光纖工程師們在海底光纜上進行的一項實驗創(chuàng)造了數(shù)據(jù)傳輸效率的新紀錄。位于弗吉尼亞州的維吉尼亞海灘和西班牙的比爾博亞之間的MAREA光纜長達6605公里，其八對光纖中的每一對每秒可傳輸20Tb數(shù)據(jù)。在3月3日至7日在圣地亞哥舉行的光纖通信會議（Optical Fiber Communications Conference）上，來自Infinera和Facebook的工程師們報告說，新的收發(fā)設(shè)備可以每秒將26.2Tb數(shù)據(jù)塞進MAREA上的相同帶寬。

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在16QAM（16-正交幅度調(diào)制）信號中，信號的四個獨立方面對于每個信號間隔可以有不同的二進制值。這給出了信號16個可能的值（從0000和0001到1110和1111）。這使得它在每個調(diào)制間隔可每秒傳輸多個比特。實際傳輸速率受噪聲限制。

這并不是一個很大的增長，但它很重要，因為它創(chuàng)下了在有限的光纖帶寬中每秒塞進去的比特數(shù)最多的記錄。Infinera解決方案和技術(shù)總監(jiān)Geoff Bennett表示，這是通過一種此前從未在跨大西洋光纜上展示過的調(diào)制方案實現(xiàn)的。這種調(diào)制方案稱為16QAM，作為正交幅度調(diào)制，它對4位代碼進行數(shù)字調(diào)制，因此每個間隔可以有16個值中的一個，如圖所示。這使得工程師們能夠以每赫茲帶寬每秒6.21比特的速度傳輸數(shù)據(jù)。這種使用Infinera商用設(shè)備的高數(shù)據(jù)速率傳輸將光纜推到了接近香農(nóng)噪聲極限的程度。

該會議上的演講者們指出，目前，跨洋光纜傳輸?shù)膩碜詳?shù)據(jù)中心的流量超過了來自其他用戶的流量。該會議展示了一個主要的焦點，即為了處理數(shù)據(jù)中心這個流量源，需要為數(shù)據(jù)中心光纜增加帶寬。但是大多數(shù)海底光纜并不是通過提高帶寬效率，而是通過增加更多的傳輸波段來產(chǎn)生更多的傳輸容量。香港至洛杉磯之間長達12800公里的太平洋光纜就是這樣做的，明年其每對光纖的最大容量將超過MAREA。太平洋光纜的設(shè)計者Subcom說，通過增加一個傳輸波段，將光纜的帶寬增加一倍，使其六對光纖中每對每秒可傳輸24Tb數(shù)據(jù)。

但Infinera的方法，即提高帶寬效率，可能是提高海底光纜傳輸容量的未來之路，因為海底光纜跨越的距離將更長，構(gòu)建成本更高，而且由于需要將電線穿過光纜連接到電力中繼器，光纖數(shù)量是受限的。

插圖來源：Infinera

奈奎斯特將傳統(tǒng)載波的邊帶進行整形，并將它們攜帶的信息壓縮到更窄的子載波頻帶中。

為了通過MAREA傳輸16QAM，由Facebook的Stephen Grubb和Infinera的Pierre Mertz領(lǐng)導的一個團隊將6個激光發(fā)射器的信號匯集在一起傳入一個212.5 GHz波段的超級信道（每秒可傳輸618.75Gb，包括糾錯編碼）。每個激光波長包括四個子載波。他們在尚未投入使用的光纖上進行了測試，在沒有攜帶數(shù)據(jù)的波長上散布放大器自發(fā)輻射噪聲，以模擬這些波長上的信號效果。然后他們逐步跟蹤波長通道來驗證無差錯操作。這產(chǎn)生了每赫茲每秒6.21比特的效率記錄。

Mertz認為最大的挑戰(zhàn)是接近香農(nóng)極限。隨著接近香農(nóng)極限，他說：“我們?nèi)〉玫拿恳粋€進步都變得越來越難。”為了進一步測試硬件，他們把8QAM信號傳輸?shù)酱笪餮髮Π叮缓笤賯骰貋怼Ｔ?3210公里的往返行程中以較長的波長發(fā)送信號，將每根光纖的容量降低到每秒18.6Gb，并將效率降低到每赫茲每秒4.46比特。

Infinera的Bennett將該團隊的成功歸功于兩個因素。一個是Infinera使用集成光子電路，所有六個激光器都在同一個基板上，而不是在單獨的芯片上。這使得更容易將激光波長鎖在一起以提高性能。在每個獨立芯片的溫度獨立漂移的設(shè)置中，這樣做可能很困難。另一個因素是奈奎斯特對子載波頻帶進行整形，以減少為信號定時提取時鐘所需的帶寬。

這是一個重要的研究領(lǐng)域，因為大數(shù)據(jù)公司仍然對帶寬如饑似渴。Facebook預計，增強現(xiàn)實、虛擬現(xiàn)實和人工智能將呈強勁增長勢頭。Facebook的Herve Fevrier（他和五位同事在會議上發(fā)表了一篇論文）說，將需要新技術(shù)來維持這種增長。這意味著更大的光纜容量、更大的光纜柔韌性和更低的每比特成本。為了規(guī)避香農(nóng)極限，F(xiàn)acebook希望增加光纜中的光纖數(shù)量。這將需要重新設(shè)計光纜，以便能夠為沿其路線的中繼器提供更多電力，以及使光纜可以容納下16到25對光纖。此外，他們預計需要更多的纖心來進一步擴大傳輸容量。