光纖工程師們在海底光纜上進行的一項實驗創造了數據傳輸效率的新紀錄。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數據。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，新的收發設備可以每秒將26.2Tb數據塞進MAREA上的相同帶寬。

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在16QAM（16-正交幅度調制）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，因為它創下了在有限的光纖帶寬中每秒塞進去的比特數最多的記錄。Infinera解決方案和技術總監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制方案實現的。這種調制方案稱為16QAM，作為正交幅度調制，它對4位代碼進行數字調制，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比特的速度傳輸數據。這種使用Infinera商用設備的高數據速率傳輸將光纜推到了接近香農噪聲極限的程度。

該會議上的演講者們指出，目前，跨洋光纜傳輸的來自數據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，即為了處理數據中心這個流量源，需要為數據中心光纜增加帶寬。但是大多數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數據。

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，光纖數量是受限的。

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奈奎斯特將傳統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領導的一個團隊將6個激光發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，在沒有攜帶數據的波長上散布放大器自發輻射噪聲，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。這產生了每赫茲每秒6.21比特的效率記錄。

Mertz認為最大的挑戰是接近香農極限。隨著接近香農極限，他說：“我們取得的每一個進步都變得越來越難。”為了進一步測試硬件，他們把8QAM信號傳輸到大西洋對岸，然后再傳回來。在13210公里的往返行程中以較長的波長發送信號，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域，因為大數據公司仍然對帶寬如饑似渴。Facebook預計，增強現實、虛擬現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表了一篇論文）說，將需要新技術來維持這種增長。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。為了規避香農極限，Facebook希望增加光纜中的光纖數量。這將需要重新設計光纜，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。