El equipo de la UCL desarrolla la frecuencia

Los investigadores de la UCL, con colegas en China, han desarrollado un nuevo método de multiplexación con referencia de frecuencia que puede proporcionar ancho de banda garantizado y baja latencia para aplicaciones en la nube en las que el tiempo es crítico. Podría proporcionar la conectividad necesaria para aplicaciones del futuro, como vehículos sin conductor y flotas de drones. Un artículo de acceso abierto sobre el método se publica en Nature Electronics.

Las aplicaciones emergentes en la nube, como la realidad virtual y las flotas de automóviles conectados, exigen conexiones garantizadas, así como una latencia baja y estable, a los centros de datos perimetrales. Actualmente, las comunicaciones entre el usuario y la nube dependen de marcos de datos programados en el tiempo a través de redes de fibra con topología de árbol, que son incapaces de proporcionar conexiones garantizadas con latencia baja o estable y no pueden ampliarse a un mayor número de usuarios.

… Utilizamos sincronización de frecuencia óptica y de reloj, habilitada mediante técnicas de procesamiento de señal y peine de frecuencia, para proporcionar a cada usuario un ancho de banda óptico dedicado, creando comunicaciones ascendentes escalables entre el usuario y la nube. Como prueba de concepto, demostramos un sistema de multiplexación por división de frecuencia que presta servicio a hasta 64 usuarios con un ancho de banda agregado de 160 GHz, exhibiendo una velocidad de datos de hasta 4,3 Gbps por usuario (capacidad agregada de 240,0 Gbps considerando una banda de longitud de onda de 200 GHz). con una alta sensibilidad del receptor de –35 dBm.

Concepto de FDM ascendente sincronizado con reloj y frecuencia óptica para aplicaciones en las que el tiempo es crítico. a, Un peine de frecuencias de ancho de banda amplio estrechamente espaciado generado en la nube de borde, con referencia a un reloj de origen dentro de un centro de datos de borde. b, peine de frecuencia filtrado enviado desde una nube de borde o terminal de línea óptica a los usuarios. c, señales FDM ascendentes; cada longitud de onda del usuario se fija en un tono seleccionado en el peine de frecuencia distribuida, formando una señal óptica de ancho de banda amplio que es detectada por un único receptor coherente. d, Diferentes bandas WDM (por ejemplo, ancho de banda de 100 a 200 GHz) cubren diferentes redes pasivas de fibra dividida. Los colores azul, verde y rojo indican las diferentes bandas WDM. e, Aplicaciones ejemplares en las que el tiempo es crítico, incluido el sistema de tráfico cooperativo y la realidad virtual. Zhou y cols.

El método de multiplexación con referencia de frecuencia podría proporcionar más de 20 veces la capacidad de las mejores redes de banda ancha de fibra completa disponibles y 65 veces la velocidad de la banda ancha doméstica típica actual del Reino Unido, junto con una conexión casi garantizada y baja latencia.

Las redes de telecomunicaciones son fundamentales para el funcionamiento de Internet: son el equivalente digital de las carreteras que transportan los datos que nos conectan a la nube. Las mejores redes utilizan cables de fibra óptica para transmitir y recibir información. Para la nueva banda ancha de fibra completa que se está implementando en todo el Reino Unido, la multiplexación por división de tiempo (TDM) es la tecnología más común utilizada para gestionar el tráfico, que combina los datos de múltiples usuarios en una sola señal. A cada usuario se le asignan breves intervalos de tiempo en los que sus datos pueden transferirse en pequeños fragmentos, antes de que los datos se vuelvan a ensamblar en el destino.

El problema clave con TDM es que los datos de cada usuario deben esperar un intervalo de tiempo antes de poder transmitirse a través de la fibra, como los automóviles que esperan hasta poder seguir adelante en los semáforos. Con la tecnología actual, este enfoque ha sido necesario para coordinar la transmisión a través de la fibra, pero esto también limita la capacidad de datos disponible y aumenta el tiempo necesario para enviar datos a través de la red.

Los servicios de banda ancha de fibra completa más rápidos disponibles en el Reino Unido ofrecen una velocidad de descarga de más de un gigabit por segundo (Gb/s), normalmente con una velocidad de carga mucho más lenta. La adopción de la banda ancha de fibra completa ha aumentado dramáticamente en los últimos años con el despliegue de conexiones de fibra óptica en hogares y empresas en todo el país, pero para la mayoría de los usuarios de banda ancha del Reino Unido, la parte final de la línea que llega a sus hogares sigue siendo de cobre más antiguo y más lento. alambrado.

En consecuencia, la velocidad media de banda ancha en el Reino Unido en septiembre de 2022 fue de sólo 65,3 megabits por segundo (Mb/s).

La demanda de velocidades más rápidas y conexiones más confiables también ha aumentado enormemente, desde el aumento de la transmisión de entretenimiento bajo demanda hasta el aumento del uso de videoconferencias por parte de personas que trabajan desde casa desde la pandemia de Covid-19. Pero ciertas aplicaciones del futuro, como las redes de automóviles sin conductor, requerirán velocidades aún mayores y conexiones casi garantizadas para operar de manera segura y eficiente.

En este estudio, los investigadores de la UCL desarrollaron multiplexación con referencia de frecuencia para superar las restricciones de latencia y ancho de banda de los enfoques actuales como TDM.

Utilizaron sincronización óptica y de frecuencia de reloj, habilitada mediante técnicas de procesamiento de señal y peine de frecuencia, para proporcionar a cada usuario un canal óptico dedicado. Con este nuevo enfoque, cada usuario tiene el equivalente digital de su propio carril exclusivo para comunicarse con la Nube, sin necesidad de esperar en los semáforos. Como prueba de concepto, configuraron un sistema de multiplexación con referencia de frecuencia para proporcionar hasta 64 usuarios con velocidades de hasta 4,3 Gb/s por usuario (o una velocidad agregada de 240 Gb/s para todos los usuarios).

Los autores esperan que la multiplexación con referencia de frecuencia pueda alcanzar más de 20 veces la capacidad y más de 65 veces la velocidad de la banda ancha típica actual del Reino Unido. Debido a que los datos del usuario se transmiten y reciben en paralelo, esto reduce la latencia, el consumo de energía y los problemas de capacidad que surgen con otros enfoques. Esto tiene el potencial de reducir el costo de la futura banda ancha de fibra completa, así como de aumentar la disponibilidad y la velocidad de la red para cada usuario de la nube.

Algunos comentaristas de tecnología predicen redes de automóviles sin conductor y flotas de drones en un futuro no muy lejano, todos controlados desde la nube. Nuestra infraestructura de telecomunicaciones actual no está equipada para tales avances, que requieren conectividad garantizada, latencia mínima, relojes sincronizados y velocidades enormemente mejoradas. Nuestra investigación sugiere que el enfoque de multiplexación con referencia de frecuencia puede mejorar nuestra infraestructura de fibra para satisfacer estas demandas técnicas.

A corto plazo, la tecnología tiene el potencial de proporcionar un servicio de banda ancha residencial mucho mejor a un bajo costo de infraestructura.

Recursos

Zhou, Z., Wei, J., Luo, Y. et al. (2023) “Comunicaciones con ancho de banda garantizado y baja latencia mediante multiplexación referenciada en frecuencia”. Nat Electron doi: 10.1038/s41928-023-01022-x

Publicado el 29 de agosto de 2023 en Antecedentes del mercado, Infraestructura, Vehículos conectados | Enlace permanente | Comentarios (0)