FPGA中首次实施了针对非线性补偿的经常性和前馈神经网络均衡器，其复杂度与分散均衡器的复杂度相当。我们证明，基于NN的均衡器可以胜过1个速度的DBP。

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 400G throughput, fixed-point NN-based equalizers with approximated activation functions are developed and implemented in an FPGA.

在本文中，提出了一种新的方法，该方法允许基于神经网络（NN）均衡器的低复杂性发展，以缓解高速相干光学传输系统中的损伤。在这项工作中，我们提供了已应用于馈电和经常性NN设计的各种深层模型压缩方法的全面描述和比较。此外，我们评估了这些策略对每个NN均衡器的性能的影响。考虑量化，重量聚类，修剪和其他用于模型压缩的尖端策略。在这项工作中，我们提出并评估贝叶斯优化辅助压缩，其中选择了压缩的超参数以同时降低复杂性并提高性能。总之，通过使用模拟和实验数据来评估每种压缩方法的复杂性及其性能之间的权衡，以完成分析。通过利用最佳压缩方法，我们表明可以设计基于NN的均衡器，该均衡器比传统的数字背部传播（DBP）均衡器具有更好的性能，并且只有一个步骤。这是通过减少使用加权聚类和修剪算法后在NN均衡器中使用的乘数数量来完成的。此外，我们证明了基于NN的均衡器也可以实现卓越的性能，同时仍然保持与完整的电子色色散补偿块相同的复杂性。我们通过强调开放问题和现有挑战以及未来的研究方向来结束分析。

To circumvent the non-parallelizability of recurrent neural network-based equalizers, we propose knowledge distillation to recast the RNN into a parallelizable feedforward structure. The latter shows 38\% latency decrease, while impacting the Q-factor by only 0.5dB.

我们根据光学通信中的载体回收率的变异推断研究了自适应盲人均衡器的潜力。这些均衡器基于最大似然通道估计的低复杂性近似。我们将变异自动编码器（VAE）均衡器的概念概括为包括概率星座塑形（PCS）的高阶调制格式，无处不在，在光学通信中，对接收器进行过度采样和双极化传输。除了基于卷积神经网络的黑盒均衡器外，我们还提出了基于线性蝴蝶滤波器的基于模型的均衡器，并使用变异推理范式训练过滤器系数。作为副产品，VAE还提供了可靠的通道估计。我们在具有符号间干扰（ISI）的经典添加剂白色高斯噪声（AWGN）通道和色散线性光学双极化通道上分析了VAE的性能和灵活性。我们表明，对于固定的固定通道但也随时间变化的通道，它可以超越最先进的恒定算法（CMA）来扩展盲人自适应均衡器的应用范围。评估伴随着超参数分析。

We design and implement an adaptive machine learning equalizer that alternates multiple linear and nonlinear computational layers on an FPGA. On-chip training via gradient backpropagation is shown to allow for real-time adaptation to time-varying channel impairments.

在本文中，我们提供了一种系统的方法来评估和比较数字信号处理中神经网络层的计算复杂性。我们提供并链接四个软件到硬件的复杂性度量，定义了不同的复杂度指标与层的超参数的关系。本文解释了如何计算这四个指标以进行馈送和经常性层，并定义在这种情况下，我们应该根据我们是否表征了面向更软件或硬件的应用程序来使用特定的度量。新引入的四个指标之一，称为“添加和位移位数（NAB）”，用于异质量化。 NABS不仅表征了操作中使用的位宽的影响，还表征了算术操作中使用的量化类型。我们打算这项工作作为与神经网络在实时数字信号处理中应用相关的复杂性估计级别（目的）的基线，旨在统一计算复杂性估计。

由于自动驾驶，物联网和流媒体服务的快速发展，现代通信系统必须应对各种渠道条件以及用户和设备的稳步增加。这以及仍在上升的带宽需求只能通过智能网络自动化来满足，这需要高度灵活和盲目的收发器算法。为了应对这些挑战，我们提出了一种新颖的自适应均衡计划，该计划通过训练用对抗性网络训练均衡器来利用深度学习的繁荣进步。该学习仅基于发射信号的统计数据，因此它对通道模型的实际发送符号和不可知论是盲目的。所提出的方法独立于均衡器拓扑，并实现了强大的基于神经网络的均衡器的应用。在这项工作中，我们证明了这一概念在对线性和非线性传输通道的模拟中，并证明了拟议的盲目学习方案的能力，可以接近非盲均衡器的性能。此外，我们提供了理论观点，并强调了方法的挑战。

具有最小延迟的人工神经网络的决策对于诸如导航，跟踪和实时机器动作系统之类的许多应用来说是至关重要的。这要求机器学习硬件以高吞吐量处理多维数据。不幸的是，处理卷积操作是数据分类任务的主要计算工具，遵循有挑战性的运行时间复杂性缩放法。然而，在傅立叶光学显示器 - 光处理器中同心地实现卷积定理，使得不迭代的O（1）运行时复杂度以超过1,000×1,000大矩阵的数据输入。在此方法之后，这里我们展示了具有傅里叶卷积神经网络（FCNN）加速器的数据流多核图像批处理。我们将大规模矩阵的图像批量处理显示为傅立叶域中的数字光处理模块执行的被动的2000万点产品乘法。另外，我们通过利用多种时空衍射令并进一步并行化该光学FCNN系统，从而实现了最先进的FCNN加速器的98倍的产量改进。综合讨论与系统能力边缘工作相关的实际挑战突出了傅立叶域和决议缩放法律的串扰问题。通过利用展示技术中的大规模平行性加速卷积带来了基于VAN Neuman的机器学习加速度。

正交频分复用（OFDM）已广泛应用于当前通信系统。人工智能（AI）addm接收器目前被带到最前沿替换和改进传统的OFDM接收器。在这项研究中，我们首先比较两个AI辅助OFDM接收器，即数据驱动的完全连接的深神经网络和模型驱动的COMNet，通过广泛的仿真和实时视频传输，使用5G快速原型制作系统进行跨越式-Air（OTA）测试。我们在离线训练和真实环境之间的频道模型之间的差异差异导致的模拟和OTA测试之间找到了性能差距。我们开发一种新颖的在线培训系统，称为SwitchNet接收器，以解决此问题。该接收器具有灵活且可扩展的架构，可以通过在线训练几个参数来适应真实频道。从OTA测试中，AI辅助OFDM接收器，尤其是SwitchNet接收器，对真实环境具有鲁棒，并且对未来的通信系统有前途。我们讨论了本文初步研究的潜在挑战和未来的研究。

Deep neural networks (DNNs) recently emerged as a promising tool for analyzing and solving complex differential equations arising in science and engineering applications. Alternative to traditional numerical schemes, learning-based solvers utilize the representation power of DNNs to approximate the input-output relations in an automated manner. However, the lack of physics-in-the-loop often makes it difficult to construct a neural network solver that simultaneously achieves high accuracy, low computational burden, and interpretability. In this work, focusing on a class of evolutionary PDEs characterized by having decomposable operators, we show that the classical ``operator splitting'' numerical scheme of solving these equations can be exploited to design neural network architectures. This gives rise to a learning-based PDE solver, which we name Deep Operator-Splitting Network (DOSnet). Such non-black-box network design is constructed from the physical rules and operators governing the underlying dynamics contains learnable parameters, and is thus more flexible than the standard operator splitting scheme. Once trained, it enables the fast solution of the same type of PDEs. To validate the special structure inside DOSnet, we take the linear PDEs as the benchmark and give the mathematical explanation for the weight behavior. Furthermore, to demonstrate the advantages of our new AI-enhanced PDE solver, we train and validate it on several types of operator-decomposable differential equations. We also apply DOSnet to nonlinear Schr\"odinger equations (NLSE) which have important applications in the signal processing for modern optical fiber transmission systems, and experimental results show that our model has better accuracy and lower computational complexity than numerical schemes and the baseline DNNs.

本研究报告了一种新颖的硬件友好的模块化架构，用于实现一维卷积神经网络（1D-CNN）数字预失真（DPD）技术，实时线性化RF功率放大器（PA）。我们设计的模块化性质可以实现DPD系统调整对于可变资源和时序约束。我们还提供了一种共模架构，可以使用实际功率放大器硬件循环验证DPD性能。具有100 MHz信号的实验结果表明，所提出的1D-CNN获得优越与实时DPD应用的其他神经网络架构相比，性能。

在本文中，我们介绍了一种基于结构的神经网络体系结构，即RC结构，用于MIMO-OFDM符号检测。 RC结构通过储层计算（RC）利用MIMO-OFDM信号的时间结构。二进制分类器利用系统中的重复星座结构来执行多级检测。 RC的合并允许以纯粹的在线方式学习RC结构，并在每个OFDM子帧中具有极为有限的飞行员符号。二进制分类器可以有效利用宝贵的在线培训符号，并可以轻松地扩展到高级调制，而无需大幅度提高复杂性。实验表明，在BIT错误率（BER）方面，引入的RC结构优于常规模型的符号检测方法和基于最新学习的策略。当采用等级和链接适应时，RC结构比现有方法的优势变得更加重要。引入的RC结构阐明了将通信领域知识和基于学习的接收处理结合在一起，可用于5G/5G高级及以后。

非正交多访问（NOMA）是一项有趣的技术，可以根据未来的5G和6G网络的要求实现大规模连通性。尽管纯线性处理已经在NOMA系统中达到了良好的性能，但在某些情况下，非线性处理是必须的，以确保可接受的性能。在本文中，我们提出了一个神经网络体系结构，该架构结合了线性和非线性处理的优势。在图形处理单元（GPU）上的高效实现证明了其实时检测性能。使用实验室环境中的实际测量值，我们显示了方法比常规方法的优越性。

The current optical communication systems minimize bit or symbol errors without considering the semantic meaning behind digital bits, thus transmitting a lot of unnecessary information. We propose and experimentally demonstrate a semantic optical fiber communication (SOFC) system. Instead of encoding information into bits for transmission, semantic information is extracted from the source using deep learning. The generated semantic symbols are then directly transmitted through an optical fiber. Compared with the bit-based structure, the SOFC system achieved higher information compression and a more stable performance, especially in the low received optical power regime, and enhanced the robustness against optical link impairments. This work introduces an intelligent optical communication system at the human analytical thinking level, which is a significant step toward a breakthrough in the current optical communication architecture.

最近在无线通信领域的许多任务中考虑了机器学习算法。以前，我们已经提出了使用深度卷积神经网络（CNN）进行接收器处理的使用，并证明它可以提供可观的性能提高。在这项研究中，我们专注于发射器的机器学习算法。特别是，我们考虑进行波束形成并提出一个CNN，该CNN对于给定上行链路通道估计值作为输入，输出下链路通道信息用于波束成形。考虑到基于UE接收器性能的损失函数的上行链路传输和下行链路传输，CNN以有监督的方式进行培训。神经网络的主要任务是预测上行链路和下行链路插槽之间的通道演变，但它也可以学会处理整个链中的效率低下和错误，包括实际的光束成型阶段。提供的数值实验证明了波束形成性能的改善。

基于深度学习的渠道代码设计最近引起了人们的兴趣，可以替代传统的编码算法，尤其是对于现有代码不提供有效解决方案的渠道。通过反馈渠道进行的沟通就是一个这样的问题，最近通过采用各种深度学习体系结构来获得有希望的结果。在本文中，我们为反馈渠道介绍了一种新颖的学习辅助代码设计，称为广义块注意反馈（GBAF）代码，i）使用模块化体系结构，可以使用不同的神经网络体系结构实现；ii）与现有设计相比，错误的可能性提高了误顺序；iii）可以以所需的代码速率传输。

近年来，人工智能（AI）的领域已经见证了巨大的增长，然而，持续发展的一些最紧迫的挑战是电子计算机架构所面临的基本带宽，能效和速度限制。利用用于执行神经网络推理操作的光子处理器越来越感兴趣，但是这些网络目前使用标准数字电子培训。这里，我们提出了由CMOS兼容的硅光子架构实现的神经网络的片上训练，以利用大规模平行，高效和快速数据操作的电位。我们的方案采用直接反馈对准训练算法，它使用错误反馈而不是错误反向化而培训神经网络，并且可以在每秒乘以数万亿乘以量的速度运行，同时每次MAC操作消耗小于一个微微约会。光子架构利用并行化矩阵 - 向量乘法利用微址谐振器阵列，用于沿着单个波导总线处理多通道模拟信号，以便原位计算每个神经网络层的梯度向量，这是在后向通过期间执行的最昂贵的操作。 。我们还通过片上MAC操作结果实验地示意使用MNIST数据集进行培训深度神经网络。我们的高效，超快速神经网络训练的新方法展示了光子学作为执行AI应用的有希望的平台。

Ultra-reliable short-packet communication is a major challenge in future wireless networks with critical applications. To achieve ultra-reliable communications beyond 99.999%, this paper envisions a new interaction-based communication paradigm that exploits feedback from the receiver. We present AttentionCode, a new class of feedback codes leveraging deep learning (DL) technologies. The underpinnings of AttentionCode are three architectural innovations: AttentionNet, input restructuring, and adaptation to fading channels, accompanied by several training methods, including large-batch training, distributed learning, look-ahead optimizer, training-test signal-to-noise ratio (SNR) mismatch, and curriculum learning. The training methods can potentially be generalized to other wireless communication applications with machine learning. Numerical experiments verify that AttentionCode establishes a new state of the art among all DL-based feedback codes in both additive white Gaussian noise (AWGN) channels and fading channels. In AWGN channels with noiseless feedback, for example, AttentionCode achieves a block error rate (BLER) of $10^{-7}$ when the forward channel SNR is 0 dB for a block size of 50 bits, demonstrating the potential of AttentionCode to provide ultra-reliable short-packet communications.

复发性神经网络已被证明是高能量物理中许多任务的有效体系结构，因此已被广泛采用。然而，由于在现场可编程门阵列（FPGAS）上实现经常性体系结构的困难，它们在低延迟环境中的使用受到了限制。在本文中，我们介绍了HLS4ML框架内两种类型的复发性神经网络层（长期短期内存和封闭式复发单元）的实现。我们证明，我们的实施能够为小型和大型模型生产有效的设计，并且可以定制以满足推理潜伏期和FPGA资源的特定设计要求。我们显示了多个神经网络的性能和合成设计，其中许多是专门针对CERN大型强子对撞机的喷气识别任务的培训。