Avanço significativo na transmissão ótica: A fibra monomodo ultrapassa os 254,7 Tb/s

Recentemente, houve um grande avanço tecnológico nas comunicações ópticas:

“Transmissão de ultra-alta velocidade de 254,7 Tb/s ao longo de 200 km de fibra ótica monomodo padrão”

Esta métrica de transmissão estabeleceu um novo recorde mundial para a comunicação por fibra ótica.

Vejamos os pormenores mais detalhadamente:

• Parceiros de investigação: FiberHome, em colaboração com a China Mobile, o National Key Laboratory of Optical Communication Technology and Networks, o Laboratório Pengcheng e outras instituições.
• Transmissão de ultra-alta velocidade de 254,7 Tb/s ao longo de 200 km de fibra ótica monomodo padrão, com base na tecnologia de equalização de rede neural de aprendizagem por transferência.
• Esta tecnologia cobre uma largura de banda espetral de 19,8 THz e atinge uma eficiência espetral de 12,86 b/s/Hz, o que terá um impacto profundo na conceção da arquitetura, nos cenários de aplicação e no ecossistema industrial das futuras redes ópticas.

Os sistemas de comunicação ótica tradicionais sempre procuraram um equilíbrio dentro do triângulo “capacidade-distância-eficiência”. No entanto, este equilíbrio está agora a ser quebrado pelo dilúvio de dados impulsionado pela IA.

O sistema de transmissão ótica alcançou três avanços tecnológicos fundamentais

1. Transmissão de capacidade ultra-alta: Ao apresentar multiplexagem densa por divisão de comprimento de onda (DWDM) e transmissão colaborativa multibanda (S+C+L), O sistema cobre uma largura de banda espetral de 19,8 THz, o que é mais de quatro vezes superior à dos sistemas tradicionais. Para garantir uma potência de sinal uniforme em todas as bandas, o sistema integra tecnologia de achatamento espetral e um esquema de amplificação híbrido, atingindo uma eficiência espetral de 12,86 b/s/Hz.

2. Avanço na qualidade da transmissão: O sistema foi concebido para manter uma excelente qualidade de sinal mesmo após 200 km de transmissão. Consegue-o através da combinação de tecnologia avançada tecnologia de multiplexagem de polarização com um esquema de modulação de ordem elevada com modelação probabilística para otimizar com precisão a entropia do sinal. Além disso, utiliza uma combinação de amplificação híbrida e Tecnologias de amplificação Raman para atenuar eficazmente a atenuação do sinal e os efeitos não lineares, assegurando a estabilidade da transmissão.

3. Transmissão ótica + avanço da IA: A utilização de algoritmos de IA, nomeadamente tecnologia de equalização de redes neurais de aprendizagem por transferência, O sistema de processamento de sinais digitais, com o seu sistema de processamento de sinais, aumentou o rendimento total do sistema em 11,7%. Os algoritmos tradicionais de processamento de sinais digitais enfrentam um gargalo de precisão ao compensar não linearidades complexas. No entanto, o algoritmo baseado em IA permite que cada banda tenha o seu próprio modelo NN dedicado para a equalização do sinal, compensando e corrigindo erros não lineares e reduzindo significativamente o consumo de energia do sistema.

Tecnologia-chave: IA + comunicações ópticas

O cerne desta investigação é a utilização de um rede neural (NN) para corrigir erros no sistema de transmissão por fibra ótica. Os sistemas tradicionais de fibra ótica baseiam-se em modelos matemáticos e circuitos de hardware para compensar os efeitos não lineares, mas a sua eficiência e precisão são frequentemente limitadas. Este algoritmo de IA é capaz de aumentar a eficiência do sistema de forma mais eficaz.

• Melhoria da eficiência: Os métodos tradicionais requerem o treino de modelos NN independentes para as bandas S, C e L, o que exige grandes quantidades de dados e longos períodos de treino. Esta investigação utiliza uma estratégia de “treinar um modelo de base e depois transferir parâmetros-chave”. Isso permite que a rede neural aplique o que aprendeu no treinamento da banda C para as bandas S e L, reduzindo os requisitos de dados em 70% e encurtando o período de treinamento em 50%. Este avanço resolve os problemas de “difícil recolha de dados e lenta implementação de modelos” nas comunicações ópticas, acelerando a adoção de equalizadores NN em redes activas.
• Generalização melhorada: Após a transferência dos parâmetros da banda C, os modelos das bandas S e L mantêm um desempenho estável, mesmo quando confrontados com diferentes caraterísticas de comprimento de onda, distribuições de potência e ambientes não lineares. A banda L, após a introdução do equalizador NN, registou um aumento de 12,3% na taxa líquida de dados, o que é comparável ao aumento de desempenho na banda C.

Este avanço tecnológico nacional conduzirá as redes ópticas para o Era dos bits P. Trata-se provavelmente de mais do que uma mera conquista técnica; poderá também influenciar a futura direção e o panorama do desenvolvimento da rede. Com a profunda integração da tecnologia de IA e das comunicações ópticas, os avanços contínuos na expansão multibanda, na otimização de algoritmos e na integração de hardware darão verdadeiramente início a uma era P-bit “inteligente, ultra-ampla e de ultra-alta velocidade” para as redes ópticas.