光ネットワークの大容量化と長距離化を実現する非線形ひずみ補償技術

3．今回開発した非線形ひずみ補償技術

前章で述べた課題に対して筆者らは，回路規模を大幅に削減する新たな非線形ひずみ補償技術を開発した。この技術は，光ファイバーの非線形光学効果によるひずみを，信号帯域内の光信号により生じるチャネル内非線形ひずみと，信号帯域外の隣接の光信号により生じるチャネル間非線形ひずみに分離し，各々のひずみを個別の補償回路で効率的に補償することを特徴とする。チャネル内非線形ひずみ補償では，新規の近似的な非線形ひずみ解析式を導入することで，計算複雑性を大幅に削減し，回路規模1/10の簡易化を図った。加えて，チャネル間非線形補償では，100ギガビット毎秒を超える光伝送で標準的に用いられている，偏波多重伝送方式特有のチャネル間非線形ひずみ（非線形偏波クロストークと呼ばれる）に着目し，このひずみを効率的に補償可能な技術を確立した。これらの技術により，高い非線形ひずみ補償性能と回路規模の大幅な削減を実現し，世界初の実用化を可能とした。

本章では，この技術を構成する二つの要素技術について述べる。

3.1 低回路規模チャネル内非線形補償技術

本研究では，チャネル内非線形補償を効率的に補償するため，偏波多重伝送の基本方程式（マナコフ方程式）に着目し，更に非線形摂動解析の手法を適用することで，基本方程式の計算複雑性を大幅に削減した近似非線形ひずみ解析式を提案した。

従来の補償方式では，複数の光ファイバーと光中継増幅器から成る長距離伝送路に対しては，図-3に示すように10段以上の基本ブロック（LE＋NLE）が必要である。これに対して，図-4に示す摂動解析を基にしたアルゴリズムでは，光ファイバー伝送中の線形ひずみによるパルス広がりによるパルス間の相互作用や偏波間の相互作用を考慮することで，非線形ひずみ補償回路の性能の向上と，回路規模増大の大幅な抑制を実現した（図-3）。これにより，提案した非線形ひずみ補償では，一桁少ない基本ブロック段数で同等のひずみ補償性能を得ることができる。

図-3　摂動型非線形ひずみ補償方式による演算規模の削減

図-4　摂動解析手法を用いた非線形ひずみ補償アルゴリズム

3.2 チャネル間非線形ひずみ補償技術

光ファイバー伝送では複数のチャネルを波長多重して伝送する波長多重伝送技術が幅広く用いられている。このような波長多重伝送システムでは，波長チャネル間の非線形ひずみによっても伝送性能が制限される。本研究では，チャネル間非線形ひずみの一つである非線形偏波クロストークを，小規模なデジタル回路で効果的に補償する非線形偏波クロストークキャンセラーを提案した。特に，10ギガビット毎秒の強度変調信号が既に導入されている既存システムへ，更に大容量の光信号を段階的に導入する場合では，非線形偏波クロストークが多く発生する。提案した非線形偏波クロストークキャンセラーを搭載した光送受信器を用いることで，既設光ファイバーネットワークへ大容量光信号を導入する場合に発生する非線形ひずみを抑圧し，より経済的に光ネットワークの大容量化を進めることが可能となる。

5．むすび

本稿では，大容量光送受信器のための非線形ひずみ補償技術について述べた。

検討を開始した2008年の時点で，非線形ひずみ補償は，学術的研究は先行するものの，その巨大な回路規模から実用化は絶望的と見られていた。これに対して筆者らは，光通信分野の国内外の会議で複数の招待講演を含む多数の論文発表を行い，非線形ひずみ補償に関わる研究成果の発信と技術の普及に努め，大学や海外競合他社も巻き込んだ一大研究分野の形成に至らしめることで，技術開発を加速した。更に，学術的研究と実用化指向の両輪で試行錯誤を繰り返し，大幅な回路規模削減を達成し，足かけ9年の時を経て世界初の実用化を達成した。

今後，本技術の更なる発展により，超大容量・長距離通信ネットワークがより進化し，世界中で進行する高度情報化社会の礎となることを期待したい。

本研究の開発成果の一部は，独立行政法人情報通信研究機構（NICT）の委託研究「光トランスペアレント伝送技術の研究開発（λリーチ）」，および総務省委託研究「超高速・低消費電力光ネットワーク技術の研究開発」（平成25年度補正）により実施したものである。

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