Значительный прорыв в области оптической передачи данных: скорость передачи данных по одномодовому волокну превысила 254,7 Тбит/с

Недавно в области оптической связи произошёл значительный технологический прорыв:

“Сверхвысокоскоростная передача данных со скоростью 254,7 Тб/с по стандартному одномодовому оптическому волокну длиной 200 км”

Этот показатель скорости передачи данных установил новый мировой рекорд в области оптоволоконной связи.

Давайте рассмотрим детали поподробнее:

• Партнеры по исследованиям: компания FiberHome в сотрудничестве с China Mobile, Национальной ключевой лабораторией технологий и сетей оптической связи, лабораторией Пэнчэн и другими учреждениями.
• Сверхвысокоскоростная передача данных со скоростью 254,7 Тб/с на расстоянии 200 км по стандартному одномодовому оптическому волокну на основе технологии выравнивания сигналов с использованием нейронной сети с переносным обучением.
• Данная технология охватывает спектральную полосу пропускания 19,8 ТГц и обеспечивает спектральную эффективность 12,86 бит/с/Гц, что окажет глубокое влияние на архитектурное проектирование, сценарии применения и отраслевую экосистему будущих оптических сетей.

В традиционных системах оптической связи всегда стремились найти баланс в рамках “треугольника пропускная способность — расстояние — эффективность”. Однако в настоящее время этот баланс нарушается из-за огромного потока данных, вызванного развитием искусственного интеллекта.

В системе оптической передачи удалось добиться трёх ключевых технологических прорывов

1. Передача данных сверхвысокой пропускной способности: Внедрив плотное мультиплексирование по длине волны (DWDM) и многодиапазонная совместная передача (S+C+L), система охватывает спектральную полосу пропускания 19,8 ТГц, что более чем в четыре раза превышает показатели традиционных систем. Для обеспечения равномерной мощности сигнала во всех диапазонах в системе реализованы передовые технология спектрального сглаживания и а гибридная схема амплификации, достигнув спектральной эффективности 12,86 бит/с/Гц.

2. Прорыв в качестве передачи сигнала: Система разработана таким образом, чтобы обеспечивать превосходное качество сигнала даже после передачи на расстояние 200 км. Это достигается за счет сочетания передовых технология поляризационного мультиплексирования с схема вероятностного формирования сигнала с модуляцией высокого порядка для точной оптимизации энтропии сигнала. Кроме того, в ней используется сочетание гибридная амплификация и Технологии рамановского усиления для эффективного снижения затухания сигнала и нелинейных эффектов, обеспечивая стабильность передачи.

3. Оптическая передача данных + прорыв в области искусственного интеллекта: Использование алгоритмов искусственного интеллекта, в частности технология выравнивания нейронных сетей с использованием переноса обучения, что позволило увеличить общую пропускную способность системы на 11,71 TP3T. Традиционные алгоритмы цифровой обработки сигналов сталкиваются с «узким местом» в виде недостаточной точности при компенсации сложных нелинейностей. Однако алгоритм на основе искусственного интеллекта позволяет каждой полосе частот иметь собственную выделенную нейронную сеть для выравнивания сигнала, что обеспечивает компенсацию и коррекцию нелинейных ошибок при одновременном значительном снижении энергопотребления системы.

Ключевая технология: ИИ + оптическая связь

В основе данного исследования лежит использование нейронная сеть (NN) для устранения ошибок в системе передачи данных по оптическому волокну. Традиционные системы на основе оптического волокна используют математические модели и аппаратные схемы для компенсации нелинейных эффектов, однако их эффективность и точность зачастую ограничены. Данный алгоритм искусственного интеллекта позволяет более эффективно повысить эффективность системы.

• Повышение эффективности: Традиционные методы требуют обучения отдельных нейронных сетей для диапазонов S, C и L, что сопряжено с необходимостью использования больших объемов данных и длительных периодов обучения. В данном исследовании используется стратегия “обучение базовой модели с последующим переносом ключевых параметров”. Это позволяет нейронной сети применять знания, полученные в ходе обучения в C-диапазоне, к S- и L-диапазонам, сокращая объем необходимых данных на 70% и сокращая время обучения на 50%. Этот прорыв решает такие проблемы оптической связи, как “сложность сбора данных и медленное внедрение моделей”, ускоряя внедрение нейронных эквалайзеров в действующие сети.
• Расширенная генерализация: После переноса параметров C-диапазона модели S- и L-диапазонов сохраняют стабильную производительность даже при различных характеристиках длины волны, распределениях мощности и в нелинейных условиях. В L-диапазоне после внедрения нейронного эквалайзера чистая скорость передачи данных увеличилась на 12,31 TP3T, что сопоставимо с ростом производительности в C-диапазоне.

Этот отечественный технологический прорыв выведет оптические сети на Эпоха P-bit. Вероятно, это не просто техническое достижение; оно также может повлиять на будущее направление и облик развития сетей. Благодаря глубокой интеграции технологий искусственного интеллекта и оптической связи постоянные достижения в области расширения многополосного диапазона, оптимизации алгоритмов и интеграции аппаратного обеспечения действительно откроют эру “интеллектуальных, сверхширокополосных и сверхскоростных” оптических сетей с пропускной способностью в P-бит.