Новый рекорд по скорости оптических коммуникационных систем

Исследователи из Политехнического университета Гонконга (Hong Kong Polytechnic University, PolyU) создали  прототип оптической коммуникационной системы, обеспечивающей рекордную на сегодняшний день скорость передачи данных. Система предназначена для использования внутри информационных центров, а скорость ее составляет 240 гигабит в секунду на расстоянии до 2-х километров. Это в 24 раза больше скорости, обеспечиваемой лучшими коммерческими системами, доступными сегодня на рынке информационных технологий. При помощи новой системы 10 тысяч человек могут одновременно смотреть видео в формате 4К, и ее возможности позволят людям более широко использовать в своей жизни обработку больших наборов данных, функции виртуальной и дополненной реальности, интерактивного видео и т.п.

Увеличение количества интернет-трафика, вызванное увеличением объемов передаваемой информации и лавинообразным ростом количества устройств из так называемого Интернета Вещей, заставляет разработчиков систем информационных центров проектировать их с учетов немалого запаса - как по пропускной способности, так и по производительности. Одним из узких мест в таких системах являются коммуникационные каналы, которые связывают в единое целое отдельные части инфраструктуры центра. До самого последнего времени на рынке не имелось решения, которое могло обеспечить "развязку" вышеупомянутого узкого места любым другим методом, кроме экстенсивного:  банального увеличения количества коммуникационных линий или каналов.

Одной из проблем, которую удалось решить ученым из Гонконга, является проблема искажений оптического сигнала, возникающих в результате многократных отражений и преломления лучей света во время их движения по оптоволоконным кабелям. Чем длиннее пройденное по кабелю расстояние, тем большим искажениям подвергается оптический сигнал и тем меньшую скорость передачи информации он может обеспечить.

Борьба с искажениями оптического сигнала традиционно производится при помощи специализированных аппаратных средств. Также для передачи информации на большие расстояния используются дорогостоящие специализированные оптоволоконный кабели, позволяющие уменьшить уровень искажений. Исследователям из PolyU удалось сделать почти невозможное: осуществить передачу данных без хитрых аппаратных компонентов - при помощи сложного ПО.

В настоящее время ученым хорошо известны эффекты влияния отдельных молекул материала оптического волокна на свет. Но на практике, где оптическое волокно состоит из миллиардов миллиардов молекул, ориентированных в пространстве случайным образом, эффекты их влияния на свет становятся неизвестной величиной. В этом хаосе существуют очень слабые следы порядка, который может быть выдвинут на первый план путем обработки большого объема статистической информации, информации сравнения переданных и полученных данных. Такой анализ может дать четкую картину суммарных искажений оптического сигнала и, зная эту картину, искажения можно компенсировать достаточно простыми математическими методами при помощи недорогих и проверенных аппаратных средств, собранных на базе не самых мощных микропроцессоров или даже микроконтроллеров.

Своей работой исследователи из PolyU показали, что очень часто для решения сложнейших проблем, связанных с физикой распространения оптических сигналов, совершенно не требуются громоздкие и дорогостоящие аппаратные средства. Вычислительной мощности современных процессоров вполне достаточно для проведения сложных вычислений в режиме реального времени, а оптимизированные алгоритмы, наподобие уже созданных, могут обеспечить даже рекордные значения скоростей передачи информации оптических коммуникационных каналов, в которых отчаянно будут нуждаться информационные центры следующего поколений.