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1波長あたり毎秒1テラビットを長距離伝送する世界初の波長多重光伝送実験に成功 ~IoTや5Gサービス普及に対応する大容量通信ネットワーク技術として期待~

 日本電信電話株式会社(NTT)は2019年3月7日,多値信号の高精度校正を可能とするデジタル信号処理(DSP; Digital Signal Processing)技術及び超広帯域な光フロントエンド集積デバイス技術により,1波長あたり毎秒1テラビット(Tb/s)を長距離伝送する波長多重光伝送実験に成功したと発表した.本技術の詳細は,米国開催の国際会議OFC(Optical Fiber Communication Conference)2019で発表された(注).

 IoTや5G無線サービスなど新しい情報通信サービスの普及に伴い,通信トラフィックは今後も増え続けることが予測され,基幹系の光通信ネットワークにおいてもさらなる大容量化が求められている.現在の実用システムの伝送速度は1波長あたり毎秒100ギガビット(Gb/s)容量であり,その10倍の1Tb/sが目標となる.1秒あたりの光切り替え数を表す信号のシンボルレートを上げ,1シンボルあたりの変調多値度を上げることで,1波長あたり1Tb/s容量の光信号を複数波長多重した長距離光伝送の実現が望まれていた.

 伝送容量を拡大するためには,変調に用いるSi CMOS半導体回路の速度限界を克服する必要がある.これまでNTTではAMUX(Analog Multiplexer,アナログ多重化)を用いて,Si CMOSの速度限界を打破する帯域ダブラ技術を使った光伝送方式ならびに集積デバイスの研究開発を進め,100ギガボー(baud)を超えるシンボルレートの光信号生成に成功している.しかし,光フロントエンド回路部の不完全性(信号経路長差や信号経路による損失ばらつき等)のため,1波長あたり1Tb/sの高速かつ長距離の波長多重伝送が可能な品質の光多値信号を生成することは困難だった.

 今回NTTは,多値信号の高精度校正を可能とするDSP技術及び超広帯域な光フロントエンド集積デバイス技術を開発し,1波長あたり1Tb/sを長距離伝送する波長多重光伝送実験に成功した.光フロントエンド回路部ではInP HBT(Heterojunction Bipolar Transistor)によるAMUXと光変調器ドライバ,高速性に優れたInP MZM(Mach-Zehnder Modulator)をハイブリッド集積した多重機能内蔵モジュールを開発し,120ギガボーのシンボルレートを実現した.

 さらに,フロントエンド回路部の不完全性に起因する信号劣化をDSPにより高精度に校正し,信号品質を改善する独自技術により変調多値度の高い高品質なPDM(Polarization Division Multiplexed)-PS(Probabilistically Shaped)-64QAM(Quadrature Amplitude Modulation,直角位相振幅変調)光信号を生成した.PS-64QAMとは,光信号電界の26=64値の信号点配置を確率的に分布させることにより信号誤り率を情報理論限界へ漸近させて信号品質を向上する技術で,6ビット/シンボルである.これを,光信号の持つ2つの独立な偏波光信号の各々に対して適用し,偏波多重(PDM)光信号とすることで伝送容量を2倍化できる.1波長あたりの伝送ビット容量は,120Gbaud×2×6bit/baud>1Tb/sとなる.

 この光信号を35波長多重して総伝送容量35Tb/s,伝送距離800kmの光通信実験に成功した.現行光通信システムの10倍にあたる1波長あたり1Tb/sの伝送が示されたことで,今後の実用化が期待される.

(注)T. Kobayashi, M. Nakamura, F. Hamaoka, M. Nagatani, H. Wakita, H. Yamazaki, T. Umeki, H. Nosaka, and Y. Miyamoto, "35-Tb/s C-band Transmission over 800 km Employing 1-Tb/s PS-64QAM signals enhanced by Complex 8×2 MIMO Equalizer",  Optical Fiber Communication Conference, Postdeadline Papers 2019, (Optical Society of America, 2019), paper Th4B.2