這項大容量通信網(wǎng)絡技術(shù)將支持創(chuàng)新光學與無線網(wǎng)絡(IOWN)和6G服務
NTT Corporation(總裁兼首席執(zhí)行官:Akira Shimada,簡稱“NTT”)成功進行了數(shù)字相干2光信號的光傳輸實驗,每波長超過2 Tbit/s,速度在全球名列前茅1。
此次實驗中,NTT開發(fā)了一種超寬帶基帶放大器集成電路(IC)3模塊和數(shù)字信號處理技術(shù),能以極高精度補償光收發(fā)模塊電路的失真。隨后,我們演示了每波長超過2 Tbit/s的數(shù)字相干光信號的傳輸和接收,并成功進行了2.02 Tbit/s光信號的光放大中繼傳輸實驗,傳輸距離為240公里。
實驗結(jié)果表明,數(shù)字相干光傳輸技術(shù)的進一步擴展不僅可讓每波長承載更大容量(高出傳統(tǒng)容量一倍以上),而且可實現(xiàn)長距離傳輸。這項核心技術(shù)有望引領面向IOWN4和6G計劃的全光子網(wǎng)絡的發(fā)展。
隨著可解決各種社會問題的5G服務的普及,以及IOWN和6G服務的發(fā)展,預計未來的通信流量將持續(xù)增加。作為IOWN的骨干光通信網(wǎng)絡,全光子網(wǎng)絡必須以低成本高效益的方式增加容量。未來,為了能夠以經(jīng)濟的方式遠距離傳輸每秒1.6太比特以上的超高速以太網(wǎng)信號,我們希望擴大每個光信號波長的傳輸容量和信號符號率6,優(yōu)化每個符號的信息量,從而實現(xiàn)每波長超過2 Tbit/s的遠距離光傳輸容量。
為擴大每波長的傳輸容量,我們必須突破硅互補金屬氧化物半導體(CMOS)7電路的速度限制。到目前為止,NTT一直在研發(fā)采用波段倍頻器技術(shù)的光傳輸系統(tǒng)和集成器件,這項技術(shù)可利用模擬復用器(AMUX)來突破硅CMOS速度限制。NTT已成功生成符號率超過100吉波特的光信號8。不過,為能實現(xiàn)每秒多太比特或更高的光傳輸容量,必須同時獲得更寬的帶寬和光收發(fā)一體模塊中更高的電子放大器(激勵光調(diào)制器的激勵放大器)輸出。此外,隨著速度的不斷提高,市場對能夠以極高精度補償理想光傳輸/接收電路的偏差(信號路徑長度的差異、信號路徑造成的損耗變化等)的技術(shù)需求隨之產(chǎn)生。
現(xiàn)在,我們展示了全球首例每波長超過2 Tbit/s的數(shù)字相干光信號的傳輸和接收(圖1,左),并在240公里的距離上成功進行了2.02 Tbit/s的光放大中繼傳輸實驗(圖1,右)。我們的團隊以先進方式將NTT獨創(chuàng)的超寬帶基帶放大器IC模塊和超高精度數(shù)字信號處理技術(shù)相融合,實現(xiàn)了這一壯舉。
超寬帶基帶放大器IC模塊
NTT一直在研發(fā)一種超寬帶基帶放大器IC3,這種集成電路基于磷化銦異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管(InP HBT)技術(shù)9構(gòu)建,配備1毫米的同軸連接器,支持高達110 GHz的頻率。我們已成功構(gòu)建了一種可封裝的模塊,它具有超寬帶性能(圖2,左)以及足夠的增益和輸出功率(圖2,右)。目前,我們已將這種基帶放大器IC模塊作為激勵放大器,用于激勵光調(diào)制器。
基于數(shù)字信號處理技術(shù)的超高精度光收發(fā)模塊電路失真補償技術(shù)
NTT已開發(fā)出一種基于InP HBT技術(shù)的超寬帶基帶放大器IC模塊,使我們能夠產(chǎn)生超高速信號。不過,用作激勵光調(diào)制器的激勵放大器時,該模塊必須在高功率輸出范圍內(nèi)工作,因此激勵放大器輸出的非線性(輸出功率與輸入功率不成正比)成為一個問題,且光信號質(zhì)量(信號頻段噪聲比)也會惡化。此外,對于超高速信號,由于光收發(fā)一體模塊內(nèi)部偏離了理想狀態(tài),信號質(zhì)量明顯下降。
在此次實驗中,NTT全球領先的數(shù)字信號處理技術(shù)以超高精度補償了調(diào)制激勵器中產(chǎn)生的非線性失真,以及光收發(fā)一體模塊內(nèi)部的理想偏差。我們擴大了IC模塊的工作范圍,并成功提高了光信號質(zhì)量(圖3)。利用這種高質(zhì)量的超高速光信號,我們進行了一次光放大中繼傳輸實驗。我們將能夠優(yōu)化信號點分布的PCS-144QAM5方法應用于176吉波特的超高速光信號,產(chǎn)生了高達2.11 Tbit/s的光信號。此外,我們利用可根據(jù)傳輸距離分配最佳信息量的技術(shù),成功地將2.02 Tbit/s的光信號傳輸?shù)?40公里以外(圖4)。
這項技術(shù)有望通過復用每波長超過2 Tbit/s的光信號,實現(xiàn)大容量信號的高度可靠傳輸。需要特別提及的是,用于提高光信號調(diào)制速度的技術(shù)不僅有助于增加每波長承載的容量,當結(jié)合波長資源擴展技術(shù)10時,還可產(chǎn)生大容量信號(如圖5所示)。我們的技術(shù)還有望實現(xiàn)長距離傳輸。NTT將繼續(xù)整合自有設備技術(shù)、數(shù)字信號處理技術(shù)和光傳輸技術(shù),以此推動研發(fā),實現(xiàn)IOWN和6G計劃的全光子網(wǎng)絡。
1 根據(jù)NTT截至2022年9月的研究。
2 數(shù)字相干技術(shù)是一種結(jié)合數(shù)字信號處理和相干接收的傳輸方法。相干接收技術(shù)可在置于接收端的光源與接收的光信號之間產(chǎn)生干擾,從而能夠接收光的振幅和相位。偏振復用和相位調(diào)制等調(diào)制方法可提高頻率利用效率,而利用數(shù)字信號處理和相干接收的高精度光信號補償可顯著提高接收靈敏度。
關于NTT
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圖1:我們的技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)的結(jié)果比較(圖示:美國商業(yè)資訊)
圖1:我們的技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)的結(jié)果比較(圖示:美國商業(yè)資訊)