富士通とKDDI総合研究所、敷設した光ファイバを利用した大容量波長多重の実現に成功：富士通

現在の商用光伝送技術と比較して5.2倍の多波長伝送を実現

富士通株式会社、KDDI総合研究所

2023年12月4日 東京

富士通株式会社とKDDI総合研究所は、実績のある光ファイバを用いた大容量多波長多重伝送技術の開発に成功したと発表した。

両社は、一括波長変換技術とマルチバンド増幅技術により、中長距離商用光通信で利用されていないCバンド以外の波長帯の伝送を可能にする技術を開発した。 この技術を用いて導入された光ファイバー通信網は、現在の商用光伝送技術の5.2倍の波長多重での波長伝送を可能にします。 これにより、設置された光ファイバー設備を使用して、コスト効率と労力効率の高い方法で通信トラフィックを増加させることができます。 この技術により、導入が困難な都市部や住宅密集地における輸送力の拡大が可能となり、供用開始までの大幅な時間短縮やコスト削減が期待できます。

開発は「ポスト5Gインフラ整備研究開発事業」の一環として実施された。 ^(1） 情報通信システム」 ^(2） 新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）の委託により実施。

図1：高振幅波長多重技術を実現したシステムイメージ

プロジェクトの背景

NEDOは、IoTや人工知能、ビッグデータ解析などを活用したサービスの需要が高まる中、ポスト5G情報通信システムの基盤技術の開発により、国内におけるポスト5G情報通信システムの開発・製造基盤の強化を目指します。 。 。 この取り組みの一環として、富士通とKDDI総合研究所は2020年10月から2023年10月まで、ポスト5G光ネットワークの性能向上プロジェクトに参加した。 従来の商用ファイバー通信ネットワークは、光ファイバーの中心のみを光が通過するシングルモードファイバーを使用し、Cバンド（波長範囲：1530nm～1565nm）を使用していました。 ^(3） 光ネットワークの信号伝送範囲として。 しかし、通信トラフィック量の増加に伴い、Cバンドだけでは伝送容量が不足することが予想されます。 両社は各ファイバの伝送容量を増やすため、CバンドからLバンド（1,565nm～1,625nm）、Sバンド（1,460nm～1,530nm）、Uバンドまで使用波長範囲を拡大することを目指す。 （1,625nm～1,675nm）、Oバンド（1,260nm～1,360nm）のマルチバンド化を目指しています。

プロジェクトの成果

その一環として、富士通はマルチバンド伝送における伝送性能劣化要因を考慮したシミュレーションモデルを構築し、多波長・マルチバンド多重システムの伝送設計を可能にしました。 シミュレーションモデルは、市販の光ファイバ特性の測定結果と、統合された波長変換器/マルチバンド増幅器の実験システム検証を通じて抽出された伝送パラメータを反映しています。 このモデルを用いて、実測との誤差を1dB以内に抑える高精度なシミュレーションを実現し、バンド間の相互作用や伝送性能の劣化を考慮することが可能になりました。

KDDI総合研究所は、これまで高密度波長分割多重(DWDM)では利用されていなかったOバンドにおいて、従来のCバンドの2倍の帯域幅の利用を可能にしました。 ^(4） ) 引っ越します。 両社は両技術を組み合わせることで、既存の光ファイバを用いた実伝送実験を行い、O、S、C、L、U帯における多波長伝送（伝送距離45km）を実証し（図2）、波長伝送が可能であることを実証しました。効果的。 従来のCバンド伝送のみの5.2倍の波長多重が可能。 両社はシミュレーションにおいて、S、C、L、Uバンドにおける多波長マルチバンド伝送（伝送距離560km）も確認した。

以下は最も重要な研究結果の説明です。

図 2: O、S、C、L、U バンドが同時に送信された場合の単一の固定ファイバーの受信光スペクトル

1. 高密度波長分割多重 (DWDM) 技術の確立。

従来の C バンド伝送システムの設計では、定数として扱えるパラメータは実用上問題ありませんが、S バンド + C バンド + L バンド + U バンドによるマルチバンド伝送の場合、 , 波長帯による伝送性能の差は無視できず、波長依存性を考慮した設計が必要です。 たとえば、伝送路に入力される光パワーが増加し、伝送距離が増加すると、非線形分解要因が顕著になり、伝送性能が制限されます。 特に誘導ラマン散乱 ^(5）-クロスステージ調整 ^(6）、および 4 バンドミキシング ^(7） 複数の波長との光の相互作用に起因する現象は、高波長多重では顕著であり、多波長多重システムの伝送性能に大きな影響を与えます。

本プロジェクトでは、富士通とKDDI総合研究所が、異なる帯域間の相互作用や伝送性能の劣化要因を考慮したシミュレーションモデルを構築し、多波長帯域多重システムの設計手法を確立しました。 また、SバンドとUバンドのWDM光信号は、それぞれCバンドとLバンドの光信号からすべて光信号処理技術によって生成されるため、専用のSバンドを使用する必要がありません。これらの技術を組み合わせることで、光の位相を高めたコヒーレント伝送技術により、Sバンド＋Cバンド＋Lバンド＋UバンドのDWDM伝送が可能となり、高速通信が可能になりました。 、大容量通信。

図 3: 誘導ラマン散乱によるバンド間信号の光エネルギー伝達

上：制御なしのエンクロージャ、下：ファイバ伝播後の光パワーの分布が均一になるように制御されたエンクロージャ

2. コヒーレントOバンドDWDM伝送技術の確立

従来、コヒーレント伝送技術では、他の光信号成分の影響により O バンド伝送信号が歪む傾向がありました。 さらに、多くの場合 O バンドで発生する非線形ノイズは、デジタル信号処理テクノロジーを使用して除去することが一般に困難であり、システム全体のパフォーマンスが低下します。 その結果、コヒーレント O バンド伝送技術の実装は困難でした。

Oバンドの非線形雑音は、高密度多重された波長信号ごとに送信光パワーを適切に調整することで低減できます。 この手法により、送信側の信号補償処理や受信側の波長分散補償を省略した場合でも、非線形ノイズの影響を最小限に抑え、Oバンドの9.6 Hz以上でコヒーレントなDWDM伝送を実現しました。 Oバンドはゼロ分散に近い波長範囲であり、波長分散の影響が少ないです。 ^(8） デジタル信号処理の負荷が軽減され、エネルギー効率が向上するというメリットがあります。

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ここに記載されているすべての会社名または製品名は、それぞれの所有者の商標または登録商標です。 このプレスリリースに記載されている情報は発行時点で正確なものであり、予告なく変更される場合があります。

日付： 2023 年 12 月 4 日

市： 東京、日本

会社： 富士通株式会社、KDDI総合研究所