東京～名古屋間以上の長距離で従来比3倍以上の大容量伝送、都市間を結ぶIOWN APNの基盤技術
NTT、100テラビット／秒超の大容量光伝送を800kmの長距離間で実証
2024年09月03日 15時00分更新
NTTは2024年9月3日、超長波長帯（U帯）の波長帯一括変換技術を用いた100Tbps超の長距離光増幅中継伝送に、世界で初めて成功したことを発表した。これまでの光伝送技術と比べて3倍以上の大容量データ伝送を実現する基盤技術であり、将来的にはIOWNや6GのAPN（オールフォトニクスネットワーク）の長距離伝送における活用が期待される。
実証実験では、80kmごとに光増幅中継器をはさむ周回伝送実験ネットワークを構築。これを用いて、14.85THz帯域の光増幅中継を行い、伝送距離800kmで115.3Tbpsの総伝送容量を達成した。この距離は、100Tbpsを超える伝送実証では最長だという。さらに、伝送距離2400kmでも72.6Tbpsの容量を達成し、本州全体をカバーできる技術水準に達していることを示した。
今回発表された実証成果の概要
長距離伝送に使える波長資源を拡大したことで、伝送容量をこれまでの3倍以上に拡大。IOWN APNの実現目標にも近づいた
NTT未来ねっと研究所 トランスポートイノベーション研究部 グループリーダの小林孝行氏
既存の光ファイバーと伝送設備をそのまま使って大容量化／長距離化
メディア向けの技術解説を行ったNTT未来ねっと研究所 トランスポートイノベーション研究部 グループリーダの小林孝行氏は、今回の発表が持つ意味合いを次のように説明した。
「既存技術では、約4THzの帯域幅を使い、数十～数Tbpsの伝送容量で数千kmの距離をカバーしていた。今回の技術実証では、波長資源を超長波長帯（U帯）まで拡大することで、大容量化と長距離化を両立した。これにより、たとえば日本の基幹光ネットワークで“大動脈”となる東京－名古屋間の500km超の距離でも、光増幅中継が行える。IOWN APNでは2030年以降、100Tbpsで1000kmの伝送距離を目指しており、これを実現するための基盤技術となる」
光伝送に使われる波長帯。長距離伝送では現在、C帯＋L帯（約4THz幅）が使われているが、今回はそこにU帯も加えて（14.85THz幅）大容量化を実現した
前述したとおり、今回は伝送距離800kmの実証実験において、全チャネル1Tbps超のビットレート、総伝送容量で115.3Tbpsを達成。また2400kmの距離でも72.6Tbpsを達成している。小林氏はさらに、今回の技術は大規模な追加投資を必要とせず、既設の光ファイバーや伝送設備をそのまま活用できるものである点も強調した。
「既設の光ファイバー設備を使って大容量化できるため、経済的にもメリットがある。アプリケーションが大容量通信を求めるようになっても、ネットワークコストを高めずにサービスを提供できる」
広帯域光増幅中継伝送の実証実験結果（伝送距離は○が480km、△が800km、□が2400kmを示す）
長距離光伝送を可能にした3つの技術成果
今回の長距離光伝送実証は、NTTによる3つの技術成果によって実現されている。
ひとつめは、波長帯一括変換技術を適用した「U帯用光増幅中継器の開発」だ。
光通信で使われる波長帯域は、波長が短いものからC帯（従来帯）、L帯 (長波帯）、U帯（超長波帯）と分類される。現在実用化されている長距離の伝送システムでは、C帯、L帯の伝送装置（送受信機や光増幅中継器）を利用している。
ここに、波長多重でU帯の信号も追加すれば伝送容量をさらに拡大できる。だが、U帯に対応する長距離の伝送装置は、C帯／L帯向けのそれで使われている既存の材料では実現が難しく、その開発には大きな時間とコストががかるため、実用化されていなかった。
そこでNTTは、既存の光ファイバーと伝送装置をそのまま活用するかたちで、U帯の新規導入を可能にする「波長帯一括変換技術」を開発した。これはC帯とL帯の波長多重信号を、光信号のままU帯の信号へと一括変換する技術だ。既存の伝送システムにこの技術を組み込み、既存の光増幅中継器（C帯、L帯に対応）の前後で変換を行うことで、長距離光ファイバー区間の伝送容量を拡大できる。
本技術の概要。従来帯域（C帯、L帯）対応の送受信機や光増幅中継器を使いつつ、その前後で波長帯変換技術を用いてU帯に変換し、波長多重でU帯の帯域も伝送に活用する
中継器における波長帯変換の仕組み。入力のU帯信号をL帯信号に変換したうえで増幅を行い、ふたたびU帯信号に変換して出力する
2つめは、広帯域伝送設計技術である。
C帯、L帯、U帯を使う広帯域の光伝送においては、さまざまな物理的事象が複雑に相互作用することになり、最適な伝送条件を実験的に調べることが難しい。この課題に対して、NTTでは理論計算モデル（ガウシアンノイズモデル）を独自に改良することで、3つの波長帯の合計伝送容量が最大になるよう伝送条件を計算。これを今回の実験に適用した。
この結果、短波長（C帯、L帯）から長波長（U帯）の信号光へパワーが遷移する特性（誘導ラマン散乱効果）を利用して、光ファイバーでの損失が大きいU帯信号における低損失化を実現。伝送容量と長距離化を両立する伝送設計を可能にしたという。
広帯域伝送設計技術の概要。長距離伝送に最適なC帯、L帯、U帯それぞれの信号強度とスペクトル形状を計算、適用した
3つめは、超高速デジタルコヒーレント信号送受信技術の開発である。
各波長のデジタルコヒーレント信号として、シンボルレート144ギガボーの偏波多重PCS-QAM信号を採用した。NTTでは、回路性能を最大限引き出すデジタル信号処理技術を開発し、これを高速回路技術に適用することで、2023年6月に発表していた成果に比べて、シンボルレートを約10％高速化し、より長距離伝送に適した信号を実現した。
これにより、伝送距離に応じて1波長あたり約600Gbpsから最大1.3Tbpsまでの高速多値光信号を高品質に送受信できるという。
超高速デジタルコヒーレント信号送受信技術の概要
今回実証された技術の実用化に向けて、NTTでは通信の信頼性や長時間の安定性を高めていくとしている。さらに、短波長側への拡大も含めたさらなる広帯域化（20THz超）、光ファイバー伝送路や伝送システム全体の特性に適したフレキシブルな波長資源拡大による大容量化を進める。とくに波長資源拡大技術は、波長あたりの高速化（マルチテラビット化）技術を融合させることで、伝送容量と伝送距離を同時に拡張できる技術として進化させる考えだという。
またNTTでは、2030年以降のIOWNおよび6GにおけるAPNの進化に向けて、独自のデバイス技術、デジタル信号処理技術、光伝送技術の融合を深化させるための研究開発を進めていくことを改めて強調した。
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