基準光配信と光コムを用い、光源一つで大容量コヒーレント光通信に成功

光通信システムの広帯域化と低コスト化に活用

2024年7月24日
国立研究開発法人情報通信研究機構（NICT）

ポイント
■ 光源一つで商用光通信装置200台分に相当する毎秒336テラビットの大容量光通信を実証
■ 基準光配信とS、C、L波長帯のほぼ全域でコヒーレント光通信に利用可能な広帯域光コムを組み合わせて実現
■ 商用光通信システムの広帯域化と、通信用光源の削減による低コスト化に貢献

　国立研究開発法人情報通信研究機構（NICT（エヌアイシーティー）、理事長: 徳田 英幸）フォトニックネットワーク研究室を中心とした国際共同研究グループは、基準光配信と光コム技術を組み合わせて、最新の商用光通信装置200台分の伝送容量に相当する毎秒336テラビットの光通信を実証しました。従来の方式であれば200個の光源が必要ですが、今回の実証では光源一つで達成しました。
　本研究で当グループは、光通信の周波数規格に準拠し、S、C、L波長帯のほぼ全域でコヒーレント光通信を可能とする高品質光コムの生成に世界で初めて成功しました。これをネットワーク上での基準光配信技術と組み合わせ、送受信ノード間で自動的に周波数が同期する650波長のコヒーレント光通信チャネルを構築しました。これらの通信チャネルで多値変調と空間多重を行い、大容量伝送を実現しました。
　本成果は、S帯通信用光源モジュールの商用化開発・実装を代替し得るもので、商用の波長多重通信の広帯域化を加速し、波長ごとに異なる数百個の通信用光源を用意する必要がなくなるので光通信システムの低コスト化が期待できます。加えて、マルチコアファイバなどの空間多重を更に活用すると、1本の光ファイバ回線当たり数千台分の通信装置からの光源削減が可能と見込まれ、より一層の低コスト化が期待されます。
　本実験結果の論文は、米国サンディエゴにて開催された第47回光ファイバ通信国際会議（OFC 2024）にて、非常に高い評価を得て、最優秀ホットトピック論文（Postdeadline Paper）として採択され、現地時間2024年3月28日（木）に発表しました。

背景
　増大し続ける通信量に対応するため、波長ごとに異なるデータを載せる波長多重や、光経路数の多い新型の光ファイバを用いる空間多重などの光通信技術が開発されています。NICTでは、商用の波長帯（C帯、L帯）とそれ以外の波長帯（O帯、E帯、S帯、U帯）を同時に活用する、合計周波数帯域37テラヘルツのマルチバンド波長多重通信をこれまでに実証しました。しかし、従来方式でこれを実用化するには多数の光源を送受信側にそれぞれ用意する必要があり、実験用の光源を用いると既存の設備に収まりません。実際の長距離通信システムで必要とされる、通信規格に準拠し小型にパッケージ化された光源はC、L帯用に限られ、S帯などの光源の商用化が必要でした。

今回の成果
　今回、当グループはS、C、L波長帯のほぼ全域（16テラヘルツの周波数帯域）で、光通信の25ギガヘルツ周波数規格に準拠し、コヒーレント光通信に利用可能な高品質光コムを生成することに世界で初めて成功しました。この光コム技術を、高精度な時刻同期や観測等の目的で研究されている基準光配信技術と組み合わせ、650波長のコヒーレント光通信システムを構築しました（図1参照）。

【画像：https://kyodonewsprwire.jp/img/202407193865-O1-Bifi8kcu】
 図1 基準光配信と光コム技術によって、通信チャネルの周波数が自動的に同期する光ネットワークのイメージ図

　送受信ノード間の650波長のコヒーレント光通信チャネルは、基準光配信と光コム技術によって自動的に周波数が同期するようになっているため、個別の光源モジュールの発振周波数の制御が不要となります（図2参照）。実験では、3モード型マルチコアファイバの1コアのみを用いて構築した通信チャネルで、偏波多重16QAM方式の信号変調とモード多重を行い、最新の商用光通信装置200台分（毎秒1.6テラビット×200=毎秒320テラビット）に相当する、毎秒336テラビット（毎秒200ギガビット×650×3×誤り訂正効率（平均86%程度）=毎秒336テラビット）の伝送容量を達成しました。同じ伝送容量を実現するように従来の方式でコヒーレント光通信システムを設計した場合、O、E、S、C、L、U波長帯（40テラヘルツの周波数帯域）において200台分の個別の光源が必要であり、O、E、S、U帯用光源の商用化も必要でしたが、今回の実証では個別の光源を用いず、一つだけの光源と光コムを用いて達成できました。

【画像：https://kyodonewsprwire.jp/img/202407193865-O2-6XGGBU4c】
図2 従来方式で設計した場合の毎秒320テラビット級光通信システムと、本研究の比較
前者はO帯～U帯まで周波数帯が拡張（合計40テラヘルツ）された200台分の最新の商用光通信装置を必要とする。後者で必要な光源は一つだけである。
　
　なお、本実験結果の論文は、光ファイバ通信関係最大の国際会議の一つである第47回光ファイバ通信国際会議（OFC 2024、開催地：米国サンディエゴ、2024年3月24日（日）～3月28日（木））で非常に高い評価を得て、最優秀ホットトピック論文（Postdeadline Paper）として採択され、現地時間3月28日（木）に発表しました。

今後の展望
　本技術は、S帯における通信用光源モジュールの商用化開発・実装を代替し得るもので、マルチバンド波長多重通信の商用化を加速すると期待されます。また、本実験は39コアファイバの1コアのみを通信に用いて実施したもので、ファイバの全コアを活用した場合は毎秒12ペタビット程度（毎秒336テラビット×38=毎秒12.7ペタビット。商用光通信装置7,500台分相当）の伝送容量が得られる見込みです。すなわち、本技術によって7,500台分の通信装置から通信用光源を削減することが可能と見込まれ、光通信システムのより一層の低コスト化が期待されます。

採択論文
国際会議: OFC 2024 最優秀ホットトピック論文（Postdeadline Paper）
論文名: Wideband S, C,+ L-Band Comb Regeneration in Large-Scale Few-Mode MCF Link with Single-Mode Seed Channel
著者名: B. J. Puttnam, D. Orsuti, R. S. Luis, M. S. Neves, M. van den Hout, G. Di Sciullo, G. Rademacher, J. Sakaguchi, C. Antonelli, C. Okonkwo, L. Palmieri, and H. Furukawa

関連する過去のNICTの報道発表
・2024年3月29日 「既存の光ファイバ伝送で、伝送容量と周波数帯域の世界記録を達成」
　https://www.nict.go.jp/press/2024/03/29-1.html
・2023年10月5日 「従来世界記録の2倍、伝送容量が毎秒22.9ペタビットの光ファイバ通信を可能に」
　https://www.nict.go.jp/press/2023/10/05-1.html