par seconde de données ont été transmis sur 63,5 km. L’optimisation de la structure et de la disposition du cœur a permis à cette fibre d’accueillir le plus grand nombre de cœurs au monde dans un diamètre de gaine standard, tout en assurant un couplage aléatoire entre les cœurs (chemins de signaux optiques) et en supprimant les différences de caractéristiques de propagation. De plus, l’Université Macquarie a produit un multiplexeur et un démultiplexeur de cœur tridimensionnels à gravure laser, utilisables comme interface avec les fibres optiques monomodes conventionnelles.
Pour évaluer correctement les performances de transmission des fibres multicœurs à couplage aléatoire, il est nécessaire de recevoir les signaux de tous les cœurs et de les démoduler simultanément grâce au traitement MIMO. NICT a construit un système de transmission optique capable de recevoir simultanément des signaux de 19 cœurs à un débit de symboles élevé. En utilisant les bandes de longueurs d’onde courantes (bandes C et L) et des signaux 64QAM multiplexés en polarisation , NICT a démontré une capacité de transmission totale de 1,7 pétabits par seconde sur une distance de transmission de 63,5 km. La différence de temps de propagation entre les trajets des signaux optiques est faible et la consommation d’énergie du traitement du signal peut être considérablement réduite.
Tableau 1: Nouvelles fibres optiques avec un diamètre de gaine standard et records mondiaux réalisés par NICT.
Dans la société « Au-delà de la 5G » (6G), un système cyberphysique soutenu par une infrastructure de communication de données à grande capacité est nécessaire pour que chacun puisse jouer un rôle actif, où qu’il soit. D’autre part, pour réduire l’impact environnemental, il est nécessaire de minimiser la consommation d’énergie associée aux communications de données. Compte tenu de ces exigences sociales, la fibre à 19 cœurs à couplage aléatoire étudiée dans cette étude est l’un des candidats les plus prometteurs pour la prochaine génération de support de transmission longue distance.