МТУСИ: Технология пространственного уплотнения каналов

Основные статьи:

• Оптоволоконная связь
• Оптоволоконный кабель

2022

Применение многосердцевидного волокна в квантовой связи

Сотрудники МТУСИ нашли применение многосердцевидному волокну в квантовой связи. Об этом МТУСИ сообщил 13 июля 2022 года.

Тенденции к увеличению скорости и объема информации, передаваемых в волоконно-оптических линиях связи (ВОЛС), привели к необходимости использования технологий частотного и пространственного уплотнения каналов. Технология пространственного уплотнения каналов предполагает использование специального оптического волокна, имеющего несколько сердцевин. Рынок IIoT в РФ: рост или тупик?

Кроме увеличения скорости и потока информации, передаваемой в ВОЛС, важным качеством является их безопасность. На июль 2022 года гарантированная защита передаваемых данных от угрозы взлома с применением квантового компьютера может обеспечиваться применением технологии квантового распределения ключа (КРК). Известно, что для реализации технологии КРК необходимо два канала связи: один открытый, а другой квантовый, поэтому технология пространственного уплотнения каналов позволит удешевить и упростить организацию квантовых систем связи, в том числе и построение квантовых сетей. Поэтому НИО «Квантовый центр» МТУСИ совместно с учеными из НЦВО РАН, которые непосредственно занимались разработкой технологии изготовления многосердцевидных волокон для отечественной промышленности, начали цикл исследований особенностей применения отечественных многоседцевидных волокон при реализации многоканальных квантовых систем связи.

Сотрудниками МТУСИ через многосердцевидное волокно, изготовленное специалистами из ИОФ РАН, было впервые одновременно реализовано несколько каналов квантовой связи. В частности, через один канал осуществлялась работа квантовой сети МТУСИ — МИСиС, а внутри Квантового центра МТУСИ еще две пары квантовых блоков связи были подключены через этот же отрезок многосердцевидного волокна.

Технология многосердцевинных оптических волокон может быть использована для существенного увеличения пропускной способности систем КРК, либо разрешив параллельную передачу независимых ключей между разными конечными пользователями, использующими одну и ту же среду передачи (актуально в сетях доступа), или путем передачи одного ключа по всем сердцевинам волокна между двумя конечными пользователями (функция, желательная в магистральных сетях), — пояснил Юрий Миронов, декан факультета «Сети и системы связи» МТУСИ.

Незадействованные каналы многосердцевидного волокна использовались для ввода внешнего лазерного излучения, чтобы исследовать его влияние на характеристики квантовой связи. Эксперименты сотрудников МТУСИ и ИОФ РАН показали возможность одновременной стабильной работы трех квантовых каналов связи, что подтверждает высокие перспективы совместного использования технологий пространственного уплотнения каналов и квантового распределения ключей.

С использованием новых волокон были достигнуты рекордные скорости передачи информации, порядка нескольких петабитов в секунду. Кроме того, за счет того, что технология пространственного уплотнения позволяет снизить число волоконно-оптических кабелей, она является перспективной для экономии места укладки кабелей в сетях доступа, упрощения структуры трактов передачи информации, уменьшения количества кабелей в центрах хранения и обработки данных, — отметила Ольга Егорова, специалист ИОФ РАН.

Представление собственного подхода к созданию многоканальных линий оптоволоконной связи

Собственный подход к созданию многоканальных линий оптоволоконной связи разработали специалисты МТУСИ, о чем стало известно 29 июня 2022 года. Ожидается, что методика позволит снизить стоимость услуг связи и обеспечит пропускную способность кабеля на пару волокон от 100 Терабит в секунду до 10 Петабит в секунду.

Принцип оптоволоконной связи состоит в передаче светового сигнала через замкнутую нитевидную среду из кварца или другого прозрачного материала, которую называют сердцевиной. Свет удерживается внутри такого волокна за счет отражающей оболочки, объяснили ученые. По словам специалистов, крайне актуальными становятся системы, объединяющие несколько сердцевин в одной оболочке – многоканальные оптические волокна (МКОВ).

Ученым Московского технического университета связи и информатики (МТУСИ) удалось, по их словам, оптимизировать подход к разработке многоканальных волокон, что позволит создавать кабели с повышенной пропускной способностью для любых сфер применения. Ключевые достоинства МКОВ – большая скорость передачи данных, низкая цена бита и высокая компактность кабеля.

«Мы усовершенствовали концептуальный и математический инструментарий современной оптоволоконной связи, благодаря чему можно добиться наилучших свойств кабеля. Мы изучили взаимосвязь числа сердцевин и интервала между ними, а также других оптических и физических параметров волокна», – сообщила заведующая кафедрой Многоканальных телекоммуникационных систем МТУСИ Надежда Шишова.

Ученые подчеркнули, что представленный подход впервые позволит изготавливать наилучшие варианты волокон самого разного назначения, руководствуясь не перебором параметров.

«Наш метод дает возможность проектировать осознанно, что называется «из первых принципов», конструкцию кабелей с МКОВ для дата-центров и линий широкополосного доступа, для линий связи в транспортных сетях, в системах радиосвязи 5G, а также в подводных оптических линиях с высокой пропускной способностью», – объяснила Надежда Шишова.

В качестве примера применения новой стратегии ученые МТУСИ рассчитали модель оптимизации для МКОВ с двумя, четырьмя и семью сердцевинами. В дальнейшем научный коллектив планирует уточнить предложенный подход для практического применения в различных областях.^[1]

Примечания