Ces dernières années, des fibres avancées ayant le même diamètre de gaine que les fibres optiques monomodes standard, mais capables de supporter des chemins de propagation multiples ont été conçues. L'Institut de recherche sur les réseaux de l'Institut national des technologies de l'information et des communications (NICT) a établi plusieurs records mondiaux en construisant divers systèmes de transmission à l'aide de nouvelles fibres optiques et ont réussi, en décembre 2020, la première démonstration de transmission de 1 pétabit par seconde dans une fibre de diamètre standard en utilisant une fibre optique à 15 modes.Ces fibres peuvent multiplier la capacité de transmission tout en restant compatibles avec les procédés de fabrication existants et sont apparues comme un candidat probable pour l'adoption commerciale à court terme de ces technologies de communication transformatrices. Cependant, ces fibres nécessitent un traitement complexe des signaux numériques MIMO (entrées multiples, sorties multiples) pour démêler les signaux qui sont mélangés pendant la transmission, et le déploiement pratique devrait nécessiter le développement à grande échelle de circuits intégrés dédiés.
Schéma du système de transmission nouvellement développé
- Onde lumineuse comprenant 801 longueurs d'onde différentes provenant d'une source lumineuse en peigne optique et d'étapes d'amplification et de traitement du spectre ;
- Une modulation à double polarisation - 256 QAM est appliquée à la lumière à longueurs d'onde multiples avec des retards de parcours pour les canaux voisins afin d'émuler des flux de données indépendant ;
- La séquence de signaux à longueurs d'onde multiples est partagée entre les cœurs du MCF à 4 cœurs avec des retards optiques à nouveau utilisés pour émuler des flux de données indépendants ;
- Transmission sur 51,7 km de MCF à 4 cœurs. Afin de compenser la perte de transmission du signal, l'amplification Raman se produit le long de la fibre avec une lumière de pompage injectée dans un nouveau combinateur de pompe en espace libre connecté à la fibre ;
- Le signal de chaque cœur est reçu, et les performances de transmission sont évaluées.
Notons que dans les transmissions multimodes dans lesquelles le temps d'arrivée d'un signal optique diffère selon le mode, le traitement MIMO est presque toujours nécessaire dans le traitement du récepteur. MIMO est une technique de traitement du signal utilisée pour éliminer les interférences par trajets multiples dans les communications sans fil et est utilisée pour éliminer les interférences entre différents signaux optiques se propageant dans la même fibre optique dans les communications optiques. La charge du traitement MIMO augmente en fonction de la différence de vitesse de propagation de chaque mode, et de la séparation des modes, ce qui signifie qu'il devient progressivement plus difficile à mesure que la distance de transmission augmente.
Le tout nouveau record établi par NICT est non seulement plus rapide que les tentatives précédentes, mais il transmet des données à l'aide d'un câble de fibre optique standard, ce qui signifie qu'il s'agit d'une technologie potentiellement disponible pour une utilisation immédiate et à grande échelle. Le pétabit (PiB) désigne l'unité de données, et 1 PiB équivaut à 1 000 000 de gigabits (GiB). Ce nouveau record pourrait ouvrir la voie à de nouvelles vitesses d'accès à l'internet à domicile, 100 000 fois plus rapides que celles des services les plus rapides actuellement disponibles sur le marché.
Avec cette puissance, 1 pétabit par seconde signifierait 10 millions de canaux de diffusion 8K par seconde, ce qui permettrait de couvrir en direct tous les coins du monde sans pratiquement aucun temps mort. NICT a construit le système de transmission à l'aide d'un MCF à 4 fils avec un diamètre de gaine standard de 0,125 mm, de la technologie WDM et de systèmes d'amplification optique mixtes. Le système a permis la transmission de 1,02 pétabit par seconde sur 51,7 km.
Bien avant, un débit de 610 térabits par seconde avait été atteint dans une fibre similaire, mais en utilisant uniquement une partie de la bande S. Dans cette expérience, en élargissant la largeur de bande de l'amplification Raman à la totalité de la bande S et en utilisant des amplificateurs à fibre dopée au thulium (TDFA) personnalisés pour la bande S et des amplificateurs à fibre dopée à l'erbium (EDFA) à bande L étendue, l’équipe a pu utiliser un spectre optique record de 20 THz avec un total de 801 canaux de longueur d'onde espacés de 25 GHz, chacun avec une modulation à double polarisation-256 QAM pour une densité spectrale élevée dans toutes les bandes de longueur d'onde.
Tableau comparatif des récentes démonstrations de transmission par fibre à 4 coeurs
La MCF à 4 fils avec un diamètre de gaine standard est intéressante pour l'adoption précoce des nouvelles fibres à multiplexage par répartition dans l'espace (SDM) dans les liaisons à haut débit et longue distance, car elle est compatible avec l'infrastructure de câble conventionnelle et devrait avoir une fiabilité mécanique comparable aux fibres monomodes standard.
Au-delà de la 5G, une augmentation explosive du trafic de données provenant des nouveaux services d'information et de communication est attendue et il est donc crucial de démontrer comment les nouvelles fibres peuvent répondre à cette demande. On espère que ce résultat contribuera à la réalisation de nouveaux systèmes de communication capables de prendre en charge de nouveaux services gourmands en bande passante.
Dans le système expérimental présenté ci-dessus, la capacité de transmission (débit de données) du système a été estimée en étudiant la séquence de données reçue et en supposant la présence du code de correction d'erreurs optimal. Une estimation a également été réalisée en appliquant directement le codage des erreurs sur les bits reçus. Avec l'utilisation de la correction d'erreurs idéale, le débit total de données pour tous les cœurs et toutes les longueurs d'onde (la somme des cercles rouges de la figure 6) a atteint 1 pétabit par seconde.
Les tracés colorés dans la zone pointillée bleue de la figure ci-dessous correspondent à chaque longueur d'onde de chaque cœur, et sont proches les uns des autres en raison de performances similaires dans tous les cœurs. Le débit de données le plus élevé d'un seul canal est d'environ 340 gigabits par seconde, et le total de tous les canaux de longueur d'onde est d'environ 250 térabits par seconde par cœur.
Résumé de la mesure du débit de données obtenu
Ce n'est pas la première fois que des chercheurs testent des vitesses de l'ordre du pétabit. Pendant les Jeux olympiques de Tokyo 2020, le géant technologique Intel a diffusé une couverture en direct de 19 jours de l'événement au Brésil, au Japon et sur les sites Intel aux États-Unis (sur invitation uniquement). Ravindra "Ravi" Vehal, stratège mondial en matière de technologie de contenu et responsable de la technologie 8K chez Intel, a déclaré : « Nous sommes bien au-delà de la preuve de concept. »
On considère que la capacité de la fibre monomode standard à cœur unique actuellement utilisée pour les systèmes de communication optique à courte et longue distance est limitée à environ 250-300 térabits par seconde. Afin de résoudre ce problème, la recherche a progressé sur les fibres à cœurs augmentés (chemins optiques) et les fibres multimodes à cœurs multiples. Une comparaison des démonstrations de transmission de données à haut débit utilisant de telles fibres est présentée à la figure 4 et les réalisations récentes des NTIC avec des fibres de diamètre standard sont présentées sur la figure ci-dessous :
Les fibres optiques ont une perte de transmission très faible par rapport aux câbles coaxiaux et autres câbles électriques, mais comme les données sont souvent transmises sur de longues distances, il est nécessaire de compenser périodiquement l'atténuation, généralement après plusieurs dizaines de kilomètres. Cette compensation est généralement effectuée dans un amplificateur optique qui peut amplifier simultanément plusieurs canaux de longueur d'onde (WDM).
Une méthode d'amplification pratique courante utilise des fibres dopées aux terres rares. En ajoutant une petite quantité d'ions de terres rares comme l'erbium (Er3+) et le thulium (Tm3+) au matériau de base d'une fibre optique, on peut obtenir une amplification en excitant ces ions avec des lasers de pompage de plus faible longueur d'onde, puis en amplifiant les photons du signal par émission stimulée.
Ces amplificateurs ont considérablement augmenté la portée de transmission des communications par fibre optique et ont permis l'amplification de plusieurs canaux de longueur d'onde simultanément. Pour les récents systèmes de transmission à large bande, d'autres schémas d'amplification, tels que l'amplification Raman et les amplificateurs optiques à semi-conducteurs, ont également été utilisés.
Le tout nouveau record établi par NICT est non seulement plus rapide que les tentatives précédentes, mais il transmet des données à l'aide d'un câble de fibre optique standard, ce qui signifie qu'il s'agit d'une technologie potentiellement disponible pour une utilisation immédiate et à grande échelle.
Source : NICT
Et vous ?
Que pensez-vous de ce nouveau record ? Ces fibres peuvent multiplier la capacité de transmission tout en restant compatibles avec les procédés de fabrication existants, selon le rapport. Quel commentaire en faites-vous ? Êtes-vous septique ou convaincu de ce que « cette avancée permettrait de couvrir en direct tous les coins du monde sans pratiquement aucun temps mort » ?Voir aussi :
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