OptiSystem軟件已集成機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）工具，用戶可通過分析雙電平系統(tǒng)的眼圖來訓(xùn)練光通信系統(tǒng)。該工具提供多個功能選項(xiàng)卡，支持用戶對OptiSystem項(xiàng)目生成的眼圖模型進(jìn)行訓(xùn)練與測試。此外，工具還可導(dǎo)入外部眼圖圖像，并基于該圖像預(yù)測系統(tǒng)在生成眼圖時的運(yùn)行狀態(tài)。工具將根據(jù)訓(xùn)練條件提供系統(tǒng)參數(shù)及眼圖分析結(jié)果，以便用戶采取相應(yīng)的系統(tǒng)管理措施。本案例將展示如何在10Gbps NRZ OOK-DD系統(tǒng)中使用機(jī)器學(xué)習(xí)工具。

首先，我們搭建一個如圖1所示的系統(tǒng)布局。

圖1.10Gbps NRZ OOK-DD系統(tǒng)布局

在這個鏈路中，我們將傳輸?shù)墓饫w長度從50-75km范圍進(jìn)行線性掃描，得到1000組不同光纖傳輸長度下的眼圖，這些結(jié)果將會被用于訓(xùn)練和測試機(jī)器學(xué)習(xí)模型。

圖2.掃描1000次迭代，得到1000個眼圖

打開機(jī)器學(xué)習(xí)工具，在主參數(shù)選項(xiàng)卡上可以定義算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的層數(shù)以及每層的類型，設(shè)置如圖3所示，圖中1000個眼圖的70%用于訓(xùn)練，圖片壓縮率為40%。

圖3.機(jī)器學(xué)習(xí)工具主參數(shù)選項(xiàng)卡

選擇光纖長度、最小BER和Q因子作為需要預(yù)測的數(shù)據(jù)：

a）選擇光纖長度作為需要預(yù)測數(shù)據(jù)

b）選擇最小BER和Q因子作為需要預(yù)測數(shù)據(jù)

圖4.在機(jī)器學(xué)習(xí)工具中選擇需要預(yù)測數(shù)據(jù)

接著我們需要將1000次眼圖結(jié)果提取成圖片放入訓(xùn)練集文件夾中，然后運(yùn)行機(jī)器學(xué)習(xí)工具訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。如圖5，我們可以評價神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的性能，查看損失函數(shù)。

a） epoch vs loss

b） epoch vs mae

c） epoch vs val_loss

d） epoch vs val_mae

圖5 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)損失函數(shù)評估

訓(xùn)練完成后我們將余下的眼圖用于對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測試，比較測試預(yù)測的結(jié)果與實(shí)際測試集結(jié)果之間的誤差，測試結(jié)果如圖6所示：

a） 實(shí)際光纖長度與預(yù)測光纖長度對比

b） 實(shí)際光纖長度與預(yù)測光纖長度誤差

c） 實(shí)際Q因子與預(yù)測Q因子的對比

d） 實(shí)際Q因子與預(yù)測Q因子的誤差

e） 實(shí)際最小BER與預(yù)測最小BER的誤差

圖6 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)測試結(jié)果

導(dǎo)入一個眼圖，如圖7所示：

圖7.導(dǎo)入需要預(yù)測的眼圖

運(yùn)行預(yù)測功能，結(jié)果如圖8：

圖8.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測的系統(tǒng)性能