🔬 optics

389.3-Tb/s 1017-km C-band Transmission over Field-Installed 12-Coupled-Core Fiber Cable with >12-Tb/s Spatial MIMO Channels

यह शोध पत्र 1,017 किमी के फील्ड-इंस्टॉल किए गए 12-कपल-कोर फाइबर पर 389.3-Tb/s का रिकॉर्ड-तोड़ ट्रांसमिशन प्रदर्शित करता है, जो 0.455-Pb/s कपल-कोर क्षमता और प्रति स्थानिक MIMO चैनल 12 Tb/s से अधिक प्राप्त करता है।

मूल लेखक: Akira Kawai, Kohki Shibahara, Megumi Hoshi, Masanori Nakamura, Takayuki Kobayashi, Ryota Imada, Takayoshi Mori, Taiji Sakamoto, Yusuke Yamada, Kazuhide Nakajima, Munehiko Nagatani, Hitoshi Wakita, Yut

प्रकाशित 2026-04-02

📖 5 मिनट में पढ़ें🧠 गहराई से पढ़ें

CC BY 4.0

मूल लेखक: Akira Kawai, Kohki Shibahara, Megumi Hoshi, Masanori Nakamura, Takayuki Kobayashi, Ryota Imada, Takayoshi Mori, Taiji Sakamoto, Yusuke Yamada, Kazuhide Nakajima, Munehiko Nagatani, Hitoshi Wakita, Yuta Shiratori, Hiroshi Yamazaki, Hiroyuki Takahashi, Soichi Endo, Takemi Hasegawa, Ryo Nagase, Yutaka Miyamoto

मूल पेपर CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) के तहत लाइसेंस किया गया है। ✨ नीचे दिए गए पेपर की यह व्याख्या AI से तैयार की गई है। इसे लेखकों ने न तो लिखा है, न इसका समर्थन किया है। तकनीकी सटीकता के लिए मूल पेपर देखें। पूरा डिस्क्लेमर पढ़ें

कल्पना कीजिए कि इंटरनेट एक विशाल राजमार्ग प्रणाली है। दशकों से, हम इस राजमार्ग पर अधिक लेन जोड़ने की कोशिश कर रहे हैं ताकि अधिक डेटा (कारें) ले जा सकें। आमतौर पर, हम बस मौजूदा लेन को चौड़ा या तेज़ करते हैं। लेकिन एक लेन कितनी चौड़ी हो सकती है, इसकी एक सीमा है इससे पहले कि वह अस्थिर हो जाए।

यह शोध पत्र एक ऐसी सफलता का वर्णन करता है जहाँ शोधकर्ताओं ने केवल लेन को चौड़ा नहीं किया; बल्कि उन्होंने एक एकल पाइप के भीतर 12-लेन वाला सुपर-हाइवे बनाया और सफलतापूर्वक एक वास्तविक दुनिया की ऊबड़-खाबड़ सड़क पर रिकॉर्ड तोड़ मात्रा में डेटा चलाया।

यहाँ उन्होंने जो किया है, उसका विवरण सरल उपमाओं (analogies) का उपयोग करके दिया गया है:

1. "12-लेन वाला टनल" (फाइबर केबल)

एक मानक फाइबर ऑप्टिक केबल को एक सिंगल-लेन टनल के रूप में सोचें। अधिक डेटा ले जाने के लिए, वैज्ञानिक एक मानक आकार के पाइप के भीतर कई टनल पैक करने की कोशिश कर रहे हैं। इसे स्पेस-डिवीजन मल्टीप्लेक्सिंग (SDM) कहा जाता है।

उपमा: कल्पना कीजिए कि एक साधारण स्ट्रॉ (straw) के अंदर वास्तव में 12 छोटी स्ट्रॉ हैं, जो आपस में जुड़ी हुई हैं।
ट्विस्ट: ये 12 स्ट्रॉ अलग-थलग नहीं हैं; वे "कपल" (coupled) हैं, जिसका अर्थ है कि एक स्ट्रॉ का प्रकाश अपने पड़ोसियों के प्रकाश से धीरे से बात कर सकता है। यह एक ऐसे हाईवे की तरह है जहाँ कारें ट्रैफिक जाम से बचने के लिए आसानी से लेन बदल सकती हैं। यह "कपलिंग" वास्तव में लंबी दूरी तक सिग्नल को स्थिर करने में मदद करती है।

2. "फील्ड टेस्ट" (असली सड़क)

अधिकांश पिछले रिकॉर्ड प्रयोगशाला में बनाए गए थे—एक पूरी तरह से चिकनी, जलवायु-नियंत्रित ट्रैक जहाँ कोई गड्ढे नहीं थे।

चुनौती: इस टीम ने अपने 12-लेन वाले सुपर-हाइवे को लिया और इसे वास्तविक दुनिया में बिछाया। उन्होंने उस केबल का उपयोग किया जो पहले से ही जमीन के नीचे दबी हुई थी और खंभों पर लटकी हुई थी (एरियल सेक्शन)।
बाधाएं: वास्तविक केबलों में "स्प्लाइसेस" (जहाँ दो केबल जुड़े होते हैं) और "कनेक्टर्स" (जहाँ केबल उपकरणों में प्लग होते हैं) होते हैं। ये हाईवे पर निर्माण क्षेत्रों या टोल बूथों की तरह हैं। आमतौर पर, इन जगहों पर डेटा खो जाता है या गड़बबड़ा जाता है।
परिणाम: उन्होंने 1,017 किलोमीटर (लगभग 630 मील) की दूरी पर 19 ऐसे "निर्माण क्षेत्रों" के माध्यम से सफलतापूर्वक डेटा भेजा।

3. "सुपर फास्ट कारें" (डेटा)

उन्होंने केवल कुछ कारें नहीं भेजीं; उन्होंने एक विशाल काफिला भेजा।

गति: उन्होंने 140 Gbaud की सिग्नल गति का उपयोग किया। इसे इंजन की बहुत तेज़ रफ़्तार मान लीजिए।
कार्गो: उन्होंने डेटा को एक जटिल प्रारूप (PS-QAM) का उपयोग करके पैक किया जो एक अत्यधिक कुशल कार्गो कंटेनर की तरह है, जो हर एक "कार" में अधिक जानकारी समाहित करता है।
मात्रा:
- कम दूरी (53.5 किमी) पर, उन्होंने 455 टेराबिट डेटा स्थानांतरित किया। यह ऐसी चीज़ है जैसे कुछ ही सेकंड में अब तक बनी हर फिल्म डाउनलोड करना।
- लंबी दूरी (1,017 किमी) पर, वे अभी भी 389 टेराबिट भेजने में सफल रहे।

4. "ट्रैफिक पुलिस" (MIMO प्रोसेसर)

चूंकि 12 लेन "कपल" (जुड़ी हुई) हैं, इसलिए डेटा यात्रा के दौरान आपस में मिल जाता है। अंत तक पहुँचते-पहुँचते, लेन 1 का सिग्नल लेन 2 के साथ थोड़ा मिल सकता है।

समाधान: उन्होंने एक 96x24 MIMO प्रोसेसर का उपयोग किया।
उपमा: एक अराजक पार्किंग लॉट की कल्पना करें जहाँ 12 कारें आती हैं, लेकिन उनके यात्रियों का सामान आपस में मिल गया है। एक बहुत ही स्मार्ट ट्रैफिक पुलिस (MIMO एल्गोरिदम) पूरे बिखराव को देखता है और तुरंत पहचान लेता है कि कौन सा सामान किस कार का है, और मूल संदेश को पूरी तरह से पुनर्गठित करता है। इस "डिजिटल जादू" ने उन्हें डेटा को खराब हुए बिना लेन को कसकर पैक रखने की अनुमति दी।

5. यह क्यों महत्वपूर्ण है

इससे पहले, हम जानते थे कि 12-लेन वाले फाइबर लैब में काम करते हैं, लेकिन हमें नहीं पता था कि क्या वे वास्तविक दुनिया के इंस्टॉलेशन, सभी उतार-चढ़ाव, जोड़ों और कनेक्टर्स के बीच जीवित रह पाएंगे।

निर्णय: उन्होंने साबित कर दिया कि यह काम करता है। "ट्रैफिक पुलिस" (कंप्यूटर प्रोसेसिंग) वास्तविक दुनिया के शोर को संभालने के लिए पर्याप्त स्थिर थी।
भविष्य: यह इंटरनेट की अगली पीढ़ी का मार्ग प्रशस्त करता है। हजारों नए केबल बिछाने के बजाय (जो महंगा और विघटनकारी है), हम मौजूदा बुनियादी ढांचे को अपग्रेड कर सकते हैं ताकि पेटाबिट-क्लास (1,000 टेराबिट) की गति ले जा सके।

संक्षेप में:
उन्होंने एक जटिल, 12-लेन वाले डेटा हाईवे को लिया, उसे 600 मील की ऊबड़-खाबड़, वास्तविक दुनिया की सड़क पर चलाया, और साबित किया कि सही "ट्रैफिक कंट्रोल" सॉफ्टवेयर के साथ, हम नए रास्ते बनाए बिना पहले से कहीं अधिक डेटा स्थानांतरित कर सकते हैं। यह अल्ट्रा-फास्ट ग्लोबल इंटरनेट के भविष्य की ओर एक बड़ी छलांग है।

यहाँ पेपर "389.3-Tb/s 1017-km C-band Transmission over Field-Installed 12-Coupled-Core Fiber Cable with >12-Tb/s Spatial MIMO Channels" का विस्तृत तकनीकी सारांश दिया गया है।

1. समस्या विवरण (Problem Statement)

डेटा ट्रैफिक की तीव्र वृद्धि के लिए अल्ट्रा-हाई क्षमता वाले ऑप्टिकल ट्रांसमिशन सिस्टम की आवश्यकता है। स्पेस-डिवीजन मल्टीप्लेक्सिंग (SDM), विशेष रूप से कपल्ड-कोर मल्टीकोर फाइबर (CC-MCF) का उपयोग करके, एक मानक क्लैडिंग व्यास के भीतर कई स्थानिक स्वतंत्रता (spatial degrees of freedom) का उपयोग करके क्षमता बढ़ाने का एक मार्ग प्रदान करता है। हालाँकि, दो महत्वपूर्ण चुनौतियों ने वास्तविक दुनिया के स्थलीय (terrestrial) नेटवर्क में CC-MCF की तैनाती को बाधित किया है:

फील्ड वैलिडेशन (Field Validation): पिछले उच्च-क्षमता प्रदर्शन मुख्य रूप से प्रयोगशाला सेटिंग्स तक सीमित थे। फील्ड-इंस्टॉल किए गए केबलों में उच्च-क्षमता ट्रांसमिशन की व्यवहार्यता के संबंध में वैलिडेशन की कमी थी, जिनमें कई कनेक्शन बिंदु (स्प्लिस और कनेक्टर) और परिवर्तनशील पर्यावरणीय स्थितियाँ शामिल होती हैं।
उच्च-गति सिग्नल प्रोसेसिंग (High-Speed Signal Processing): जबकि प्रयोगशाला प्रयोगों ने उच्च क्षमता प्राप्त की है, 100 Gbaud से अधिक के ब्रॉडबैंड सिग्नल्स का लंबी दूरी (>1000 किमी) तक पूर्ण रूप से स्थानिक रूप से कपल्ड मल्टी-इनपुट/मल्टी-आउटपुट (MIMO) ट्रांसमिशन प्रदर्शित करने की आवश्यकता थी।

2. कार्यप्रणाली और प्रयोगात्मक सेटअप (Methodology and Experimental Setup)

लेखकों ने एक फील्ड-इंस्टॉल किए गए 12-कपल्ड-कोर फाइबर (12CCF) केबल पर एक ट्रांसमिशन प्रयोग आयोजित किया।

फाइबर इंफ्रास्ट्रक्चर:
- केबल प्रकार: एक 12-कपल्ड-कोर फाइबर केबल जिसमें मानक क्लैडिंग व्यास है, जिसे वास्तविक वातावरण में स्थापित किया गया है।
- स्थापना: केबल में लगभग 0.2 किमी का एरियल (aerial) सेक्शन और लगभग 4.1 किमी का भूमिगत टनल सेक्शन शामिल था।
- ट्रांसमिशन लाइन: MCF स्प्लिसिंग और SC-मानक MCF कनेक्टर्स का उपयोग करके 11 फाइबर को आपस में जोड़कर एक 53.5 किमी का स्पैन बनाया गया। परीक्षण की गई कुल ट्रांसमिशन दूरी 19 स्पैन (1017 किमी) थी।
- फाइबर विशेषताएँ: फाइबर ने C-बैंड में <6 ps/km $^{1/2}$ का कम स्थानिक मोड डिस्पर्शन (SMD) प्रदर्शित किया और G.652.D बेंडिंग लॉस मानकों को पूरा किया।
ट्रांसमिटर और सिग्नल जनरेशन:
- मॉड्यूलेशन: 140-Gbaud प्रोबेबिलिस्टिकली शेप्ड (PS) QAM सिग्नल्स (विशेष रूप से PS-64QAM से व्युत्पन्न PS-36QAM) का उपयोग किया गया।
- हार्डवेयर: उच्च सिंबल रेट प्राप्त करने के लिए 4-चैनल 32 GHz CMOS DAC-आधारित आर्टिफीसियल वेवफॉर्म जनरेटर (AWG) और ब्रॉडबैंड InP-DHBT बैंडविड्थ डबलर्स का उपयोग किया गया।
- WDM: 4.65 THz बैंडविड्थ (150 GHz ग्रिड) में 31 वेवलेंथ चैनल्स का उपयोग किया गया।
- पावर: इनपुट पावर प्रति कोर 20.0 dBm (कुल 30.8 dBm) थी।
रिसर्कुलेटिंग लूप और रिसेप्शन:
- लूप कॉन्फ़िगरेशन: सिग्नल 12 समानांतर रिसर्कुलेटिंग लूप्स में प्रवेश करता है जो फैन-इन/फैन-आउट डिवाइस के माध्यम से ट्रांसमिशन लाइन से इंटरफेस्ड हैं।
- रिसेप्शन आर्किटेक्चर: एक SDM-TDM (स्पेस-डिवीजन मल्टीप्लेक्सिंग / टाइम-डिवीजन मल्टीप्लेक्सिंग) कॉन्फ़िगरेशन का उपयोग किया गया। एक एकल उच्च-गति कोहेरेंट रिसीवर (70 GHz) ने 12-कोर मल्टीप्लेक्स किए गए सिग्नल्स को प्रोसेस किया।
- डिजिटल सिग्नल प्रोसेसिंग (DSP):
  - ऑफलाइन प्रोसेसिंग में क्रोमैटिक डिस्पर्शन कंपनसेशन शामिल था।
  - MIMO इक्वलाइजेशन: स्थानिक कपलिंग को संभालने के लिए एक फ्रीक्वेंसी-डोमेन कॉम्प्लेक्स 96×24 MIMO एडेप्टिव इक्वलाइज़र (FFT साइज 2048) का उपयोग किया गया।
  - डिकोडिंग: मोड-डिपेंडेंट लॉस (MDL) को कम करने के लिए सभी स्थानिक चैनलों में FEC फ्रेमों का निर्माण करते हुए एडेप्टिव कोडिंग विद फॉरवर्ड एरर करेक्शन (FEC) लागू किया गया।

3. प्रमुख योगदान (Key Contributions)

प्रथम फील्ड प्रदर्शन: यह फील्ड-इंस्टॉल किए गए 12CCF केबल पर ट्रांसमिशन प्रयोगों का पहला रिपोर्ट है जिसमें कई स्प्लिसिंग और कनेक्टर बिंदु शामिल हैं।
फील्ड वातावरण में रिकॉर्ड क्षमता: एक स्थलीय फील्ड सेटिंग में 1017 किमी पर 389.3 Tb/s की नेट क्षमता और एक सिंगल स्पैन (53.5 किमी) पर 455.4 Tb/s की क्षमता हासिल की।
उच्च स्पेक्ट्रल एफिशिएंसी प्रति चैनल: प्रति वेवलेंथ 12 Tb/s से अधिक की नेट बिटरेट के साथ स्थानिक MIMO चैनल प्रदर्शित किए (19 स्पैन के ऊपर औसत 12.55 Tb/s)।
स्थिरता का सत्यापन: यह सिद्ध किया कि जटिल कनेक्शन बिंदुओं के बावजूद, समय और आवृत्ति के साथ प्रमुख ट्रांसमिशन पैरामीटर (मेमोरी लेंथ और MDL) स्थिर रहते हैं।

4. प्रयोगात्मक परिणाम (Experimental Results)

क्षमता मेट्रिक्स:
- सिंगल स्पैन (53.5 किमी): 455.4 Tb/s की नेट बिटरेट (अचीवेबल: 465.8 Tb/s)। औसत प्रति-वेवलेंथ बिटरेट: 14.69 Tb/s।
- मल्टी-स्पैन (1017 किमी, 19 स्पैन): 389.3 Tb/s की नेट बिटरेट (अचीवेबल: 409.0 Tb/s)। औसत प्रति-वेवलेंथ बिटरेट: 12.55 Tb/s।
- कपल्ड-कोर क्षमता: फील्ड वातावरण में रिकॉर्ड 0.455 Pb/s कपल्ड-कोर क्षमता हासिल की।
ट्रांसमिशन विशेषताएँ:
- मेमोरी लेंथ ( $\tau_m$ ): 1017 किमी पर भी इम्पल्स रिस्पॉन्स विड्थ 2.1 ns तक सीमित थी, जो स्ट्रॉन्गली कपल्ड कोर्स के लिए सैद्धांतिक मॉडल ( $\tau_m \propto \sqrt{L}$ ) के अनुरूप है।
- मोड-डिपेंडेंट लॉस (MDL): रूट-मीन-स्क्वायर MDL ( $\sigma_{rms}$ ) को 0.35 dB प्रति स्पैन अनुमानित किया गया।
- स्थिरता: 428 किमी पर 1-घंटे के माप ने उच्च स्थिरता दिखाई, जहाँ $\tau_m$ औसतन 1.34 ns और $\sigma_{rms}$ औसतन 1.98 dB था, जिसमें बहुत कम स्टैंडर्ड डेविएशन था। यह टेम्पोरल फ्लक्चुएशन के विरुद्ध सिस्टम की मजबूती की पुष्टि करता है।
यूनिफॉर्मिटी (Uniformity): प्रदर्शन पूरे C-बैंड (191.5–196.5 THz) में समान था, जहाँ $\tau_m$ और $\sigma_{rms}$ के लिए स्टैंडर्ड डेविएशन क्रमशः 0.07 ns और 0.12 dB थे।

5. महत्व (Significance)

यह कार्य SDM तकनीक के व्यावसायीकरण में एक प्रमुख मील का पत्थर है। मानक क्लैडिंग वाले फील्ड-इंस्टॉल किए गए केबल पर सब-पेटाबिट क्लास टोटल क्षमता और 10 Tb/s-क्लास चैनल क्षमता को सफलतापूर्वक प्रदर्शित करके, लेखकों ने भविष्य के उच्च-क्षमता वाले स्थलीय नेटवर्क में CC-MCF को तैनात करने की व्यवहार्यता को मान्य किया है। परिणाम पुष्टि करते हैं कि फाइबर नॉन-लिनियरिटी, स्थानिक-मोड डिस्पर्शन और कनेक्शन-प्रेरित बाधाओं जैसी चुनौतियों को उन्नत MIMO DSP और हाई-स्पीड हार्डवेयर का उपयोग करके प्रभावी ढंग से प्रबंधित किया जा सकता है, जो अगली पीढ़ी के ऑप्टिकल इंफ्रास्ट्रक्चर के लिए मार्ग प्रशस्त करता है।