TOKIO–(BUSINESS WIRE)–NTT Corporation (President und CEO: Akira Shimada, ,,NTT”) ist das weltweit schnellste1 optische ?bertragungsexperiment f?r digitale koh?rente2 optische Signale mit mehr als 2 Tbit/s pro Wellenl?nge gelungen.

In diesem Experiment hat NTT ein Verst?rker-IC3-Modul f?r einen Ultrabreitbandverst?rker and und eine digitale Signalverarbeitungstechnologie entwickelt, die mit extrem hoher Genauigkeit Verzerrungen in der optischen Transceiver-Schaltung kompensieren k?nnen. Anschliessend haben wir die ?bertragung und den Empfang digitaler koh?renter optischer Signale mit mehr als 2 Tbit/s pro Wellenl?nge demonstriert und unter Verwendung eines optischen Verst?rkers ein optisches Signal mit 2,02 Tbit/s erfolgreich ?ber 240 km ?bertragen.

Dieses Ergebnis legt nahe, dass durch die weitere Skalierbarkeit der digitalen, koh?rent-optischen ?bertragungstechnologie sowohl eine hohe Kapazit?t pro Wellenl?nge – die mehr als doppelt so hoch ist wie die herk?mmliche – als auch eine lange ?bertragungsstrecke erreicht werden kann. Diese Kerntechnologie soll die Entwicklung des All-Photonics-Netzes der Initiativen IOWN4 und 6G vorantreiben.

In Zukunft d?rfte der Kommunikationsverkehr infolge der Verbreitung von 5G-Diensten, die verschiedene soziale Probleme angehen werden, sowie der Entwicklung von IOWN- und 6G-Diensten zunehmen. Das All-Photonics-Netz, das Backbone-Netz f?r die optische Kommunikation der IOWN, muss auf kosteneffiziente Weise eine noch gr?ssere Kapazit?t erreichen. Um zuk?nftig Ultra-High-Speed-Ethernet-Signale von 1,6 Terabit pro Sekunde oder mehr ?ber grosse Entfernungen wirtschaftlich ?bertragen zu k?nnen, hoffen wir, durch eine Erweiterung der ?bertragungskapazit?t pro optischer Signalwellenl?nge und der Signalsymbolrate6 eine optische Fern?bertragung mit mehr als 2 Tbit/s pro Wellenl?nge zu erreichen und die Informationsmenge pro Symbol zu optimieren.

Um die ?bertragungskapazit?t pro Wellenl?nge zu erh?hen, muss die Geschwindigkeitsgrenze von Silizium-CMOS7-Halbleiterschaltungen ?berwunden werden. Bis dato hat NTT optische ?bertragungssysteme und integrierte Ger?te unter Verwendung der Bandverdopplertechnologie erforscht und entwickelt, die die Geschwindigkeitsgrenze von Silizium-CMOS unter Verwendung von AMUX ?berwindet, und es ist uns gelungen, optische Signale mit einer Symbolrate von ?ber 100 Gigabaud8 zu erzeugen. Um jedoch optische ?bertragungen von mehreren Terabit pro Sekunde oder mehr zu realisieren, muss sowohl eine gr?ssere Bandbreite als auch eine h?here Leistung des elektrischen Verst?rkers (Treiberverst?rker zur Ansteuerung des optischen Modulators) im optischen Transceiver erreicht werden. Da die Geschwindigkeiten weiter steigen, besteht ausserdem ein Bedarf an Technologien, die in der Lage sind, Abweichungen von der idealen optischen ?bertragungs-/Empfangsschaltung (Unterschiede in der Signalpfadl?nge, Verlustvariationen aufgrund von Signalpfaden usw.) mit extrem hoher Genauigkeit zu kompensieren.

Jetzt haben wir weltweit erstmals die ?bertragung und den Empfang eines digitalen, koh?rent-optischen Signals mit mehr als 2 Tbit/s pro Wellenl?nge demonstriert (Fig. 1, links) und erfolgreich ein ?bertragungsexperiment mit einem optischen Verst?rkungs-Repeater mit 2,02 Tbit/s ?ber 240 km durchgef?hrt (Fig. 1, rechts). Unser Team hat diese Leistung durch die fortschrittliche Verschmelzung des originalen IC-Moduls von NTT f?r Ultrabreitband-Basisband-Verst?rker und ultrapr?ziser digitaler Signalverarbeitungstechnologie erreicht.

Ein IC-Modul f?r Ultrabreitband-Basisband-Verst?rker

NTT hat einen Ultrabreitband-Basisbandverst?rker-IC3 erforscht und entwickelt, der auf der InP-basierten Heterojunction Bipolar Transistor (InP HBT)-Technologie9 basiert und mit einem 1-mm-Koaxialstecker ausgestattet ist, der Frequenzen bis zu 110 GHz unterst?tzt. Es ist uns gelungen, ein Modul zu entwickeln, das in einem Geh?use montiert ist und eine Ultrabreitbandleistung (Fig. 2, links) sowie eine ausreichende Verst?rkung und Ausgangsleistung (Fig. 2, rechts) aufweist. Gegenw?rtig haben wir dieses Basisbandverst?rker-IC-Modul als Treiberverst?rker zur Ansteuerung eines optischen Modulators eingesetzt.

Eine ultrapr?zise optische Transceiver-Schaltung zur Kompensation von Verzerrungen auf der Grundlage digitaler Signalverarbeitungstechnologie

NTT hat ein IC-Modul f?r Ultrabreitband-Basisband-Verst?rker entwickelt, das auf der InP HBT-Technologie basiert und die Erzeugung von Ultra-Hochgeschwindigkeitssignalen erm?glicht. Wenn es jedoch als Treiberverst?rker zur Ansteuerung eines optischen Modulators verwendet wird, muss es in einem hohen Leistungsbereich arbeiten, so dass die Nichtlinearit?t des Treiberverst?rkerausgangs (bei der die Ausgangsleistung nicht proportional zur Eingangsleistung ist) zu einem Problem wird und sich die optische Signalqualit?t (Signal-Band-Rauschverh?ltnis) verschlechtert. Zudem macht sich bei ultraschnellen Signalen eine Verschlechterung der Signalqualit?t bemerkbar, die auf die Abweichung vom Idealwert innerhalb des optischen Transceivers zur?ckzuf?hren ist.

In diesem Experiment kompensierte die weltweit f?hrende digitale Signalverarbeitungstechnologie von NTT die im Modulatortreiber erzeugte nichtlineare Verzerrung und die Abweichung vom Idealwert innerhalb des optischen Transceivers mit h?chster Pr?zision. Wir haben den Betriebsbereich des IC-Moduls erweitert und konnten die optische Signalqualit?t verbessern (Fig. 3). Mit diesem hochwertigen optischen Ultra-Hochgeschwindigkeitssignal haben wir ein ?bertragungsexperiment mit optischer Verst?rkung durchgef?hrt. Das PCS-144QAM5-Verfahren, das die Verteilung der Signalpunkte optimiert, wurde auf ein optisches Ultrahochgeschwindigkeitssignal von 176 Gigabaud angewandt, um ein optisches Signal von bis zu 2,11 Tbit/s zu erzeugen. Ausserdem ist es uns gelungen, ein optisches Signal von 2,02 Tbit/s ?ber 240 km zu ?bertragen. Dabei kam eine Technologie zum Einsatz, die entsprechend der ?bertragungsdistanz die optimale Informationsmenge zuordnet (Fig. 4).

Diese Technologie soll eine ?usserst zuverl?ssige ?bertragung von Hochleistungssignalen mit mehr als 2 Tbit/s pro Wellenl?nge erm?glichen, indem sie optische Signale b?ndelt. Insbesondere die Technologie zur Erh?hung der Modulationsgeschwindigkeit optischer Signale tr?gt nicht nur zur Erh?hung der Kapazit?t pro Wellenl?nge bei, sondern kann, wie in Fig. 5 gezeigt, in Kombination mit der Technologie zur Erweiterung der Wellenl?ngenressourcen10 auch Hochleistungssignale erzeugen. Unsere Technologie soll auch die ?bertragung ?ber grosse Entfernungen erm?glichen. NTT wird die Forschung und Entwicklung vorantreiben, indem es die Integration der eigenen Ger?tetechnologie, der digitalen Signalverarbeitungstechnologie und der optischen ?bertragungstechnologie im Hinblick auf die Realisierung eines All-Photonics-Netzes im Rahmen der IOWN- und 6G-Initiativen fortsetzt.

1 Laut NTT-Recherche vom September 2022

2 Die digitale koh?rente Technologie ist ein ?bertragungsverfahren, das digitale Signalverarbeitung und koh?renten Empfang kombiniert. Der koh?rente Empfang ist eine Technologie, die es erm?glicht, die Amplitude und Phase von Licht zu empfangen, indem sie Interferenzen zwischen einer Lichtquelle auf der Empfangsseite und dem empfangenen optischen Signal verursacht. Modulationsverfahren wie Polarisationsmultiplexing und Phasenmodulation verbessern die Effizienz der Frequenznutzung, und die hochpr?zise optische Signalkompensation durch digitale Signalverarbeitung und koh?renten Empfang f?hrt zu einer deutlichen Verbesserung der Empfangsempfindlichkeit.

3Ein von NTT entwickelter Ultrabreitband-Basisbandverst?rker-IC (Integrated Circuit) mit der weltweit gr?ssten Bandbreite. InP-HBT ist ein Verst?rker-IC, der unsere einzigartige hochpr?zise Schaltungsentwicklungstechnologie und eine neue Schaltungsarchitekturtechnologie nutzt, die Breitband erm?glicht. Pressemitteilung von NTT: ,,Achievement of Amplifier IC with World’s Widest 241 GHz Bandwidth: Expected as General-Purpose Ultra High-Speed Device Technology for Next-Generation Data Centers and Beyond 5G”
https://group.ntt/jp/newsrelease/2019/06/03/190603b.html

4NTT Technology Report for Smart World: What’s IOWN?:
https://group.ntt/jp/newsrelease/2019/05/09/190509b.html

5PCS (Probabilistic Constellation Shaping) ist eine Technologie, die die Anforderungen an das Signal-Rausch-Verh?ltnis bei der Signal?bertragung reduziert, indem die Verteilung und Anordnung der Signalpunkte auf Grundlage der Informationstheorie optimiert wird. QAM (Quadrature Amplitude Modulation) ist eine Modulationsmethode, die Informationen sowohl ?ber die Amplitude als auch ?ber die Phase des Lichtsignals ?bertr?gt. 144QAM hat 144 Signalpunkte. Durch Anwendung der PCS-Technologie auf das QAM-System wird es m?glich, die Signalqualit?t entsprechend den Bedingungen der ?bertragungsstrecke zu optimieren.

6Die Anzahl an Umschaltungen der optischen Wellenform in einer Sekunde. Ein optisches 176-Gigabaud-Signal ?bertr?gt Informationen, indem es die optische Wellenform 176 Milliarden Mal pro Sekunde umschaltet.

7Komplement?re Metalloxid-Halbleiter werden verwendet, um umfassende Funktionen wie z. B. eine CPU als Struktur zur Realisierung einer integrierten Halbleiterschaltung zu realisieren. Diese Art von Schaltung wird h?ufig f?r die ?bertragung und den Empfang von optischen ?bertragungen mit grosser Kapazit?t verwendet, da die Signalmenge gross ist. Obwohl die Geschwindigkeit aufgrund der Miniaturisierung zunimmt, sind Verbindungshalbleiter in Bezug auf die hohe Geschwindigkeit ?berlegen.

8Pressemitteilung von NTT: ,,World’s First Successful Wavelength Multiplexing Optical Transmission Experiment for Long-distance Transmission of 1 Tbit/s per Wavelength: A Future Large-Capacity Communication Network Technology Supporting the Spread of IoT and 5G Services”
https://group.ntt/en/newsrelease/2019/03/07/190307a.html

9 Ein Bipolartransistor mit Hetero?bergang unter Verwendung von Indiumphosphid, einem Halbleiter der Gruppe III-V. Es handelt sich um einen Transistor mit ausgezeichneter Geschwindigkeit und Spannungsfestigkeit.

10 Pressemitteilung von NTT: ,,World’s First Success in Broadband Optical Amplification Relay Transmission Using Optical Parametric Amplifier: Capable of More than Twice the Capacity of Conventional Optical Amplifiers”
https://group.ntt/jp/newsrelease/2021/01/28/210128b.html

?ber NTT

NTT glaubt an die L?sung sozialer Probleme durch unsere Gesch?ftsaktivit?ten, indem wir Technologie f?r das Gute einsetzen. Seit ?ber 150 Jahren ist ein innovativer Ansatz Teil unserer Kultur. Dieser innovative Ansatz f?hrt zu bahnbrechenden Errungenschaften, die eine nat?rlichere und nachhaltigere Welt erm?glichen. NTT Research and Development gibt Einsichten, Innovationen und Wissen an die Betriebsunternehmen und Partner von NTT weiter, um neue Ideen und L?sungen zu f?rdern. Unsere Forschungslabors auf der ganzen Welt konzentrieren sich auf k?nstliche Intelligenz, photonische Netzwerke, theoretische Quantenphysik, Kryptographie, Gesundheits- und Medizininformatik, intelligente Datenplattformen und digitales Twin Computing. Als einer der f?hrenden f?nf globalen Anbieter von Technologie- und Gesch?ftsl?sungen stellen unsere unterschiedlichen Teams Services f?r mehr als 190 L?nder und Regionen bereit. Wir beliefern mehr als 75 % der Fortune Global 100 Unternehmen und Tausende weiterer Kunden sowie Gemeinschaften weltweit. Weitere Informationen ?ber NTT finden Sie unter https://www.rd.ntt/e/.

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