【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及光纖通信與光子人工智能領域，尤其涉及一種基于光子芯片的光纖通信系統非線性補償模塊。
技術介紹
1、大數據、云計算、人工智能等技術飛速發展推動光通信系統的容量需求呈爆炸式增長，而非線性損傷是限制光通信系統容量進一步提高的主要因素。數字信號處理技術為在電域內實現對光信號的補償提供了一種靈活、高效的方式，可以在很大程度上提高光纖通信系統的傳輸容量。
2、高速光纖通信系統中，最重要的非線性作用為信道內的交叉相位調制ixpm和四波混頻ifwm。ixpm指的是在雙偏系統中，一個偏振方向上的光信號可借由非線性光學克爾效應影響到另一偏振方向的光信號，從而導致通道串擾問題。ifwm會導致脈沖幅度的波動，可能使原來沒有光功率的“0”碼處產生寄生光脈沖，使得原來表示“1”碼處的脈沖幅度變化，導致脈沖間的功率交換。神經網絡可以實現高效的非線性損傷補償，訓練階段在接收端從訓練數據中學習，生成傳輸鏈路的黑盒模型，執行階段根據模型計算系統的非線性損傷并將之從數據中去除，從而實現更遠傳輸距離、更高傳輸容量。
3、電子神經網絡硬件上通常采用馮·諾依曼架構，存算分離，執行運算時需在中央處理器和內存之間反復讀寫數據，限制其執行單次運算的計算速度和能耗。光子神經網絡采用光信號作為信息傳遞的載體，可以在模擬域直接執行高速的數據處理，且光學設備能耗低于電子設備，因而設計用于實現特定功能的光子芯片架構可以實現高速、低耗的神經網絡運算。
4、基于微擾理論的神經網絡將非線性損傷微擾項看作由相鄰脈沖產生的影子脈沖，可根據相鄰脈沖間
技術實現思路
1、本專利技術提供了一種基于光子芯片的光纖通信系統非線性補償模塊，由基于mzi級聯網絡的光子芯片執行主要的數據處理過程，與由fpga、adc、dac構成的光計算控制模塊共同實現神經網絡，并基于接收到的光信號對傳輸過程中的非線性損傷進行補償。利用光子芯片大帶寬、高速率、低能耗的優勢，實現高速的數字信號處理。
2、為了實現上述目的，本專利技術采用的技術方案是：
3、一種基于光子芯片的光纖通信系統非線性補償模塊，包括：
4、光子芯片，用于執行神經網絡線性運算部分，通過改變施加在移相器上的電壓信號實現任意的權重矩陣，完成輸入信號與權重矩陣加權相乘的過程，并由集成在片上的探測器陣列實現求和過程；
5、fpga模塊，負責控制光信號在光子芯片上執行線性運算和在fpga執行非線性運算的時序控制，能夠控制施加在光子芯片上的電信號，能夠實現神經網絡中的非線性激活函數，并能將完成處理后的數據送回上位機，輸出計算結果；
6、adc/dac，與所述fpga和光子芯片的接口相連，提供四通道的ad/da轉換，用于光計算模塊與fpga之間的模數轉換與數模轉換；
7、光源，為系統提供光信號輸入；
8、光子神經網絡，利用上述光子芯片、fpga模塊、adc/dac和光源搭建成一個全連接神經網絡，用于計算光纖通信系統中的非線性擾動信號，并在接收端對光信號進行補償，以提高光纖通信系統的傳輸性能。
9、進一步的，所述的光子芯片由級聯mzi陣列構成，光信號通過級聯mzi陣列，被調制為理想的輸出信號，完成神經網絡中輸入向量與權重矩陣相乘的過程，利用光子芯片的大帶寬特性，實現高速的神經網絡運算。其中，mzi內外臂上各包含有一個熱光移相器，能夠改變施加在上面的電壓值，利用硅材料的折射率隨溫度變化的特性，通過在器件中引入微加熱器，將外加電場能量轉化為熱能，從而改變材料的折射率，實現對光場的調制。
10、進一步的，所述adc/dac包括：
11、高速adc，實現四通道的ad轉換，用于將光子芯片輸出的模擬信號轉換為數字信號，供送入fpga執行下一運算過程；
12、高速dac，實現四通道的da轉換，用于將fpga所輸出的數字電信號轉換為模擬電信號，對光子芯片進行控制。
13、進一步的，所述的光子神經網絡由兩層的隱藏層構成，輸入數據為經光纖傳輸后的采集到符號的三項積，輸出結果為該鏈路的非線性損傷項，這一損傷結果包括光纖信道內的自相位調制spm、信道內交叉相位調制xpm和信道內四波混頻ifwm。
14、本專利技術實施例與現有非線性補償模塊相比存在的有益效果是：本專利技術通過采用包括fpga、光子芯片等，在光域直接實現對接收符號的非線性損傷計算，充分利用了光計算的優勢，實現了真正意義上的“傳播即運算”。且光器件易于與光纖通信系統銜接，實現數據產生、傳輸和處理的融合。
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1.一種基于光子芯片的光纖通信系統非線性補償模塊，其特征在于包括：
2.根據權利要求1所述的光纖通信系統非線性補償模塊，其特征在于，光子芯片由級聯MZI陣列構成，光信號通過級聯MZI陣列，被調制為理想的輸出信號，完成神經網絡中輸入向量與權重矩陣相乘的過程，利用光子芯片的大帶寬特性，實現高速的神經網絡運算。
3.根據權利要求1所述的光纖通信系統非線性補償模塊，其特征在于，所述ADC/DAC包括：
4.根據權利要求2所述的光纖通信系統非線性補償模塊，其特征在于，MZI內外臂上各包含有一個熱光移相器，能夠改變施加在上面的電壓值，利用硅材料的折射率隨溫度變化的特性，通過在器件中引入微加熱器，將外加電場能量轉化為熱能，從而改變材料的折射率，實現對光場的調制。
5.根據權利要求1所述的光纖通信系統非線性補償模塊，其特征在于，光子神經網絡由兩層的隱藏層構成，輸入數據為經光纖傳輸后的采集到符號的三項積，輸出結果為該鏈路的非線性損傷項，這一損傷結果包括光纖信道內的自相位調制SPM、信道內交叉相位調制IXPM和信道內四波混頻IFWM。
【技術特征摘要】
1.一種基于光子芯片的光纖通信系統非線性補償模塊，其特征在于包括：
2.根據權利要求1所述的光纖通信系統非線性補償模塊，其特征在于，光子芯片由級聯mzi陣列構成，光信號通過級聯mzi陣列，被調制為理想的輸出信號，完成神經網絡中輸入向量與權重矩陣相乘的過程，利用光子芯片的大帶寬特性，實現高速的神經網絡運算。
3.根據權利要求1所述的光纖通信系統非線性補償模塊，其特征在于，所述adc/dac包括：
4.根據權利要求2所述的光纖通信系統非線性補償模塊，其...
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