Современные оптоволоконные магистрали обеспечивают передачу данных с вероятностью ошибки на уровне 10^-10, что соответствует одному ошибочному биту на 1 Гб информации. В отрасли наблюдается закономерность, аналогичная закону Мура: скорость передачи данных по оптоволокну утраивается каждые 4 года.
Для повышения скорости передачи данных инженеры используют три основных подхода: увеличение количества бит на один символ, рост числа символов, передаваемых в секунду, и параллельное использование нескольких независимых каналов. Эти методы ограничены физическими характеристиками среды и теоретическими пределами связи.
Теория Клода Шеннона определяет информацию как меру уменьшения неопределенности. Энтропия задает нижнюю границу среднего количества бинарных вопросов, необходимых для идентификации символа. Этот математический аппарат определяет теоретический предел сжатия данных без потерь, при котором случайные последовательности не поддаются сжатию.
В реальных каналах связи присутствуют помехи, искажающие сигнал. Пропускная способность канала вычисляется как максимум взаимной информации — разности между начальной неопределенностью и остаточной неопределенностью после приема сообщения. Этот расчет учитывает вероятность искажения данных при передаче.
Пример бинарного симметричного канала показывает, что при нулевой вероятности ошибки канал передает 1 бит информации на символ. Если вероятность ошибки составляет 11%, взаимная информация снижается до 0,5 бита на символ. Для эффективности передачи критически важна предсказуемость ошибок, а не сам факт их наличия.
