Kuitujen epälineaarisuuden korjaus neuroverkolla

Viimeisen vuosikymmenen aikana Internetin kasvu on ollut mahdollista digitaalisen signaalinkäsittelytekniikan (DSP) avulla, joka auttaa korjaamaan optisen kuitujen aiheuttamia vääristymiä.

DSP perustuu kuitenkin CMOS-tekniikkaan ja sen rajoihin ja siten se ei enää jatkossa pysty kompensoimaan kuitujen epälineaarisuuden aiheuttamia vääristymiä, koska se vaatisi liikaa laskentatehoa ja resursseja. Kuitujen epälineaarisuus on edelleen suurin rajoittava vaikutus pitkän matkan tiedonsiirtojärjestelmissä.

Princeton Lightwave Labin ja NEC Laboratory American tutkijat ovat äskettäin luoneet neuroverkkolaitteiston, joka voisi auttaa voittamaan tämän rajoituksen ja kompensoimaan kuitujen epälineaarisuuden haitallisia vaikutuksia.

Laajasti rinnakkaiset, ultranopeat neuroverkot, joissa käytetään fotonisia laitteita, voivat helpottaa digitaalisille signaalinkäsittelypiireille asetettuja vaatimuksia prosessoimalla optisia signaaleja analogisesti.

Kehitetty neuroverkko toimii piipohjaisessa fotoniselektronisessa järjestelmässä, joka koostuu muutamasta neurosolusta ja joka voi periaatteessa ylittää kaupalliset DSP-sirut suorituskyvyn, latenssin ja energiankäytön suhteen.

Menetelmä hyödyntää fotonista neuroverkkoa, joka perustuu aallonpituusjakoiseen multipleksointiin (WDM). Se on rakennettu piille fotonialustaan, joka on yhteensopiva CMOS-teknologian kanssa.

Tutkijat osoittivat, että alustaa voidaan käyttää optisten kuitujen epälineaarisuuden kompensoimiseen ja signaalin laatutekijän parantamiseen 10 080 km:n merenalaisessa kuituviestintäjärjestelmässä.

Luotu piineuroverkko on myös täysin ohjelmoitavissa ja perustuu ns. broadcast-and-weight -protokollaan, joka esiteltiin tutkijoiden aiemmassa työssä. Protokolla on uusi lähestymistapa neuromorfisen prosessoinnin ja optoelektronisen fysiikan yhdistämiseen.

Neuromorfiset arkkitehtuurit tarjoavat monia mahdollisuuksia (tehokkuus, vikasietoisuus, sopeutumiskyky) von Neumann-arkkitehtuurin verrattavissa tehtävissä, kuten kuvioanalyysin, päätöksenteon, optimoinnin, oppimisen ja reaaliaikaisen monisensori- ja usean toimilaitteen järjestelmien ohjauksen.

Tutkijoiden kehittämä fotoninen neuroverkko perustuu aaltoputkiin ja fotonisiin laitteisiin, kuten valodetektoreihin ja modulaattoreihin, jotka ovat alun perin suunniteltu optiseen viestintään. Tämä mahdollistaa verkon tukemisen kuitujen tiedonsiirtonopeuksille, mikä voisi mahdollistaa reaaliaikaisen käsittelyn hyödyntämällä äskettäin kehitettyjä optisia verkkoja.

Aiheesta aiemmin Kuitusiirron ennätyskapasiteetti