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2023年10月5日 国立研究开发法人信息通信研究机构 重点
以国立研究开发法人信息通信研究机构( nict nai city，理事长:德田英幸)光子网络研究室为中心的国际共同研究小组，证实了用一根光纤就可以实现世界上传输容量最大的每秒22.9 PETA bit的通信，刷新了以往世界记录的每秒10.66倍以上。 在本研究中，本集团成功将迄今为止积累的、使用世界最先进的空分复用光纤的技术与世界上最大规模的波分复用技术相融合，有望应用于未来的大容量光通信基础设施。 本实验结果的论文在英国格拉斯哥举行的第49届欧洲光通信国际会议( ECOC 2023 )上获得非常高的评价，被采纳为最佳热门论文( Postdeadline Paper )，于当地时间2023年10月5日(周四)发表。 背景为了应对不断增长的通信量，正在开发使用光路数量比现在市内铺设的光纤多的空分复用光纤的技术，以及根据波长装载不同的数据以增加整体传输容量的波分复用等技术。 NICT迄今已实现了多核方式和多模式方式相组合的、具有100条以上光路径的空分复用，以及利用商用波段( c，l )和未商用的s波段的几乎全部区域，到目前为止，已经实现了具有合计20 THz频带的多频带波分复用等(参照表1 )。 但是，关于空分复用和多波段波分复用的并用，正在以4芯光纤为中心进行研究，在具有更多的光路径的光纤(例如38芯3模式)中，需要使MIMO接收机支持多频带传输，以分离伴随传播而在各芯和模式之间产生的信号之间的干扰。 这次的成果NICT通过将2020年证实了每秒10.66 petabit传输的38芯3模光纤传输系统的MIMO接收机扩展为多频带传输，成功实现了基于多核多模式的空分复用与多频带波分复用的融合，证实了共计每秒22.9 PETA bit的超大容量光通信的可能性(参照图1、表1 )。 表1与以往相关成果的比较[点击放大] 图1使用本次传输系统的超大容量光通信的示意图[点击放大显示] 实验系统的详细情况如补充资料图5所示。 使用的波长数为，s波段为293波，c波段和l波段为457波，共计750波，使用了18.8 THz的频带。 信号的调制使用了信息量大的偏振复用256 QAM方式。 与频带大致相等的4芯光纤的实验相比，将光路的数量扩大了2.5倍(参照表1、图2 )。
图2过去传输实验中的光路径数量与频带的关系 (1 km以下的短距离时除外。 ） 获得了每个核每秒约0.3~0.7 petabit、全部38个核的合计每秒22.9 petabit的传输容量。 这大约相当于现在商用光通信系统中传输容量的1，000倍，与3年前的记录相比，扩大了2倍以上的传输容量。 现在，4芯光纤的实用化正在推进，但为了未来通信量将达到1，000倍，要求光通信基础设施的进一步高度化，有必要将超大容量的光纤实用化。 本研究被定位为面向未来超大容量的信息通信网络的实现，基于多核多模方式的空分复用技术和多波段波分复用技术并用的首次实证。 今后的展望将多波段波分复用的适用范围扩展到需要更大规模MIMO接收机的耦合型多芯光纤和多模光纤，为Beyond 5G后的光通信基础设施进化奠定道路。 另外，本实验结果的论文在光纤通信关系最大的国际会议之一的第49届欧洲光通信国际会议( ECOC 2023，举办地:英国格拉斯哥，10月1日(周日)~10月5日(周四) )获得极高评价，被选为最佳热门论文( Postdeadline Paper )，并于当地时间10月5日(周四)发表。 通过论文国际会议: ECOC 2023最佳热点论文( Postdeadline Paper ) 论文名称: 22.9 Pb/s data-rate by extreme space-wavelength multiplexing 作者名称: B. J. Puttnam，M. van den Hout，G. Di Sciullo，R. S. Luis，G. Rademacher，J. Sakaguchi，C. Antonelli，C. Okonkwo，and H. Furukawa 相关过去NICT的报道发表
补充资料1. 多核多模多波段波分复用光传输系统
图5本次传输系统的概略图 图5显示了此次开发的光传输系统的概要图。 ①在s、c、l波段生成750波长的光，对测定波长的光提供偏振复用256 QAM调制。 ②使用各波段用光放大器放大发送信号。 ③为了有选择地向测量芯和其周边芯输入光信号，通过光路径开关切换输出路径。 ④用38个三模复用器，将114根传统型光纤输入转换为38根三模光纤输出。 ⑤通过38芯多路复用器将38根三模光纤输入转换为38芯三模光纤输出。 ⑥光信号在13 km 38纤芯三模光纤的测量纤芯及其外围纤芯中传播。 ⑦将38芯三模光纤输入通过38芯分离器转换为38根三模光纤输出。 ⑧用38个三模分离器将38根三模光纤输入转换为114根传统型光纤输出。 ⑨通过光路开关选择传输到测量芯的3个模式的信号。 ⑩使用各波段用光放大器放大波长复用的三种模式的接收信号，利用波长可变滤波器进行波分复用分离，同时在三种模式下进行相干接收。 转换为电信号，对所保存的接收数据进行离线MIMO信号处理，对发送信号进行解调，评估信号质量并求出数据速率。 2 .此次实验结果在上述图5的实验系统中，在收发时应用了纠错处理等各种编码，按照各核心波长进行了数据速率的最大化。 图6图表中的每个符号表示每个核心波长通道在纠错后的三模总数据速率，所有数据速率加起来为每秒22.9。
图6每个波长和核心的数据速率评估结果 用语解说国际联合研究组 除NICT光子网络研究室外，参与本研究的研究小组如下。 埃因霍温理工大学( eindhoven university of technology，荷兰) :研修生参加传输实验 拉奎拉大学( university of l’aquila and cnit，意大利) :研修生参加传输实验 倍他比特 1 petabit为1，000兆位，每秒1 petabit的传输容量相当于8K广播的1，000万个频道。 另外，现在的商用光通信系统的传输容量为每秒20太比特左右，1太比特相当于其50倍左右。
图3单核单模光纤通信示意图 空分复用光纤 为了克服目前普遍使用的单核单模光纤(见图3 )传输容量的局限性，正在研究通过多核方式和多模方式增加光路径数量的新型光纤(见图4 )。 这些光纤统称为空分复用光纤，使用这种光纤的通信技术统称为空分复用技术。 本研究使用了38芯3模光纤(住友电气工业株式会社制造)。
图4多核多模方式的空分复用和波分复用、多值调制的示意图 波分复用 是将搭载了针对每个波长不同的数据的光信号在同一光路径上一并传输的技术。 电信的频分复用原理相同，各光信号以频率等间隔的方式配置在通信波长带中，根据频率间隔占用频带。 如果频率间隔相同，则传输容量可以根据使用的波长的数目增加。 但是，适合于光纤通信的波段有限，在当前的光传送系统中，主要使用c波段(波长1，5301，565 nm )，波长数在100 GHz频率网格的情况下为50左右。 另外，l波段( 1，5651，625 nm )也有一部分用于商用。 与此相对，t波段( 1，0001，260 nm )、o波段( 1，2601，360 nm )、e波段( 1，3601，460 nm )、s波段( 1，4601，530 nm )、u波段( 1，6251 ) 包含这些波段的波分复用技术特别称为多波段波分复用技术。 迄今为止，通过多频带波分复用技术获得的最大频带为s、c、l频带的20 THz。 多核方式 多芯方式的光纤包括多个纤芯(物理光路径)，能够向各纤芯发送不同的数据以扩大传输容量。 多芯方式的光纤进一步大致分为非耦合型和随机耦合型。 将信号限制在纤芯内的非耦合型光纤适合于早期实用化，另一方面，适当配置多个纤芯，通过MIMO接收器分离纤芯之间产生的信号彼此的干扰的随机耦合型光纤也有望作为下一代的传输介质。 多模式方式 光信号在光纤芯中传播时，在芯与位于其外侧的包层的边界反复全反射，并以各种振动状态传播。 该振动状态差异为传播模式，在芯径大的情况下，在一个芯内存在多个模式。 在多模方式中，将各核的多个模式用作逻辑上不同的光路径。 在各模式的信号之间，由于光纤输入输出和传播中、连接时会产生干扰，所以需要利用MIMO接收机去除干扰。 在此次研究中，使用了具有38个可3模传播芯和1个可单模传播芯的多芯多模光纤，其中只有3模可传播芯用于传输实验(参照图4 )。 MIMO受信機 在使用多模光纤或随机耦合多芯光纤的传输中，在进行模式分离(分离为每个模式/芯的单独的信号信道)时，几乎一定要将MIMO (多输入多输出)接收机 MIMO是用于在无线通信中消除多径干扰的信号处理技术。 在光学通信中，使用来消除在同一光纤中传播的不同光学信号之间的干扰。 偏波多重256 QAM 多值调制是多阶段控制光的相位和振幅来表现多个比特的技术，特别是，同时使用相位和振幅的技术被称为QAM ( quadrature amplitude modulation )。 256 QAM位于每个符号可取的相位空间的点(阶数)为256，能够在一个符号中传送8比特的信息( 28=256 )，并且能够在同一时间传送8倍于ook的信息(参见图4 ) 此外，可以对具有正交的两个偏振方向的光信号分别进行QAM调制，从而将位数加倍称为偏振复用。 关于这件事的咨询方式网络研究所光子ICT研究中心光子网络研究室 坂口淳、古川英昭 e-mail:PNs.web at mark ml.nict.go.j 宣传(接受采访)公关部新闻办公室E-mail: publicity |
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