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 インターネットに流れる通信トラフィックの爆発的な増加を背景に、光ファイバー通信の高速大容量化や長距離化に向けた研究開発が加速している。NTTとNTTコミュニケーションズ、エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)などが、2015年3月に相次ぎ成果を発表した。NTTとNTTコミュニケーションズが発表したのは、既設の100Gビット/秒(100G)の光伝送網で400Gビット/秒(400G)の高速通信を行う新技術。3月19日に実証実験に成功したことを明らかにした。

 現在、市場では「デジタルコヒーレント技術」を用いた100G光伝送網の普及が始まっている。デジタルコヒーレントとは、受信側に設置した光源と受信した光信号と干渉させる「コヒーレント受信」と、デジタル信号処理を組み合わせて、光信号の波形ひずみを補正する技術である。今回の実験では、既存の100G伝送網の光波長多重装置(WDM)に新開発の400Gの光送受信器を増設し、最大12波を多重して伝送した。その結果、100Gの光信号に影響を与えることなく、400G光信号の安定した長距離伝送が可能であることを確認したとする。

 実験用に試作した400G光送受信器の大まかな構成を図1に示す。既存の100Gでは、伝送方式は1つの搬送波を使うシングルキャリア方式、変調方式は2重偏波4位相偏移変調(DP-QPSK)を用いている。現在の電気回路の技術では、これらの方式のままで伝送速度を向上するのは困難という。電気回路の高速化に限界があるためだ。

図1 多値化などにより伝送速度を400Gビット/秒に高速化
NTTが開発した400G光送受信器の主な構成。変調方式をDP-QPSKからDP-16QAMに多値化するなどして伝送速度を400Gビット/秒に高速化するとともに、誤り訂正の改良や非線形ひずみを補償する仕組みの導入により信号品質の劣化を改善して伝送距離を長距離化した。(図:NTTの資料を基に本誌が作成)
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 400G光送受信器では、伝送方式を複数の搬送波を使うマルチキャリア方式(2サブキャリア)にするとともに、変調方式を2重偏波16値直交振幅変調(DP-16QAM)に多値化して伝送速度を大容量化した。ただし、そのままでは受信感度が低下して100Gよりも伝送距離が短くなる。そこで400G光送受信器では、信号品質の劣化を防ぐ2つの機能を追加・改良した。

 1つは、信号の符号誤り(エラー)を検出して訂正する「誤り訂正」の改良である。100Gで用いられている「前方誤り訂正(FEC)」のアルゴリズムを改良して、誤り耐性を強化した。もう1つが、光信号の非線形な波形ひずみを補償する仕組みの追加だ。デジタルコヒーレント技術を用いた100Gでは、波長分散による線形な波形のひずみを信号処理で補正する「分散補償」という機能がある。今回の400G光送受信器はこの機能に加えて、自己位相変調などによる非線形な波形ひずみを補正する「非線形補償」の機能を搭載した。こうした機能の追加・改良により、伝送可能距離は従来と比較して約2倍に向上。750km以上の伝送が可能になったとする。

†波長分散:
光ファイバー内での光の伝播速度が波長によって異なる現象。線形な波形ひずみの原因となる。
†自己位相変調:
光の強さによって光ファイバーの屈折率が変化し、光信号の位相がシフトする現象。非線形な波形ひずみの原因となる。