ＮＴＴ、１本の光ファイバーで毎秒１４テラビットの光伝送に成功
世界最大容量、毎秒１４テラビットの光伝送に成功
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日本電信電話株式会社（以下ＮＴＴ、東京都千代田区、代表取締役社長：和田紀夫）は、１本の光ファイバで毎秒１４テラビット（テラは１兆）の超大容量データを１６０ｋｍ伝送することに成功しました。この１４Ｔｂｐｓ（１１１Ｇｂｐｓｘ１４０ｃｈ）という値は、今までの最高値約１０Ｔｂｐｓを大幅に上回り、世界最高となるものです。
今回の成果は９月２４日からフランスカンヌで開催されたヨーロッパ光通信国際会議のポストデッドラインペーパとして報告されました。
１．背景
現在の基幹光ネットワークでは、約４ＴＨｚの光増幅中継帯域を用いて、１波長あたり１０Ｇｂｐｓ容量の光信号を多チャンネル波長多重することにより、約１Ｔｂｐｓ容量の基幹光トランスポートネットワークが実用化されています。一方、近年のブロードバンドアクセスの急速な普及とともに、通信トラヒックは年率２倍で増え続けており、基幹光ネットワークには通信インフラとしての信頼性を維持しつつ、さらに経済化と大容量化を両立していくことが求められています。
これまでに、実験室レベルでは１本の光ファイバで１０Ｔｂｐｓ容量の伝送が達成されていますが、光増幅帯域の制限から、各光増幅中継器において１０Ｔｂｐｓ波長多重信号を複数種類の異なる信号帯域に分割して個別に光増幅する必要があり、伝送容量の更なる拡大をする上で、高密度多重伝送技術と増幅帯域の拡大技術が求められていました。
２．伝送実験の概要
本実験では、ＣＳＲＺ－ＤＱＰＳＫ＊１多値変復調符号化技術と広帯域一括光増幅中継技術を用い、７ＴＨｚの１つ光増幅中継器の帯域内に１００ＧＨｚ間隔でチャンネル容量１１１ＧｂｐｓのＣＳＲＺ－ＤＱＰＳＫ信号を７０チャンネル高密度波長多重しています。更に信号偏波の２つの自由度を利用した偏波多重分離技術を併用することにより、１本の光ファイバで１１１Ｇｂｐｓ信号を１４０チャネル多重伝送し伝送容量を合計１４Ｔｂｐｓとしています（図１）。今回、これらを一括光増幅中継することにより、１６０ｋｍの距離を伝送することに成功しました。
本実験の成功により、１０Ｔｂｐｓ以上の大容量光ネットワークにおいて、ＯＴＮ＊２フレームが具備する誤り訂正符号＊３バイトや、波長多重管理用オーバヘッドバイトとともに、チャンネル容量１００Ｇｂｐｓクラスの高速信号をそのままの形で長距離伝送できる可能性を初めて示しました。
３．技術のポイント
（１）複数の１００Ｇｂｐｓクラスの信号を、高密度に波長多重し、長距離伝送を可能にするＣＳＲＺ－ＤＱＰＳＫ変復調符号化技術とその高速光・電子デバイス技術（図２）。 ＤＱＰＳＫ符号は、４値の多値位相変調方式であり、従来の２値の強度変調方式（ＯＮ ＯＦＦ ｋｅｙｉｎｇ）に比較して帯域圧縮と高感度化が同時に実現可能な優れた特徴をもつ光変復調符号です。このＤＱＰＳＫ信号に、ＮＴＴが開発したパルス変調（ＣＳＲＺ）することにより高密度波長多重化とさらなる高感度化が図れ、長距離伝送を可能としています。一方で、１００Ｇｂｐｓ以上のＣＳＲＺ－ＤＱＰＳＫ方式の実現にあたっては、従来の２値強度変調方式に比較して、送受信機構成が複雑になるためその高速化が課題となっていました。
変調回路の高速化については、２値強度・位相変調器として、従来ニオブ酸リチウム（ＬＮ）変調器を用いたマッハツェンダ干渉型変調器が実用化されていますが、駆動電圧と帯域にはトレードオフがあり、より構成が複雑となるＤＱＰＳＫ変調では、１００Ｇｂｐｓ以上の高速化に課題がありました。
今回、新たに、複雑な光回路をコンパクトに集積化したシリカＰＬＣ回路＊４と、ＬＮ変調器という２つの異なるデバイスをハイブリッド実装したＰＬＣ－ＬＮ変調器を用いて、ＤＱＰＳＫ変調としては最高速の１１１Ｇｂｐｓ変調を実現しました。具体的には、ＤＱＰＳＫ変調に伴う構成の複雑さをＰＬＣ回路部分で容易に実現することより、ＬＮ変調器の設計の自由度を向上させ、帯域と駆動電圧のバランスをとることを可能としました。
また復調回路の高速化については、従来の２値強度変調方式では、１つのフォトダイオードで直接検波していましたが、ＤＱＰＳＫ方式では、２つの均一な高速フォトダイオードを集積化・モジュール化したバランス受信回路が２ペア必要であり、フォトダイオードの低容量化、高速化ならびに高感度化、さらには均一化が課題でした。今回、高速化と高感度化を両立可能な受光素子構造を実現し、バランス受信回路として５０ＧＨｚ以上の広帯域動作を可能としました。
更に、電気多重／分離回路および波形整形部に５０ＧＨｚ以上の高速動作が可能なＩｎＰ ＩＣを適用し、１１１Ｇｂｐｓの多値位相変調信号を合成するために必要な波形品質を実現するとともに、受信回路においては高感度識別デジタル回路動作を可能とました。
（２）広帯域一括光増幅中継技術（図３）
１本の光ファイバで１０Ｔｂｐｓ以上の伝送容量の光増幅中継を実現するには、１つの光増幅中継器がもつ帯域制限を克服する必要があります。光ファイバ自体は１０ＴＨｚ以上の帯域をもつのに対して、１つの光増幅中継器がもつ帯域は従来、実用的には４ＴＨｚ程度であったため、２バンド（ＣおよびＬバンド）あるいは３バンド（Ｓ、Ｃ、Ｌバンド）＊５の複数の波長帯にわけて個々に光増幅し、再びバンドごとの光増幅信号を多重してから中継する必要がありました。従来のバンド多重分離による構成の複雑さや雑音特性を改善するため、光増幅中継器に用いる増幅媒体と増幅器構成を工夫することにより、低雑音増幅特性を維持したまま、１つのバンドとして利用可能なＬバンド帯域を従来の１．７５倍（７ＴＨｚ）のに拡大することに成功しました（拡張Ｌバンド光増幅中継技術）。
４．今後の予定
将来の経済的かつ高品質な１０Ｔｂｐｓ級の大容量基幹光ネットワークの実現を目標として、１００Ｇｂｐｓ級の高速チャネルの長距離トランスポート技術の実用化をめざします。
＜用語解説＞
＊１：ＣＳＲＺ－ＤＱＰＳＫ符号
ＣＳＲＺ ＤＱＰＳＫ符号（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｕｐｐｒｅｓｓｅｄ Ｒｅｔｕｒｎ ｔｏ Ｚｅｒｏ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ符号）、４値の差動位相変調信号をＣＳＲＺパルス変調した高密度波長多重長距離伝送に適した光伝送符号。
＊２：ＯＴＮ
Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｎｅｔｗｏｒｋの略。国際電気通信連合（ＩＴＵ－Ｔ）で標準化された波長多重技術を用いた光ネットワークの国際標準（ＩＴＵ－Ｔ Ｇ．７０９勧告）。
＊３：誤り訂正符号
送信側で、あらかじめ送信データを下に演算をおこなった結果を付加して一緒に送信することにより、伝送路で生じたビット誤りを、受信側で検出、訂正するための符号。国際標準ＩＴＵ－Ｔ Ｇ．７０９勧告では、高品質伝送するための誤り訂正符号として、リードソロモン（２５５、２３９）符号を使うことが勧告されている。
＊４：シリカＰＬＣ
石英ガラスを光導波路とした平面型光集積回路（ＰＬＣ：Ｐｌａｎｅｒ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、波長多重における波長合分波器や、マッハツェンダ型光スイッチなど種々の複雑な受動光部品をコンパクトに集積化できる。
＊５：Ｃバンド、Ｌバンド、Ｓバンド
ＩＴＵ－Ｔで標準化された光通信で用いられる信号波長帯域分類の定義、Ｃ（Ｃｏｍｍｏｎ）バンドは１５３０ｎｍ－１５６５ｎｍ、Ｌ（Ｌｏｎｇ）バンドは１５６５ｎｍから１６２５ｎｍ、Ｓ（Ｓｈｏｒｔ）バンドは１４６０－１５３０ｎｍである。Ｌバンドで現在実用的な帯域は１５９０ｎｍ付近を中心とする３５ｎｍ（約４ＴＨｚ）程度である。
・図１ １０Ｔｂｐｓ級大容量伝送を実現するための技術
http://www.ntt.co.jp/news/news06/0609/060929a_1.html
・図２ 帯域圧縮・高感度化を実現するＣＳＲＺ－ＤＱＰＳＫ符号と高速デバイス技術
http://www.ntt.co.jp/news/news06/0609/060929a_2.html
・図３ 拡張Ｌ帯光増幅中継技術による１バンド光増幅中継帯域の拡大
http://www.ntt.co.jp/news/news06/0609/060929a_3.html