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电路规模和功耗缩小约85%的高性能失真补偿电路

概要

富士通株式会社、株式会社富士通研究所(注1)和富士通研究开发中心有限公司(注2)开发了一种数字信号处理算法,该算法用于补偿数百公里以上的长距离光纤传输时产生的波形失真,并将以往补偿技术所需要的电路规模和功耗缩小约85%,这与我们去年9月所开发的技术(注3)相比也缩小了约50%。

集成了该算法的超高速长距离传输系统可以用更小的体积和更低的功耗,在通信运营商的骨干传输网络和大规模数据中心间的网络中提供每波长每秒100千兆位以上的传输容量。

由此可把现在每秒10千兆位的主流网络扩容到10倍以上,使超高速、大容量的数据应用成为现实,并且提供支持下一代智能手机和云服务的网络。

本研究的一部分是作为日本独立行政法人情报通信研究机构(National Institute of Information and Communications Technology,NICT)(注4)委托研究“通用链接技术的研究开发”的一个环节实施的。有关本技术的详细内容,已经于9月18日(星期日),在瑞士日内瓦举行的光通信国际会议“ECOC2011 (37th European Conference and Exhibition on Optical Communication)”上发表。

开发背景

随着智能手机的普及和云服务的发展,网络通信流量急剧增加。这样一来,很有必要在通信运营商的骨干传输网络和大规模数据中心间的网络中,采用低功耗、低成本的系统来传输更大容量的信息。预计到2012年,波分复用的每波长每秒100千兆位的传输系统(现在系统的10倍以上)将正式投入商业运营,并且今后还将继续更大容量的研究开发。

课题

当每秒100千兆位以上的超高速信号在光纤中传输的距离超过几百公里时,该超高速信号会因非线性光学效应(注5)而产生波形失真,导致很难正确地接收该信号。为此,我们开发了非线性补偿技术(注6),该技术将失真的波形用接收机校正后复原为正确的波形。

用以往的技术来实现“非线性补偿技术”需要超过1亿门的庞大半导体集成电路。如此庞大的电路规模在2020年之前,恐怕都难以通过半导体技术来实现,所以缩小电路规模成为了亟待决的课题。为此,我们去年9月开发了一种独特技术,该技术在很大程度上缩小了电路规模,预计在2015年左右可以实现商用(注7)。但是由于网络通信需求的持续增长,因此还希望进一步降低功耗和电路规模。

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图1.骨干传输网络中的集成数字信号处理技术的超高速光收发机

所开发技术

这次我们开发了一种新的信号处理算法,该算法可在失真补偿性能保持不变的情况下,将处理所需电路段数(注7)减少到大约原来技术的七分之一(约本公司之前开发技术的一半),具体如下所示。

1) 改善用于高精度失真补偿的数学模型
通过对信号失真进行数学建模和近似分析,成功地将在原来技术中被忽略的失真成分用数学模型表达出来,并且通过补偿该失真成分,从而采用较少电路段数实现了较好的失真补偿。

2) 开发有效的失真补偿电路
基于上述数学模型,我们开发了高精度、高效,且能够在小规模电路中实现的补偿算法结构。在去年9月我们所开发技术的基础上,加上这次的补偿算法,我们极大地提高了失真补偿的精度,从而使整体电路的规模、段数大大减少。

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图2.采用以前技术(a)和所开发技术(b)实现的补偿电路结构

效果

把本技术应用于每秒112千兆位的、1500km的传输实验中,在以前的技术中需用20段补偿电路才可以得到的信号质量,用这次开发的技术则只需3段(所用电路段数:减少约85%)就可以实现(见图3)。由此,本技术大大缩小了电路的规模和功耗。同时,当使用和原来技术相同的电路段数时,本技术可以得到更高品质的信号,从而有望实现更长距离的传输。

依据本技术,我们可以构建低功耗、低成本的光纤超高速网络,来传输比以往任何时候都要大得多的数据容量,以承载下一代智能手机和云计算等新服务。

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今后

我们计划把这次开发的技术搭载在每秒100千兆位以上的下一代长距离光通信系统中,并计划在2015年左右实现实际应用。此外,我们还将研究如何将其用于更广泛的领域,例如面向数据中心和接入网等的大容量短距离传输等。

关联网站

每秒100千兆位以上的光纤传输失真补偿电路规模缩小70%!(2010年9月21日) http://www.fujitsu.com/cn/about/resources/news/press-releases/2010/frdc-0921.html

关于商标

此处所列的所有其它公司或产品名称均为其各自所有者的商标或注册商标。

注释

(注1) 株式会社富士通研究所:代表取缔役社长 富田 达夫,总公司 神奈川县川崎市。

(注2) 富士通研究开发中心有限公司:董事长 佐佐木 繁,总公司 中国北京市。

(注3) 我们之前所开发的技术,请见“每秒100千兆位以上的光纤传输失真补偿电路规模缩小70%!(2010年9月21日)”,http://www.fujitsu.com/cn/about/resources/news/press-releases/2010/frdc-0921.html

(注4) 独立行政法人情报通信研究机构(NICT):理事长 宮原 秀夫、本部 東京都小金井市。

(注5) 非线性光学效应:当非常强的光穿过光纤等物质时,发生特殊的相互作用。这次是一种被称之为自相位调制的问题,即根据光的瞬间强度而改变光波相位现象。

(注6) 非线性补偿技术:消除在长距离光纤传输中因非线性效应而产生的波形失真的技术。

(注7) 电路段数:在非线性补偿技术中,由长距离传输而产生的线性失真和非线性失真需要交互式地逐段补偿,所以需要多段串联相同电路的结构。