Symbol error rate minimization using deep learning approaches for short-reach optical communication networks

符号(正式) 缩小 计算机科学 字错误率 人工智能 算法 程序设计语言
作者
Muhammad Iqbal,Salman Ghafoor,Arsalan Ahmad,Abdulah Jeza Aljohani,Jawad Mirza,Imran Aziz,L. Potì
出处
期刊:Frontiers in Physics [Frontiers Media SA]
卷期号:12
标识
DOI:10.3389/fphy.2024.1387284
摘要

Short-reach optical communication networks have various applications in areas where high-speed connectivity is needed, for example, inter- and intra-data center links, optical access networks, and indoor and in-building communication systems. Machine learning (ML) approaches provide a key solution for numerous challenging situations due to their robust decision-making, problem-solving, and pattern-recognition abilities. In this work, our focus is on utilizing deep learning models to minimize symbol error rates in short-reach optical communication setups. Various channel impairments, such as nonlinearity, chromatic dispersion (CD), and attenuation, are accurately modeled. Initially, we address the challenge of modeling a nonlinear channel. Consequently, we harness a deep learning model called autoencoders (AEs) to facilitate communication over nonlinear channels. Furthermore, we investigate how the inclusion of a nonlinear channel within an autoencoder influences the received constellation as the optical fiber length increases. Another facet of our work involves the deployment of a deep neural network-based receiver utilizing a channel influenced by chromatic dispersion. By gradually extending the optical length, we explore its impact on the received constellation and, consequently, the symbol error rate. Finally, we incorporate the split-step Fourier method (SSFM) to emulate the combined effects of nonlinearities, chromatic dispersion, and attenuation in the optical channel. This is accomplished through a neural network-based receiver. The outcome of this work is an evaluation and reduction of the symbol error rate as the length of the optical fiber is varied.

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