東京--(美國商業資訊)--NTT Corporation（總裁兼執行長：Akira Shimada，簡稱NTT）成功進行了數位相干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。

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此次實驗中，NTT開發了一種超寬頻基頻放大器積體電路(IC)³模組和數位信號處理技術，能以極高精度補償光收發模組電路的失真。隨後，我們展示了每波長超過2 Tbit/s的數位相干光信號的傳輸和接收，並成功進行了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。

實驗結果顯示，數位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（高出傳統容量一倍以上），而且可實現長距離傳輸。這項核心技術有望引領IOWN⁴和6G計畫的全光子網路的發展。

隨著可解決各種社會問題的5G服務的普及，以及IOWN和6G服務的發展，預計未來的通訊流量將持續增加。作為IOWN的骨幹光通訊網路，全光子網路必須以低成本高效益的方式增加容量。未來，為了能夠以經濟的方式遠距離傳輸每秒1.6兆位元以上的超高速乙太網路信號，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，最佳化每個符號的資訊量，從而實現每波長超過2 Tbit/s的遠距離光傳輸容量。

為擴大每波長的傳輸容量，我們必須突破矽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一直在研發採用波段倍頻器技術的光傳輸系統和整合元件，這項技術可利用類比多工器(AMUX)來突破矽CMOS速度限制。NTT已成功產生符號率超過100 gigabaud的光信號⁸。不過，為能實現每秒多兆位元或更高的光傳輸容量，必須同時獲得更寬的頻寬和光收發一體模組中更高的電子放大器（激勵光調變器的激勵放大器）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）的技術需求隨之產生。

現在，我們展示了全球首例每波長超過2 Tbit/s的數位相干光信號的傳輸和接收（圖1，左），並在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獨創的超寬頻基頻放大器IC模組和超高精度數位信號處理技術相融合，實現了這項壯舉。

超寬頻基頻放大器IC模組

NTT一直在研發一種超寬頻基頻放大器IC³，這種積體電路採用磷化銦異質結雙極型電晶體(InP HBT)技術⁹構建，配備1毫米的同軸連接器，支援高達110 GHz的頻率。我們已成功建構了一種可封裝的模組，它具有超寬頻性能（圖2，左）以及足夠的增益和輸出功率（圖2，右）。目前，我們已將這種基頻放大器IC模組作為激勵放大器，用於激勵光調變器。

採用數位信號處理技術的超高精度光收發模組電路失真補償技術

NTT已開發出一種採用InP HBT技術的超寬頻基頻放大器IC模組，使我們能夠產生超高速信號。不過，用作激勵光調變器的激勵放大器時，該模組必須在高功率輸出範圍內工作，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，且光信號品質（信號頻段雜訊比）也會惡化。此外，對於超高速信號，由於光收發一體模組內部偏離了理想狀態，信號品質明顯下降。

在此次實驗中，NTT全球領先的數位信號處理技術以超高精度補償了調變激勵器中產生的非線性失真，以及光收發一體模組內部的理想偏差。我們擴大了IC模組的工作範圍，並成功提高了光信號品質（圖3）。利用這種高品質的超高速光信號，我們進行了一次光放大中繼傳輸實驗。我們將能夠最佳化信號點分布的PCS-144QAM⁵方法應用於176 gigabaud的超高速光信號，產生了高達2.11 Tbit/s的光信號。此外，我們利用可根據傳輸距離分配最佳資訊量的技術，成功地將2.02 Tbit/s的光信號傳輸到240公里以外（圖4）。

這項技術有望透過多工每波長超過2 Tbit/s的光信號，實現大容量信號的高度可靠傳輸。需要特別提及的是，用於提高光信號調變速度的技術不僅有助於增加每波長承載的容量，當結合波長資源擴充技術¹⁰時，還可產生大容量信號（如圖5所示）。我們的技術還有望實現長距離傳輸。NTT將繼續整合自有設備技術、數位信號處理技術和光傳輸技術，以此推動研發，實現IOWN和6G計畫的全光子網路。

¹ 根據NTT截至2022年9月的研究。

² 數位相干技術是一種結合數位信號處理和相干接收的傳輸方法。相干接收技術可在置於接收端的光源與接收的光信號之間產生干擾，從而能夠接收光的振幅和相位。偏振多工和相位調變等調變方法可提高頻率利用效率，而利用數位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開發的超寬頻基頻放大器積體電路(IC)，頻寬寬度位居全球前列。InP-HBT是實現放大器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援寬頻的電路結構新技術。NTT新聞稿：「可實現全球領先241 GHz頻寬的放大器積體電路：有望成為新一代資料中心和5G之後的通用型超高速設備技術」。
https://group.ntt/jp/newsrelease/2019/06/03/190603b.html

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

⁵ PCS(Probabilistic Constellation Shaping)是一項技術，可根據資訊理論最佳化信號點的分布和排列，從而降低信號傳輸的訊號雜訊比要求。正交振幅調變(QAM)是一種可同時傳遞關於信號光的振幅和相位的資訊的調變方法，144QAM代表144個信號點。透過將PCS技術應用於QAM系統，使根據傳輸路徑條件最佳化信號品質成為可能。

⁶ 一秒鐘內光波形切換的次數。一個176 gigabaud的光信號可透過每秒1,760億次的光波形切換來傳輸資訊。

⁷ 互補金屬氧化物半導體用於實現大規模功能，例如中央處理器(CPU)作為實現半導體積體電路的一種結構。由於信號量大，這種類型的電路常被用於大容量光傳輸的發送和接收。雖然速度的斷提高歸功於小型化，但化合物半導體在高速方面具有優勢。

⁸ NTT新聞稿：「波長多工光傳輸在全世界首次實驗成功，實現每波長1 Tbit/s的長距離傳輸：一種可支援物聯網和5G服務普及的未來大容量通訊網路技術」。
https://group.ntt/en/newsrelease/2019/03/07/190307a.html

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

¹⁰ NTT新聞稿：「利用光參數放大器進行寬頻光放大中繼傳輸在全世界首次獲得成功：容量達到傳統光放大器的兩倍以上」。
https://group.ntt/jp/newsrelease/2021/01/28/210128b.html

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