光纤工程师们在海底光缆上进行的一项实验创造了数据传输效率的新纪录

光纤工程师们在海底光缆上进行的一项实验创造了数据传输效率的新纪录。位于弗吉尼亚州的维吉尼亚海滩和西班牙的比尔博亚之间的MAREA光缆长达6605公里，其八对光纤中的每一对每秒可传输20Tb数据。在 3月3日至7日在圣地亚哥举行的光纤通信会议（Optical Fiber Communications Conference）上，来自Infinera 和Facebook 的工程师们报告说，新的收发设备可以每秒将26.2Tb数据塞进MAREA上的相同带宽。

插图来源：Splash/维基百科

在16QAM（16-正交幅度调制）信号中，信号的四个独立方面对于每个信号间隔可以有不同的二进制值。这给出了信号16个可能的值（从0000和0001到1110和1111）。这使得它在每个调制间隔可每秒传输多个比特。实际传输速率受噪声限制。

这并不是一个很大的增长，但它很重要，因为它创下了在有限的光纤带宽中每秒塞进去的比特数最多的记录。Infinera解决方案和技术总监Geoff Bennett表示，这是通过一种此前从未在跨大西洋光缆上展示过的调制方案实现的。这种调制方案称为16QAM，作为正交幅度调制，它对4位代码进行数字调制，因此每个间隔可以有16个值中的一个，如图所示。这使得工程师们能够以每赫兹带宽每秒6.21比特的速度传输数据。这种使用Infinera商用设备的高数据速率传输将光缆推到了接近香农噪声极限的程度。

该会议上的演讲者们指出，目前，跨洋光缆传输的来自数据中心的流量超过了来自其他用户的流量。该会议展示了一个主要的焦点，即为了处理数据中心这个流量源，需要为数据中心光缆增加带宽。但是大多数海底光缆并不是通过提高带宽效率，而是通过增加更多的传输波段来产生更多的传输容量。香港至洛杉矶之间长达12800公里的太平洋光缆就是这样做的，明年其每对光纤的最大容量将超过MAREA。太平洋光缆的设计者Subcom说，通过增加一个传输波段，将光缆的带宽增加一倍，使其六对光纤中每对每秒可传输24Tb数据。

但Infinera的方法，即提高带宽效率，可能是提高海底光缆传输容量的未来之路，因为海底光缆跨越的距离将更长，构建成本更高，而且由于需要将电线穿过光缆连接到电力中继器，光纤数量是受限的。

插图来源：Infinera

奈奎斯特将传统载波的边带进行整形，并将它们携带的信息压缩到更窄的子载波频带中。

为了通过MAREA传输16QAM，由Facebook的Stephen Grubb和Infinera的Pierre Mertz领导的一个团队将6个激光发射器的信号汇集在一起传入一个212.5 GHz波段的超级信道（每秒可传输618.75Gb，包括纠错编码）。每个激光波长包括四个子载波。他们在尚未投入使用的光纤上进行了测试，在没有携带数据的波长上散布放大器自发辐射噪声，以模拟这些波长上的信号效果。然后他们逐步跟踪波长通道来验证无差错操作。这产生了每赫兹每秒6.21比特的效率记录。

Mertz认为最大的挑战是接近香农极限。随着接近香农极限，他说：“我们取得的每一个进步都变得越来越难。”为了进一步测试硬件，他们把8QAM信号传输到大西洋对岸，然后再传回来。在13210公里的往返行程中以较长的波长发送信号，将每根光纤的容量降低到每秒18.6Gb，并将效率降低到每赫兹每秒4.46比特。

Infinera的Bennett将该团队的成功归功于两个因素。一个是Infinera使用集成光子电路，所有六个激光器都在同一个基板上，而不是在单独的芯片上。这使得更容易将激光波长锁在一起以提高性能。在每个独立芯片的温度独立漂移的设置中，这样做可能很困难。另一个因素是奈奎斯特对子载波频带进行整形，以减少为信号定时提取时钟所需的带宽。 

这是一个重要的研究领域，因为大数据公司仍然对带宽如饥似渴。Facebook预计，增强现实、虚拟现实和人工智能将呈强劲增长势头。Facebook的Herve Fevrier（他和五位同事在会议上发表了一篇论文）说，将需要新技术来维持这种增长。这意味着更大的光缆容量、更大的光缆柔韧性和更低的每比特成本。为了规避香农极限，Facebook希望增加光缆中的光纤数量。这将需要重新设计光缆，以便能够为沿其路线的中继器提供更多电力，以及使光缆可以容纳下16到25对光纤。此外，他们预计需要更多的纤心来进一步扩大传输容量。