Insinyur dari Jerman berhasil mencapai rekor kecepatan pengiriman data melalui serat dalam kondisi nyata, non-laboratorium - 500 Gbit / dt dalam satu saluran.
/ Flickr / Tony Webster / CC BYSiapa yang mengatur rekor
Menurut
OECD , dalam tiga tahun jumlah perangkat Internet
dapat mencapai 50 miliar Dengan peningkatan jumlah gadget, volume lalu lintas di jaringan seluler juga akan tumbuh - menurut
perkiraan , sekitar empat kali lipat. Deloitte mengatakan infrastruktur serat optik yang ada, yang akan menjadi dasar untuk jaringan 5G, tidak akan mengatasi beban ini.
Untuk alasan ini, semakin banyak perusahaan dan organisasi penelitian bekerja pada teknologi yang meningkatkan throughput "optik". Salah satu organisasi tersebut adalah Universitas Teknologi Munich (TUM). Lima tahun lalu, para karyawannya mengembangkan algoritme untuk pembentukan probabilistik
konstelasi sinyal - Probabilistic Constellation Shaping, atau PCS (kita akan membicarakan lebih lanjut tentang itu nanti). Pada 2016, dengan bantuannya, laju transfer data terabit di laboratorium pertama kali
tercapai .
Pada bulan Februari tahun ini, kelompok ilmuwan yang sama mencetak rekor lain - mereka melakukan transfer data dengan kecepatan 500 Gbit / dtk, tetapi melakukannya dalam kondisi "lapangan". Untuk pengujian, kami menggunakan prosesor sinyal Nokia PSE-3, yang diperkenalkan ke jaringan operator Jerman M-Net.
Bagaimana algoritma bekerja
PCS adalah teknik yang melengkapi
modulasi amplitudo quadrature (QAM) dalam jaringan serat. Dalam kasus QAM klasik, semua titik (nilai amplitudo sinyal) memiliki bobot yang sama dan digunakan dengan frekuensi yang sama.
Algoritma PCS, yang dikembangkan oleh para insinyur dari TUM, setiap kali memilih kelompok titik optimal yang paling cocok untuk kondisi saluran saat ini. Untuk setiap titik konstelasi, probabilitas distorsi data dan nilai energi yang diperlukan untuk mengirim sinyal dihitung. Semakin sedikit distorsi pesan dan konsumsi daya, semakin sering amplitudo tertentu
digunakan . Seberapa sering menggunakan titik konstelasi ditentukan oleh fungsi distribusi probabilitas. Mereka diturunkan secara empiris untuk setiap jaringan spesifik berdasarkan data pada tingkat kebisingan rata-rata dalam saluran optik.
/ Wikimedia / Splash / CC BY-SA / Konstelasi sinyal untuk 16-QAMBiasanya, PSC cenderung menggunakan titik sinyal amplitudo tinggi. Menurut pengembang, ini memungkinkan untuk meningkatkan imunitas sinyal terhadap noise dan meningkatkan kecepatan transmisi. Misalnya, untuk 16-QAM, "gain" adalah dari 15 hingga 43%.
Aplikasi dan potensi teknologi
Menurut Marcus Weldon, presiden Nokia Bell Lab, di masa depan, PCS akan memungkinkan jaringan serat optik untuk mentransfer sejumlah besar data dan secara dinamis beradaptasi dengan persyaratan lalu lintas saat ini (misalnya, jaringan 5G).
Teknologi ini sudah didukung oleh penyedia peralatan jaringan Infinera. Perusahaan menggunakan modulasi probabilistik dalam prosesor sinyal digital dari seri ICE. Infinera mengklaim bahwa perangkat
dapat meningkatkan bandwidth jaringan hingga 800 Gb / s, tetapi sejauh ini kemampuan mereka belum diuji. Perwakilan perusahaan mengatakan bahwa teknologi ini akan membantu operator seluler dan penyedia Internet untuk mengurangi biaya pengembangan infrastruktur dan pembangunan jalur baru.
Tetapi popularitas modulasi probabilistik dapat dipengaruhi oleh satu kelemahan: itu dioptimalkan dengan buruk untuk bekerja dengan metode
koreksi kesalahan langsung (FEC) yang ada selama transmisi data. Metode FEC
dirancang untuk memastikan bahwa semua kombinasi dalam saluran digunakan dengan frekuensi yang sama. Dalam kasus PCS, beberapa titik konstelasi dipilih lebih sering daripada yang lain, yang dapat mempengaruhi kinerja jaringan. Untuk mengatasi masalah ini
, metode FEC yang lebih maju
sedang dikembangkan , misalnya, skema "paralelisasi" koreksi dan melakukan beberapa pemeriksaan secara bersamaan.
Apa yang kami tulis di blog perusahaan kami:
/ Flickr / Groman123 / CC BY-SAAnalog Modulasi Probabilistik
Ada jenis modulasi lain dari konstelasi sinyal - geometris. Ini berbeda dari yang probabilistik karena tidak mengubah frekuensi penggunaan titik tertentu, tetapi bentuk konstelasi. Untuk ini, modulasi fase ditambahkan ke modulasi amplitudo sinyal, yang memungkinkan Anda untuk "menggeser" titik-titik relatif satu sama lain. Seperti modulasi probabilistik, geometris membantu untuk mencapai penggunaan saluran optik yang lebih efisien: lokasi titik-titik dalam konstelasi dipilih sehingga di masing-masingnya
rasio sinyal-ke-noise (SNR) maksimum.
Keuntungan dari bentuk geometris dibandingkan yang probabilistik adalah jumlah yang lebih kecil dari nilai amplitudo yang mungkin. Fitur ini mengurangi kemungkinan distorsi sinyal. Namun, modulasi geometris memiliki kelemahan: dalam praktiknya,
ternyata kurang efektif dalam mengurangi distorsi sinyal daripada probabilistik.
Para ahli berharap untuk meningkatkan modulasi geometrik menggunakan metode pembelajaran mesin, menggunakannya untuk menentukan bentuk optimal dari konstelasi sinyal. Hasilnya tidak terlalu mengesankan sejauh ini: dalam studi tahun 2018, jaringan saraf single-layer yang sederhana
membantu meningkatkan SNR sebesar satu persen. Namun, para insinyur berencana untuk terus bekerja dan bereksperimen dengan jaringan saraf berulang.
Sejauh ini, modulasi geometrik konstelasi sinyal kurang probabilistik ketika bekerja di jaringan nyata, dan oleh karena itu yang terakhir dianggap sebagai metode yang paling menjanjikan untuk meningkatkan bandwidth saluran internet. Diharapkan bahwa dalam waktu dekat, modulasi probabilistik akan menguntungkan penyedia layanan Internet dalam menciptakan
serat berkecepatan tinggi
ke saluran
rumah , serta penyedia cloud, misalnya, saat mentransfer data antara pusat data yang berbeda.
Bacaan tambahan di blog kami di Habré: