إنجاز هام في مجال النقل الضوئي: الألياف أحادية النمط تتجاوز سرعة 254.7 تيرابايت في الثانية
2026-01-15
شهد مجال الاتصالات الضوئية مؤخرًا طفرة تكنولوجية كبيرة:
“نقل فائق السرعة بمعدل 254.7 تيرابايت في الثانية عبر 200 كيلومتر من الألياف الضوئية أحادية النمط القياسية”
وقد سجل هذا المؤشر الخاص بنقل البيانات رقماً قياسياً عالمياً جديداً في مجال الاتصالات عبر الألياف الضوئية.
دعونا نلقي نظرة فاحصة على التفاصيل:
- شركاء البحث: شركة FiberHome، بالتعاون مع شركة China Mobile، والمختبر الوطني الرئيسي لتكنولوجيا وشبكات الاتصالات الضوئية، ومختبر Pengcheng، ومؤسسات أخرى.
- نقل فائق السرعة يبلغ 254.7 تيرابايت في الثانية عبر 200 كيلومتر من الألياف الضوئية أحادية النمط القياسية، استنادًا إلى تقنية معادلة الشبكات العصبية القائمة على التعلم النقلي.
- تغطي هذه التقنية نطاقًا طيفيًّا يبلغ 19.8 تيراهرتز وتحقق كفاءة طيفية تبلغ 12.86 بت/ثانية/هرتز، مما سيكون له تأثير عميق على التصميم المعماري، وسيناريوهات التطبيق، والنظام البيئي الصناعي للشبكات الضوئية المستقبلية.
لطالما سعت أنظمة الاتصالات الضوئية التقليدية إلى تحقيق التوازن ضمن المثلث المكون من “السعة - المسافة - الكفاءة”. غير أن هذا التوازن بدأ يتزعزع الآن بسبب الفيض الهائل من البيانات الناجم عن الذكاء الاصطناعي.
حقق نظام النقل البصري ثلاثة إنجازات تكنولوجية جوهرية
1. نقل البيانات بسعة فائقة: من خلال تقديم التعدد الكثيف بتقسيم الطول الموجي (DWDM) و الإرسال التعاوني متعدد النطاقات (S+C+L), ، ويغطي النظام نطاقًا طيفيًّا يبلغ 19.8 تيراهرتز، وهو ما يزيد عن أربعة أضعاف النطاق الطيفي للأنظمة التقليدية. ولضمان توحيد قوة الإشارة عبر جميع النطاقات، يدمج النظام تقنيات متطورة تقنية تسوية الطيف وـ نظام التضخيم الهجين, ، محققًا كفاءة طيفية تبلغ 12.86 بت/ثانية/هرتز.
2. طفرة في جودة البث: صُمم هذا النظام للحفاظ على جودة إشارة ممتازة حتى بعد إرسالها لمسافة 200 كيلومتر. ويحقق ذلك من خلال الجمع بين تقنيات متطورة تقنية تعدد الإرسال بالاستقطاب مع نظام تعديل من الدرجة العالية يعتمد على التشكيل الاحتمالي من أجل تحسين إنتروبيا الإشارة بدقة. بالإضافة إلى ذلك، فإنه يستخدم مزيجًا من التضخيم الهجين و تقنيات التضخيم بالرامان للتخفيف بشكل فعال من توهين الإشارة والتأثيرات غير الخطية، مما يضمن استقرار الإرسال.
3. النقل البصري + إنجاز رائد في مجال الذكاء الاصطناعي: استخدام خوارزميات الذكاء الاصطناعي، وتحديداً تقنية معادلة الشبكات العصبية القائمة على التعلم النقلي, ، مما أدى إلى زيادة إجمالي معدل نقل البيانات للنظام بمقدار 11.7%. وتواجه خوارزميات معالجة الإشارات الرقمية التقليدية عقبة تتعلق بالدقة عند تعويض حالات عدم الخطية المعقدة. ومع ذلك، تتيح الخوارزمية القائمة على الذكاء الاصطناعي لكل نطاق أن يكون له نموذج شبكة عصبية مخصص خاص به لمعادلة الإشارة، مما يعوض الأخطاء غير الخطية ويصححها مع تقليل استهلاك الطاقة في النظام بشكل كبير.
التكنولوجيا الرئيسية: الذكاء الاصطناعي + الاتصالات الضوئية
يتمثل جوهر هذا البحث في استخدام الشبكة العصبية (NN) لتصحيح الأخطاء في نظام نقل الألياف الضوئية. تعتمد أنظمة الألياف الضوئية التقليدية على النماذج الرياضية والدوائر الإلكترونية لتعويض التأثيرات غير الخطية، لكن كفاءتها ودقتها غالبًا ما تكون محدودة. وتتمكن خوارزمية الذكاء الاصطناعي هذه من تعزيز كفاءة النظام بشكل أكثر فعالية.
- تحسين الكفاءة: تتطلب الطرق التقليدية تدريب نماذج شبكات عصبية مستقلة للنطاقات S وC وL، وهو ما يستلزم كميات كبيرة من البيانات وفترات تدريب طويلة. ويستخدم هذا البحث استراتيجية “تدريب نموذج أساسي، ثم نقل المعلمات الرئيسية”. وهذا يسمح للشبكة العصبية بتطبيق ما تعلمته من تدريب النطاق C على النطاقين S و L، مما يقلل متطلبات البيانات بنسبة 70% ويقصر فترة التدريب بنسبة 50%. يحل هذا الإنجاز التحديات المتمثلة في “صعوبة جمع البيانات وبطء نشر النماذج” في مجال الاتصالات الضوئية، مما يسرع من اعتماد معادلات الشبكات العصبية في الشبكات الحية.
- التعميم المحسّن: بعد نقل معلمات النطاق C، حافظت نماذج النطاقين S وL على أداء مستقر حتى عند مواجهة خصائص أطوال موجية مختلفة، وتوزيعات طاقة متنوعة، وبيئات غير خطية. وشهد النطاق L، بعد إدخال معادل الشبكة العصبية، زيادة في معدل البيانات الصافي بلغت 12.3%، وهو ما يضاهي تحسن الأداء الذي تحقق في النطاق C.
سيؤدي هذا الإنجاز التكنولوجي المحلي إلى دفع الشبكات الضوئية نحو عصر P-bit. ومن المرجح أن يكون هذا أكثر من مجرد إنجاز تقني؛ فقد يؤثر أيضًا على الاتجاه المستقبلي ومستقبل تطور الشبكات. ومع التكامل العميق بين تكنولوجيا الذكاء الاصطناعي والاتصالات الضوئية، فإن التقدم المستمر في التوسع متعدد النطاقات، وتحسين الخوارزميات، وتكامل الأجهزة سيؤدي بالفعل إلى دخول عصر “ذكي، وعريض للغاية، وفائق السرعة” للبيانات التي تبلغ سعتها P-bit في الشبكات الضوئية.
