近年の映像データの流通拡大やクラウド技術の進展に加え、5Gサービスなど新しい情報通信サービスの普及に伴い、トラフィックは増大し続けることが予想されます。このような状況に対応するためには、基幹系の光通信ネットワークにおいても、さらなる大容量化を経済的に実現することが求められています。そこで、NTTとNTT Comは、既設の光伝送システムの経済的な容量拡張に向けた、世界最高水準の技術の開発を進めてきました。
光信号当りの伝送容量の拡大は、光伝送システムの経済性の観点から重要であり、信号のシンボルレートや1シンボル当りの変調多値度を上げることが必要です。しかしながら、光フロントエンド回路部の信号経路長や信号経路による損失ばらつきなどの不完全性のため、光信号を高速かつ長距離の伝送が可能な品質の光多値信号を生成することは困難でした。さらに、高多値信号の長距離伝送には、高い光信号対雑音比が求められ、かつ非線形光学効果による信号の劣化を抑える必要がありました。

本実験にあたり、NTT Comの商用環境に敷設した光損失と光非線形性を低減させた新しいコア拡大低損失光ファイバケーブルと、NTTが新たに開発した光送受信機を用いて、1テラビット/秒光信号による波長多重信号の1122 km伝送環境を構築しました(図)。
NTT Comは、ITU-T G.654.Eに準拠したコア拡大低損失光ファイバケーブルを新たに商用環境に敷設しています。このコア拡大低損失光ファイバケーブルを用いて光伝送路を構築することにより、光ファイバを通過する光の減衰量を従来のファイバよりも低減して、高い光信号対雑音比を達成することができます。さらに光ファイバのコア径の拡大により、光ファイバ伝送中の非線形光学効果を低減することにより、光信号の波形の劣化を抑えることが可能となります。
本実験では、1テラビット/秒光信号生成のため、最先端のデジタル信号処理プロセッサと広帯域光フロントエンド回路を搭載した光送受信機によるデジタルコヒーレント技術を用いて、光の偏波、位相、および振幅に情報を乗せることで情報量の増大を実現する偏波多重32QAM変調信号(1波長当り500ギガビット/秒)と、2波のサブキャリア多重を利用しています。これにより、現在の実用システムの1チャネル当り100ギガビット/秒の10倍となる1テラビット/秒に伝送速度を高速化することが可能となりました。1波長当りの伝送容量を拡大させることにより、ビット当りの消費電力も既存装置と比較して、8割以上の削減を見込むことが可能となります。
加えて、NTT独自の技術を用いて、光送受信機内部の不完全性(信号経路長や信号経路による損失ばらつき等)を高精度に校正することにより、受信信号を理想信号に近づけることが可能となり、高品質な信号の送受信が可能となりました。これにより、高い信号品質が要求され、技術的難易度が非常に高い32QAM多値光変調信号において、世界最長となる1122 kmの長距離伝送の実証に成功しました。なお、本実験の一部は、総務省の委託研究「巨大データ流通を支える次世代光ネットワーク技術の研究開発」および「新たな社会インフラを担う革新的光ネットワーク技術の研究開により得られたデジタルコヒーレント光伝送技術を利用しています。

IOWNの実現に向けて、End-Endでのフォトニクス技術をベースにした大容量、低遅延、かつ柔軟性、消費電力に優れた革新的なネットワークをめざして、最先端の1テラビット/秒級の光伝送技術をさらに拡張発展していきます。その成果を活かした大容量光伝送システムと高性能な光ファイバ伝送路を含めた経済的かつ大容量なネットワークの実現を推進します。併せて、国内外の機関とも連携して、成果のグローバル展開をめざしていきます。