Editorial Ilmu Komputer & AI
Open AccessOA2026
Joint Pulse Shaping dan Kompensasi Dispersi yang Hemat Perangkat Keras dan Berkinerja Tinggi untuk Coherent Data Center Interconnects
Algoritma joint shaping filtering dan CD compensation (JFS-CD) dengan square boundary clipping (SBC) menurunkan kompleksitas DSP sebesar 46% dan meningkatkan Q-factor sebesar 0,3 dB untuk DCI generasi berikutnya.
Yukun Zhang; Xiaoxue Gong; Weigang Hou; Xu Zhang; Lei Guoยท 2026ยท DOI 10.48550/arXiv.2605.25818
Masalah inti
Ledakan lalu lintas data yang didorong oleh 5G/6G dan generative artificial intelligence mendorong komunikasi optik koheren menuju baud rate yang lebih tinggi dan format modulasi yang lebih kompleks. Tren ini secara signifikan meningkatkan kompleksitas komputasi dan konsumsi daya digital signal processing (DSP) di sisi transmitter maupun receiver, khususnya pada modul kompensasi chromatic dispersion (CD) dan shaping filter dengan roll-off rendah. Coherent data center interconnects (DCI) tradisional mengandalkan kompensasi CD di sisi receiver, yang menuntut sumber daya DSP besar. Untuk mengatasi tantangan tersebut, penulis mengusulkan algoritma joint shaping filtering dan CD compensation (JFS-CD) yang memindahkan kompensasi CD ke sisi transmitter dan memanfaatkan karakteristik discrete Fourier transform (DFT) serta fitur spektral shaping filtering untuk pemrosesan terintegrasi. Selain itu, untuk meredam masalah peak-to-average power ratio (PAPR) tinggi akibat pre-compensation chromatic dispersion, diperkenalkan algoritma square boundary clipping (SBC) berkompleksitas rendah. Digest ini menyajikan metodologi, hasil, dan implikasi pendekatan bersama tersebut bagi DCI generasi berikutn
Inovasi
Hasil simulasi menunjukkan bahwa algoritma JFS-CD menurunkan kompleksitas real multiplication sekitar 46% dengan kinerja yang tidak berubah dibandingkan kompensasi post-CD tradisional. Penurunan kompleksitas ini langsung berdampak pada konsumsi daya DSP transmitter yang lebih rendah. Selanjutnya, skema gabungan JFS-CD dan SBC divalidasi secara eksperimental. Eksperimen menunjukkan bahwa skema yang diusulkan meningkatkan Q-factor sekitar 0,3 dB dibandingkan skema kompensasi post-chromatic dispersion tradisional. Peningkatan ini disebabkan oleh penekanan nonlinearitas sistem dan efek IQ imbalance di receiver. Q-factor, yang didefinisikan sebagai
untuk sinyal biner, merupakan metrik kunci kualitas sinyal. Keuntungan 0,3 dB menunjukkan kinerja yang meningkat, yang dapat memperpanjang jangkauan atau menambah kapasitas pada skenario DCI. Eksperimen tersebut kemungkinan menggunakan deteksi koheren standar dengan format modulasi orde tinggi, meskipun detail spesifiknya tidak disediakan dalam abstrak.
Ledakan lalu lintas data yang didorong oleh 5G/6G dan generative artificial intelligence mendorong komunikasi optik koheren menuju baud rate yang lebih tinggi dan format modulasi yang lebih kompleks. Tren ini secara signifikan meningkatkan kompleksitas komputasi dan konsumsi daya digital signal processing (DSP) di sisi transmitter maupun receiver, khususnya pada modul kompensasi chromatic dispersion (CD) dan shaping filter dengan roll-off rendah. Coherent data center interconnects (DCI) tradisional mengandalkan kompensasi CD di sisi receiver, yang menuntut sumber daya DSP besar. Untuk mengatasi tantangan tersebut, penulis mengusulkan algoritma joint shaping filtering dan CD compensation (JFS-CD) yang memindahkan kompensasi CD ke sisi transmitter dan memanfaatkan karakteristik discrete Fourier transform (DFT) serta fitur spektral shaping filtering untuk pemrosesan terintegrasi. Selain itu, untuk meredam masalah peak-to-average power ratio (PAPR) tinggi akibat pre-compensation chromatic dispersion, diperkenalkan algoritma square boundary clipping (SBC) berkompleksitas rendah. Digest ini menyajikan metodologi, hasil, dan implikasi pendekatan bersama tersebut bagi DCI generasi berikutnya yang berdaya rendah dan berkinerja tinggi.
Algoritma JFS-CD yang diusulkan mengintegrasikan pulse shaping dan pre-compensation chromatic dispersion di domain frekuensi. Pada transceiver koheren konvensional, sinyal yang ditransmisikan dibentuk oleh filter dengan impulse response , dan kanal memasukkan chromatic dispersion dengan frequency response
, dengan adalah koefisien dispersi, adalah panjang gelombang, adalah frekuensi baseband, dan adalah kecepatan cahaya. Kompensasi CD tradisional di sisi receiver menerapkan filter invers setelah photodetector. Sebaliknya, JFS-CD memindahkan kompensasi ini ke transmitter dan menggabungkannya dengan shaping filter. Dengan memanfaatkan DFT, frequency response gabungan menjadi
, yang dapat diimplementasikan secara efisien menggunakan satu inverse fast Fourier transform (IFFT) dan pengali domain frekuensi. Integrasi ini menurunkan jumlah real multiplication yang dibutuhkan. Untuk mengatasi kenaikan PAPR akibat pre-compensation, algoritma SBC memotong sinyal menggunakan batas persegi di bidang kompleks, yang didefinisikan oleh
, dengan adalah ambang clipping. Operasi berkompleksitas rendah ini menekan puncak sinyal sekaligus menjaga integritas sinyal. Rantai DSP transmitter secara keseluruhan diilustrasikan pada diagram Mermaid berikut.
Mengapa penting
Algoritma JFS-CD merupakan kemajuan signifikan dalam DSP sisi transmitter untuk DCI koheren. Dengan memindahkan kompensasi CD ke transmitter dan mengintegrasikannya dengan pulse shaping, algoritma ini memanfaatkan efisiensi komputasi pemrosesan domain frekuensi. Penurunan 46% pada real multiplication cukup besar, karena konsumsi daya DSP menjadi perhatian utama pada sistem ber-baud-rate tinggi. Algoritma SBC secara efektif mengatasi masalah PAPR tanpa menambah kompleksitas berarti, sehingga skema keseluruhan praktis untuk implementasi real-time. Peningkatan Q-factor 0,3 dB, meskipun moderat, patut dicatat karena berasal dari penekanan nonlinearitas dan IQ imbalance, yang merupakan gangguan kritis pada sistem koheren. Hal ini menunjukkan bahwa pre-compensation juga dapat meredam ketidaksempurnaan di sisi receiver. Solusi yang diusulkan sangat menjanjikan untuk data center interconnects generasi berikutnya yang berdaya rendah dan berkinerja tinggi, tempat efisiensi energi dan biaya menjadi hal utama. Penelitian selanjutnya dapat mengeksplorasi integrasi dengan fungsi DSP lain dan adaptasi terhadap berbagai format modulasi dan jenis fiber. Kandidat taksonomi (Architecture, Cybersecurity, Network, Cryptography) menunjukkan potensi relevansi lintas domain, khususnya pada jaringan optik aman yang menuntut efisiensi perangkat keras.
Siapa yang sebaiknya membaca
Praktisi dan peneliti ilmu komputer
Membuka konten memberโฆ