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SDM-單模光纖容量突破的方向
圖1 SDM是單纖容量突破的方向
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SDM光纖分類及特點
圖2 SDM光纖的分類
MCF于1979年首次研制成功。按芯間串擾強度不同，MCF可分為弱耦合與強耦合兩種類型。強耦合MCF芯間距小，芯間串擾強，易實現遠距離傳輸，但接收端需引入大規模MIMO補償串擾，成本與系統復雜度高；弱耦合MCF芯間串擾小，無需功耗成本高昂的MIMO，是當前研究和應用的重點，適用于數據中心、城域網等中短距場景，其中7芯光纖的研究與試驗應用較為成熟。
圖3 MCF分類
FMF通過設計光纖芯區和包層折射率，提高歸一化截止頻率，控制纖芯中LP模式數量，能夠降低或消除遠距離傳輸時多個模式對于MIMO的需求。根據是否需要大規模MIMO，FMF可分為強耦合和弱耦合兩種類型。弱耦合FMF通常采用階躍折射率分布設計，降低模間串擾，實現對各LP模式獨立探測接收，無需MIMO補償，成本較低，適用于移動前傳、回傳與城域匯聚和接入等中短距場景；強耦合FMF通常采用“漸變折射率分布+溝槽”設計，所有LP模式同時檢測接收，依靠MIMO補償模間串擾，成本較高，可用于城際/省際骨干網長距離傳輸。
圖4 FMF典型折射率設計
FM-MCF結合多芯與少模技術，一方面纖芯數與模式數相乘，能夠實現Pbit/s量級的單纖傳輸容量以及數百bit/(s×Hz)的高頻譜效率，為光纖傳輸容量增長提供巨大空間；另一方面取長補短，以多芯復用降低高階模式復用的芯間串擾和折射率設計困難，以模式復用減輕高密度纖芯設計與制造的苛刻要求。
圖5 SDM光纖容量對比
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典型SDM光纖應用場景對比
SDM光纖 | 遠距離-骨干網 | 中距離-城域網 | 短距離-數據中心 |
MCF | 頻譜效率高 | 頻譜效率高 | 頻譜效率高 |
串擾嚴重 | 串擾中等 | 串擾較低 | |
集成度低 | 集成度中等 | 集成度高 | |
FMF | 頻譜效率中等 | 頻譜效率中等 | 頻譜效率中等 |
串擾、DMD、模間色散高 | 串擾、DMD、模間色散中等 | 串擾、DMD、模間色散低 | |
MIMO負擔重 | MIMO負擔輕 | 無需MIMO | |
FM-MCF | 頻譜效率高 | 頻譜效率高 | 頻譜效率高 |
串擾、DMD、模間色散中等 | 串擾、DMD、模間色散中等 | 串擾、DMD、模間色散低 | |
MIMO負擔輕 | MIMO負擔輕 | 無需MIMO |
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