Enregistrement de vitesse de réseau de fibre optique de 500 Gbit / s

Les ingénieurs allemands ont réussi à atteindre une vitesse record de transmission de données sur fibre optique dans des conditions réelles, sans laboratoire - 500 Gbit / s dans un canal.


/ Flickr / Tony Webster / CC BY

Qui a établi le record

Selon l' OCDE , le nombre d'appareils Internet des objets pourrait atteindre 50 milliards en trois ans. Avec l'augmentation du nombre de gadgets, le volume du trafic sur les réseaux mobiles va également augmenter - selon certaines estimations , environ quatre fois. Deloitte affirme que l'infrastructure de fibre optique existante, qui sera la base des réseaux 5G, ne supportera pas cette charge.

Pour cette raison, de plus en plus d'entreprises et d'organismes de recherche travaillent sur des technologies qui augmentent le débit de l '«optique». L'une de ces organisations est l'Université de technologie de Munich (TUM). Il y a cinq ans, ses employés ont développé un algorithme pour la formation probabiliste d'une constellation de signaux - Probabilistic Constellation Shaping, ou PCS (nous en parlerons plus tard). En 2016, avec son aide, il a été possible pour la première fois d'atteindre un taux de transfert de données en térabit dans le laboratoire.

En février de cette année, le même groupe de scientifiques a établi un nouveau record - ils ont effectué le transfert de données à une vitesse de 500 Gbit / s, mais l'ont fait dans des conditions "sur le terrain". Pour les tests, nous avons utilisé le processeur de signal Nokia PSE-3, qui a été introduit dans le réseau de l'opérateur allemand M-Net.

Fonctionnement de l'algorithme

PCS est une technique qui complète la modulation d' amplitude en quadrature (QAM) dans les réseaux de fibres. Dans le cas QAM classique, tous les points (valeurs d'amplitude du signal) ont des poids égaux et sont utilisés avec la même fréquence.

L'algorithme PCS, développé par les ingénieurs de TUM, sélectionne à chaque fois le groupe de points optimal le mieux adapté à l'état actuel du canal. Pour chacun des points de constellation, la probabilité de distorsion des données et la valeur de l'énergie nécessaire pour envoyer le signal sont calculées. Moins il y a de distorsion de message et de consommation d'énergie, plus souvent une amplitude particulière est utilisée . La fréquence d'utilisation du point de constellation est déterminée par les fonctions de distribution de probabilité. Ils sont dérivés empiriquement pour chaque réseau spécifique sur la base de données sur le niveau de bruit moyen dans le canal optique.

/ Wikimedia / Splash / CC BY-SA / Constellation de signaux pour 16-QAM

En règle générale, PSC est moins susceptible d'utiliser des points de signal de haute amplitude. Selon les développeurs, cela permet d'augmenter l'immunité du signal au bruit et d'augmenter la vitesse de transmission. Par exemple, pour le 16-QAM, le «gain» est de 15 à 43%.

Application technologique et potentiel

Selon Marcus Weldon, président de Nokia Bell Lab, à l'avenir, PCS permettra aux réseaux à fibre optique de transférer de grandes quantités de données et de s'adapter dynamiquement aux exigences de trafic actuelles (par exemple, les réseaux 5G).

La technologie est déjà prise en charge par le fournisseur d'équipement réseau Infinera. La société utilise une modulation probabiliste dans les processeurs de signaux numériques de la série ICE. Infinera affirme que les appareils peuvent augmenter la bande passante du réseau jusqu'à 800 Gb / s, mais jusqu'à présent, leurs capacités n'ont pas été testées. Les représentants de la société affirment que la technologie aidera les opérateurs mobiles et les fournisseurs d'accès Internet à réduire les coûts de développement des infrastructures et de construction de nouvelles lignes.

Mais la popularité de la modulation probabiliste peut être affectée par un inconvénient: elle est mal optimisée pour fonctionner avec les méthodes existantes de correction d'erreur directe (FEC) pendant la transmission de données. Les méthodes FEC sont conçues pour garantir que toutes les combinaisons d'un canal sont utilisées de manière égale. Dans le cas de PCS, certains points de constellation sont sélectionnés plus souvent que d'autres, ce qui peut affecter les performances du réseau. Pour résoudre ce problème , des méthodes FEC plus avancées sont en cours de développement , par exemple, pour «paralléliser» des systèmes de correction et effectuer plusieurs contrôles simultanément.

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Modulation probabiliste analogique

Il existe un autre type de modulation de la constellation du signal - géométrique. Il diffère du probabiliste en ce qu'il ne modifie pas la fréquence d'utilisation d'un point particulier, mais la forme de la constellation. Pour cela, la modulation de phase est ajoutée à la modulation d'amplitude du signal, ce qui vous permet de "décaler" les points les uns par rapport aux autres. Comme la modulation probabiliste, la géométrie aide à obtenir une utilisation plus efficace du canal optique: l'emplacement des points dans la constellation est choisi de sorte que le rapport signal / bruit (SNR) soit maximal dans chacun d'eux.

L'avantage de la forme géométrique par rapport à la forme probabiliste est le plus petit nombre de valeurs d'amplitude possibles. Cette fonction réduit le risque de distorsion du signal. Cependant, la modulation géométrique a un inconvénient: en pratique, elle s'avère moins efficace pour réduire la distorsion du signal que probabiliste.

Les experts espèrent améliorer la modulation géométrique en utilisant des méthodes d'apprentissage automatique, en les utilisant pour déterminer la forme optimale de la constellation du signal. Les résultats ne sont pas très impressionnants jusqu'à présent: dans une étude de 2018, un simple réseau neuronal monocouche a contribué à augmenter le SNR d'un pour cent. Cependant, les ingénieurs prévoient de continuer à travailler et à expérimenter avec les réseaux de neurones récurrents.

Jusqu'à présent, la modulation géométrique de la constellation du signal est moins probabiliste lorsque l'on travaille dans des réseaux réels, et cette dernière est donc considérée comme la méthode la plus prometteuse pour augmenter la bande passante des canaux Internet. Il est prévu que dans un proche avenir, la modulation probabiliste profitera aux fournisseurs Internet pour la création de fibres optiques à haut débit vers les lignes domestiques , ainsi qu'aux fournisseurs de cloud, par exemple, lors du transfert de données entre différents centres de données.

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