Avanço significativo na transmissão óptica: fibra monomodo ultrapassa 254,7 Tb/s

Recentemente, houve um grande avanço tecnológico no campo das comunicações ópticas:

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

Essa métrica de transmissão estabeleceu um novo recorde mundial para a comunicação por fibra óptica.

Vamos examinar os detalhes mais de perto:

• Parceiros de pesquisa: FiberHome, em colaboração com a China Mobile, o Laboratório Nacional Chave de Tecnologia e Redes de Comunicação Óptica, o Laboratório Pengcheng e outras instituições.
• Transmissão em velocidade ultra-alta de 254,7 Tb/s ao longo de 200 km de fibra óptica monomodo padrão, com base na tecnologia de equalização por redes neurais com aprendizado por transferência.
• Essa tecnologia abrange uma largura de banda espectral de 19,8 THz e atinge uma eficiência espectral de 12,86 b/s/Hz, o que terá um impacto profundo no projeto arquitetônico, nos cenários de aplicação e no ecossistema do setor das futuras redes ópticas.

Os sistemas tradicionais de comunicação óptica sempre buscaram um equilíbrio dentro do triângulo “capacidade-distância-eficiência”. No entanto, esse equilíbrio está sendo rompido pela avalanche de dados impulsionada pela IA.

O sistema de transmissão óptica alcançou três avanços tecnológicos fundamentais

1. Transmissão de capacidade ultra-alta: Ao introduzir multiplexação por divisão de comprimento de onda densa (DWDM) e transmissão colaborativa multibanda (S+C+L), o sistema abrange uma largura de banda espectral de 19,8 THz, o que representa mais de quatro vezes a dos sistemas tradicionais. Para garantir uma potência de sinal uniforme em todas as bandas, o sistema integra tecnologia avançada tecnologia de nivelamento espectral e um esquema de amplificação híbrida, alcançando uma eficiência espectral de 12,86 b/s/Hz.

2. Avanço na qualidade da transmissão: O sistema foi projetado para manter uma excelente qualidade de sinal mesmo após 200 km de transmissão. Isso é possível graças à combinação de tecnologias avançadas tecnologia de multiplexação por polarização com um esquema de modulação de alta ordem com modelagem probabilística para otimizar com precisão a entropia do sinal. Além disso, utiliza uma combinação de amplificação híbrida e Tecnologias de amplificação Raman para mitigar de forma eficaz a atenuação do sinal e os efeitos não lineares, garantindo a estabilidade da transmissão.

3. Transmissão óptica + Avanço em IA: O uso de algoritmos de IA, especificamente tecnologia de equalização de redes neurais com aprendizado por transferência, aumentou a taxa de transferência total do sistema em 11,71 TP3T. Os algoritmos tradicionais de processamento de sinal digital enfrentam um gargalo de precisão ao compensar não linearidades complexas. No entanto, o algoritmo baseado em IA permite que cada banda tenha seu próprio modelo de rede neural dedicado para a equalização do sinal, compensando e corrigindo erros não lineares ao mesmo tempo em que reduz significativamente o consumo de energia do sistema.

Tecnologia-chave: IA + Comunicações ópticas

O ponto central desta pesquisa é o uso de um rede neural (NN) para corrigir erros no sistema de transmissão por fibra óptica. Os sistemas tradicionais de fibra óptica dependem de modelos matemáticos e circuitos de hardware para compensar os efeitos não lineares, mas sua eficiência e precisão costumam ser limitadas. Esse algoritmo de IA é capaz de aumentar a eficiência do sistema de maneira mais eficaz.

• Maior eficiência: Os métodos tradicionais exigem o treinamento de modelos de redes neurais independentes para as bandas S, C e L, o que requer grandes quantidades de dados e longos períodos de treinamento. Esta pesquisa utiliza uma estratégia que consiste em “treinar um modelo de referência e, em seguida, transferir os parâmetros-chave”. Isso permite que a rede neural aplique o que aprendeu no treinamento da banda C às bandas S e L, reduzindo os requisitos de dados em 70% e encurtando o período de treinamento em 50%. Essa inovação resolve os pontos críticos de “dificuldade na coleta de dados e lentidão na implantação de modelos” nas comunicações ópticas, acelerando a adoção de equalizadores de redes neurais em redes operacionais.
• Generalização aprimorada: Após a transferência dos parâmetros da banda C, os modelos das bandas S e L mantêm um desempenho estável, mesmo diante de diferentes características de comprimento de onda, distribuições de potência e ambientes não lineares. Na banda L, após a introdução do equalizador de rede neural, observou-se um aumento de 12,31 TP3T na taxa de dados líquida, o que é comparável ao aumento de desempenho observado na banda C.

Essa inovação tecnológica nacional levará as redes ópticas à Era do P-bit. Provavelmente, isso vai além de uma simples conquista técnica; também pode influenciar o rumo futuro e o panorama do desenvolvimento das redes. 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 início, de fato, a uma era de redes ópticas de “P-bits inteligentes, ultralargas e de altíssima velocidade”.