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让毎秒100千兆位以上的光纤传输失真补偿电路规模缩小70%!

~ 可望在5年内用于下一代大规模数据通信~

富士通株式会社,株式会社富士通研究所,富士通研究开发中心有限公司

北京, 2010-09-21

富士通株式会社、株式会社富士通研究所(注1)、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。该算法用于补偿几百公里以上的长距离光纤传输时产生的波形失真,并把原来的电路规模削减了70%左右,实现了小型化电路设计。

人们梦想在骨干传输网络和大规模数据中心间的网络中,以比目前的每波长每秒10千兆传输系统更低的成本来实现100千兆位以上的传输。这一梦想曾被认为在10年内都难以实现,而该技术使其在5年内实现成为可能,并且成本比原来更低。

其结果可把现在每秒10千兆位的主流网络扩容10倍以上,使超高速、大容量数据的网络应用成为可能,这将给网络社会带来巨大变革。

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3)委托研究“通用链接技术的研究开发”的一个环节实施的。本技术的详细内容将在于9月19日(星期日)开幕的、在意大利都灵举办的国际会议“ECOC2010 (36th European Conference and Exhibition on Optical Communication)”上发表。

开发背景

随着因特网通信流量的增大,骨干传输网络和大规模数据中心间的网络需要采用更大容量的光纤传输系统。预计在2012年左右,波分复用的每波长每秒100千兆位的传输系统将正式投入商业运营。

技术课题

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4)而产生波形失真,因而很难正确地接收该信号。为此,“非线性补偿技术”(注5)的研究随之展开,该技术在接收机补偿信号失真,让其恢复成无失真波形。但是,用以往的技术来实现的“非线性补偿技术”需要超过1亿门的庞大的半导体集成电路,故在2020年之前都很难通过半导体技术来实现。所以,削减“非线性补偿技术”的电路规模成了亟待解决的迫切问题。

图1.使用于骨干传输网络的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。该信号处理算法可使失真补偿性能保持不变,且能把处理所需电路段数(注6)削减到大约四分之一,具体如下所示。

  1. 增加加权平均处理
    以前的技术在计算某一瞬间的信号失真补偿量时,只采用该瞬间的信号来计算。而在新技术中,我们发现通过一起使用该瞬间前后的信号来计算该瞬间的补偿量,可以使用较少的电路段数来实现高准确度的补偿。我们采用了加权平均来实现这一方案。
  2. 加权平均权重的确定算法
    为了用较少段数进行高准确度的补偿,需要根据传输距离等条件,正确地设定加权平均的权重。这次,我们开发出了一种从所接收到的波形中自动寻找合适的权重的方法。

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

图3.以前技术(△)和所开发技术(■)的电路段数与信号质量的关系

效果

把本技术应用于每秒112千兆位的、1200km的传输实验中,在以前技术中需用20段补偿电路才可以得到的信号质量,用本技术只需5段电路就可以了。基于电路规模的缩小,我们通过使用将于2013年正式采用的28nm CMOS半导体技术,使非线性补偿技术的实际应用大大提前。而使用以往技术的非线性补偿技术预计在10年内都难以实现实际应用。

依据本技术,我们可以构建低成本的超高速光纤通信网络。由此,我们可以在瞬间与世界上的任何一个地方进行高清晰度3D动画传输,或者,不论您在哪里,都可接受最先进的远程教育和医疗服务。

今后

我们计划把这次开发的技术装备在每秒100千兆位以上的下一代长距离光通信系统中,并计划在2015年实现实际应用。此外,我们还将探讨把其应用于更广泛的领域,例如面向数据中心和接入网的大容量短距离传输等。


  • [1] 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。

  • [2] 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。

  • [3] 注3

    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。

  • [4] 注4

    非线性光学效应:当非常强的光穿过光纤等物质时发生的、特殊的相互作用。这次的问题是自相位调制,即光的瞬时强度改变光波相位的现象。

  • [5] 注5

    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发生的波形失真的技术。

  • [6] 注6

    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。

关于Fujitsu(富士通)集团

Fujitsu(富士通)是世界领先的面向全球市场提供行业解决方案的ICT综合服务供应商。Fujitsu(富士通)拥有大约17万名员工遍布全球70个国家,Fujitsu(富士通)把世界各地的系统服务专家、高度可靠的计算通讯产品和先进的微电子技术结合起来,提供给客户更多的附加价值。富士通集团总部设在东京(东京证券交易所上市代码:6702),截至2010年3月31日财政年度结束时报告的合并收益为4.6兆日元(500亿美元)。
如需更多资讯,请浏览:http://www.fujitsu.com

富士通研究开发中心有限公司

富士通研究开发中心有限公司是日本富士通株式会社投资440万美元在中国境内设立的第一家独资法人研发机构。公司的研究领域覆盖了富士通株式会社的所有业务范围,即信息处理、通信、半导体和软件服务4大领域。
公司成立于1998年2月,公司的经营范围涉及多媒体系统的硬件、软件、半导体元器件与材料的技术开发和技术转让,提供相关的技术服务与咨询。
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网络系统研究所 光学研究部

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公司:株式会社富士通研究所

新闻ID: 2010-09-21
日期: 2010-09-21
城市: 北京
公司: 富士通株式会社, 株式会社富士通研究所, 富士通研究开发中心有限公司