NTT Corporation（總裁兼首席執(zhí)行官：Akira Shimada，簡稱“NTT”）成功進行了數(shù)字相干2光信號的光傳輸實驗，每波長超過2 Tbit/s，速度在全球名列前茅1。

此次實驗中，NTT開發(fā)了一種超寬帶基帶放大器集成電路(IC)3模塊和數(shù)字信號處理技術，能以極高精度補償光收發(fā)模塊電路的失真。隨后，我們演示了每波長超過2 Tbit/s的數(shù)字相干光信號的傳輸和接收，并成功進行了2.02 Tbit/s光信號的光放大中繼傳輸實驗，傳輸距離為240公里。

實驗結果表明，數(shù)字相干光傳輸技術的進一步擴展不僅可讓每波長承載更大容量（高出傳統(tǒng)容量一倍以上），而且可實現(xiàn)長距離傳輸。這項核心技術有望引領面向IOWN4和6G計劃的全光子網(wǎng)絡的發(fā)展。

隨著可解決各種社會問題的5G服務的普及，以及IOWN和6G服務的發(fā)展，預計未來的通信流量將持續(xù)增加。作為IOWN的骨干光通信網(wǎng)絡，全光子網(wǎng)絡必須以低成本高效益的方式增加容量。未來，為了能夠以經(jīng)濟的方式遠距離傳輸每秒1.6太比特以上的超高速以太網(wǎng)信號，我們希望擴大每個光信號波長的傳輸容量和信號符號率6，優(yōu)化每個符號的信息量，從而實現(xiàn)每波長超過2 Tbit/s的遠距離光傳輸容量。

為擴大每波長的傳輸容量，我們必須突破硅互補金屬氧化物半導體(CMOS)7電路的速度限制。到目前為止，NTT一直在研發(fā)采用波段倍頻器技術的光傳輸系統(tǒng)和集成器件，這項技術可利用模擬復用器(AMUX)來突破硅CMOS速度限制。NTT已成功生成符號率超過100吉波特的光信號8。不過，為能實現(xiàn)每秒多太比特或更高的光傳輸容量，必須同時獲得更寬的帶寬和光收發(fā)一體模塊中更高的電子放大器（激勵光調(diào)制器的激勵放大器）輸出。此外，隨著速度的不斷提高，市場對能夠以極高精度補償理想光傳輸/接收電路的偏差（信號路徑長度的差異、信號路徑造成的損耗變化等）的技術需求隨之產(chǎn)生。

現(xiàn)在，我們展示了全球首例每波長超過2 Tbit/s的數(shù)字相干光信號的傳輸和接收（圖1，左），并在240公里的距離上成功進行了2.02 Tbit/s的光放大中繼傳輸實驗（圖1，右）。我們的團隊以先進方式將NTT獨創(chuàng)的超寬帶基帶放大器IC模塊和超高精度數(shù)字信號處理技術相融合，實現(xiàn)了這一壯舉。

超寬帶基帶放大器IC模塊

NTT一直在研發(fā)一種超寬帶基帶放大器IC3，這種集成電路基于磷化銦異質(zhì)結雙極型晶體管(InP HBT)技術9構建，配備1毫米的同軸連接器，支持高達110 GHz的頻率。我們已成功構建了一種可封裝的模塊，它具有超寬帶性能（圖2，左）以及足夠的增益和輸出功率（圖2，右）。目前，我們已將這種基帶放大器IC模塊作為激勵放大器，用于激勵光調(diào)制器。

基于數(shù)字信號處理技術的超高精度光收發(fā)模塊電路失真補償技術

NTT已開發(fā)出一種基于InP HBT技術的超寬帶基帶放大器IC模塊，使我們能夠產(chǎn)生超高速信號。不過，用作激勵光調(diào)制器的激勵放大器時，該模塊必須在高功率輸出范圍內(nèi)工作，因此激勵放大器輸出的非線性（輸出功率與輸入功率不成正比）成為一個問題，且光信號質(zhì)量（信號頻段噪聲比）也會惡化。此外，對于超高速信號，由于光收發(fā)一體模塊內(nèi)部偏離了理想狀態(tài)，信號質(zhì)量明顯下降。

在此次實驗中，NTT全球領先的數(shù)字信號處理技術以超高精度補償了調(diào)制激勵器中產(chǎn)生的非線性失真，以及光收發(fā)一體模塊內(nèi)部的理想偏差。我們擴大了IC模塊的工作范圍，并成功提高了光信號質(zhì)量（圖3）。利用這種高質(zhì)量的超高速光信號，我們進行了一次光放大中繼傳輸實驗。我們將能夠優(yōu)化信號點分布的PCS-144QAM5方法應用于176吉波特的超高速光信號，產(chǎn)生了高達2.11 Tbit/s的光信號。此外，我們利用可根據(jù)傳輸距離分配最佳信息量的技術，成功地將2.02 Tbit/s的光信號傳輸?shù)?40公里以外（圖4）。

這項技術有望通過復用每波長超過2 Tbit/s的光信號，實現(xiàn)大容量信號的高度可靠傳輸。需要特別提及的是，用于提高光信號調(diào)制速度的技術不僅有助于增加每波長承載的容量，當結合波長資源擴展技術10時，還可產(chǎn)生大容量信號（如圖5所示）。我們的技術還有望實現(xiàn)長距離傳輸。NTT將繼續(xù)整合自有設備技術、數(shù)字信號處理技術和光傳輸技術，以此推動研發(fā)，實現(xiàn)IOWN和6G計劃的全光子網(wǎng)絡。

1根據(jù)NTT截至2022年9月的研究。

2數(shù)字相干技術是一種結合數(shù)字信號處理和相干接收的傳輸方法。相干接收技術可在置于接收端的光源與接收的光信號之間產(chǎn)生干擾，從而能夠接收光的振幅和相位。偏振復用和相位調(diào)制等調(diào)制方法可提高頻率利用效率，而利用數(shù)字信號處理和相干接收的高精度光信號補償可顯著提高接收靈敏度。

3由NTT開發(fā)的超寬帶基帶放大器集成電路(IC)，帶寬寬度位居全球前列。InP-HBT是實現(xiàn)放大器IC的基礎，這種IC應用了我們獨特的高精度電路設計技術和可支持寬帶的電路結構新技術。NTT新聞稿：“可實現(xiàn)全球領先241 GHz帶寬的放大器集成電路：有望成為新一代數(shù)據(jù)中心和5G之后的通用型超高速設備技術”。
https://group.ntt/jp/newsrelease/2019/06/03/190603b.html

4NTT智能世界技術報告：什么是IOWN？(NTT Technology Report for Smart World: What’s IOWN?)：
https://group.ntt/jp/newsrelease/2019/05/09/190509b.html

5概率整形(PCS)是一項技術，可根據(jù)信息理論優(yōu)化信號點的分布和排列，從而降低信號傳輸?shù)男旁氡纫蟆Ｕ徽{(diào)幅(QAM)是一種可同時傳遞關于信號光的振幅和相位的信息的調(diào)制方法，144QAM代表144個信號點。通過將PCS技術應用于QAM系統(tǒng)，使根據(jù)傳輸路徑條件優(yōu)化信號質(zhì)量成為可能。

6一秒鐘內(nèi)光波形切換的次數(shù)。一個176吉波特的光信號可通過每秒1,760億次的光波形切換來傳輸信息。

7互補金屬氧化物半導體用于實現(xiàn)大規(guī)模功能，例如中央處理器(CPU)作為實現(xiàn)半導體集成電路的一種結構。由于信號量大，這種類型的電路常被用于大容量光傳輸?shù)陌l(fā)送和接收。雖然速度的斷提高得益于小型化，但化合物半導體在高速方面具有優(yōu)勢。

8NTT新聞稿：“波長復用光傳輸在全世界首次實驗成功，實現(xiàn)每波長1 Tbit/s的長距離傳輸：一種可支持物聯(lián)網(wǎng)和5G服務普及的未來大容量通信網(wǎng)絡技術”。
https://group.ntt/en/newsrelease/2019/03/07/190307a.html

9一種使用磷化銦（III-V族半導體）的異質(zhì)結雙極型晶體管，是一種具有出色速度和耐受電壓的晶體管。

10NTT新聞稿：“利用光參數(shù)放大器進行寬帶光放大中繼傳輸在全世界首次獲得成功：容量達到傳統(tǒng)光放大器的兩倍以上”。
https://group.ntt/jp/newsrelease/2021/01/28/210128b.html

圖1：我們的技術與傳統(tǒng)技術的結果比較（圖示：美國商業(yè)資訊）

圖2：放大器IC模塊的頻率特性和輸入/輸出功率特性（圖示：美國商業(yè)資訊）

圖3：通過對光收發(fā)模塊電路的超高精度失真補償，擴大了超寬帶基帶放大器的工作范圍（圖示：美國商業(yè)資訊）

圖4：每波長超過2 Tbit/s的光放大中繼傳輸?shù)膶嶒灲Y果（圖示：美國商業(yè)資訊）

圖5：實驗結果對未來發(fā)展的影響（圖示：美國商業(yè)資訊）

審核編輯 黃昊宇