In this work, we demonstrate the offline FPGA realization of both recurrent and feedforward neural network (NN)-based equalizers for nonlinearity compensation in coherent optical transmission systems. First, we present a realization pipeline showing the conversion of the models from Python libraries to the FPGA chip synthesis and implementation. Then, we review the main alternatives for the hardware implementation of nonlinear activation functions. The main results are divided into three parts: a performance comparison, an analysis of how activation functions are implemented, and a report on the complexity of the hardware. The performance in Q-factor is presented for the cases of bidirectional long-short-term memory coupled with convolutional NN (biLSTM + CNN) equalizer, CNN equalizer, and standard 1-StpS digital back-propagation (DBP) for the simulation and experiment propagation of a single channel dual-polarization (SC-DP) 16QAM at 34 GBd along 17x70km of LEAF. The biLSTM+CNN equalizer provides a similar result to DBP and a 1.7 dB Q-factor gain compared with the chromatic dispersion compensation baseline in the experimental dataset. After that, we assess the Q-factor and the impact of hardware utilization when approximating the activation functions of NN using Taylor series, piecewise linear, and look-up table (LUT) approximations. We also show how to mitigate the approximation errors with extra training and provide some insights into possible gradient problems in the LUT approximation. Finally, to evaluate the complexity of hardware implementation to achieve 200G and 400G throughput, fixed-point NN-based equalizers with approximated activation functions are developed and implemented in an FPGA.


翻译:在这项工作中,我们展示了FPGA在连续光学传输系统中实现400个经常和反馈变向神经网络(NNN)等离线化等离线化等离子体在连续光学传输系统中实现非线性补偿的情况。首先,我们展示了将模型从Python图书馆转换为FPGA芯片合成和实施的实现管道。然后,我们审查了非线性激活功能硬件实施硬件的主要替代方法。主要结果分为三个部分:业绩比较、如何执行激活功能的分析以及关于硬件复杂性的报告。Qfacal基于Qfacal的性能平衡器(NNNNNN)在连续光学传输传输系统(BLTM+CNNNN)中为非线性补偿提供非直线性长期记忆,同时将硬性 NNNC(BT+CN) 平衡器和标准1-StpS(DBBP) 数字反向下进行模拟和实验传播,在硬性运行后,将硬性LBPA+F的直流化和直径性培训功能向下进行类似的结果。

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