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为通信流量急剧增加的下一代智能手机和云服务发展提供网络支持

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。每段补偿电路的补偿能力大约为原来技术的20倍,本公司原来技术的3倍,从而成功地实现了更长距离的传输。另外,电路的功耗大约减少到原来的1/3,从而降低了整个网络的功耗。   

根据该技术,在通信运营商的骨干网络和大规模数据中心间的网络中,因为不需要使用再生中继器,所以可以提供低功耗、低成本的超高速长距离传输系统,并为下一代智能手机和云服务提供网络支持。      

用于验证本次开发技术的接收端数字信号处理LSI由日本总务省委托的《超高速光纤传输技术的研究开发》提供支持。另外本研究的一部分来自日本独立行政法人情报通信研究机构(National Institute of Information and Communications Technology,NICT)的委托研究《光透明传输的研究开发(λ reach)》和《通用链接技术的研究开发》。

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。在通信运营商的骨干网络和大规模数据中心间的网络中,很有必要采用低功耗、低成本的系统来传输更大容量的信息。目前正在加速开展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)的商业化,并且今后还将继续研究开发更大容量的通信系统。

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,该信号会因非线性光学效应(注3)而产生波形失真,导致很难正确地接收该信号。为此,我们研究了非线性补偿技术(注4),该技术将失真的波形校正后复原为正确的波形。如果该技术得以实施,我们就可以不使用价格昂贵且功耗很高的再生中继器而直接延长信号的传输距离,从而降低整个网络的成本和功耗。

到目前为止,我公司开展了在接收器内用数字信号处理电路来补偿因光纤传输而产生的波形失真的研究开发。去年9月,我们所开发的独特技术大幅度降低了补偿电路的规模,但是面对日益增长的数据通信流量,我们需要更高效、更低功率的补偿技术。

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图1.骨干传输网络和使用数字信号处理的超高速光收发机

所开发技术

这次我们开发了一种新的信号处理算法,该算法可以将补偿电路规模缩小到大约原来技术的1/20(约为本公司原来开发技术的1/3),从而提高了补偿效率。所开发技术具体如下所示。

1) 思路的转换:从“接收端复原波形”到“发射端改造波形”

原来是按照“复原失真波形”的思路,针对接收端的信号进行补偿处理。这次我们采用新的预失真的思路,即“在发射端通过适当的处理来保证接收端直接得到正确的波形”。和接收端的补偿电路不同,发射端的预失真电路的输入波形中由于不含有噪音及失真,对波形的演算处理也变得相对容易。

2) 充分利用行业标准DP-QPSK(注5)调制方式的特点

在原来的技术中,我们追求的是对所有信号都采用相同的补偿方法。可是目前降低补偿电路规模的技术已经接近极限。于是这次我们在每秒100千兆位的传输装置中,主要围绕事实标准的DP-QPSK信号,通过简化计算方法,从而大规模削减补偿电路规模。

3) 通过发射光的脉冲化来改善性能

将发射机输出的光信号转换为归零脉冲(注6),我们发现非线性补偿的效果得到了改善。

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图2.验证开发技术效果的实验系统

效果

在每秒112千兆位的传输试验中,该技术仅使用1段电路就能获得较其他公司原来技术(使用20段电路)更高的信号质量(图3)。电路规模的小型化实现了大幅度降低功耗的目标。

利用本技术,可以提供低功耗、低成本的超高速长距离传输系统,并为下一代智能手机和云服务提供网络支持。

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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

开发高性能失真补偿电路,该电路可以大大缩小超大容量光纤传输系统的电路规模和功耗。(2011年9月26日) http://www.fujitsu.com/cn/about/resources/news/press-releases/2011/frdc-0926.html

关于商标

此处所列的产品名或固有名词均为各公司的商标或注册商标。

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) 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4) 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5)DP-QPSK: Dual-Polarization Quadrature Phase Shift Keying (双偏振四相相移调制),在每秒100千兆位光传输系统中的事实标准调制/解调方式。

(注6)归零脉冲:将光信号在调制符号的边界处削减到零的方式。