NTT Corporation（總裁兼首席執(zhí)行官：Akira Shimada，簡(jiǎn)稱“NTT”）成功進(jìn)行了數(shù)字相干2光信號(hào)的光傳輸實(shí)驗(yàn)，每波長(zhǎng)超過2 Tbit/s，速度在全球名列前茅1。

此次實(shí)驗(yàn)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(hào)處理技術(shù)，能以極高精度補(bǔ)償光收發(fā)模塊電路的失真。隨后，我們演示了每波長(zhǎng)超過2 Tbit/s的數(shù)字相干光信號(hào)的傳輸和接收，并成功進(jìn)行了2.02 Tbit/s光信號(hào)的光放大中繼傳輸實(shí)驗(yàn)，傳輸距離為240公里。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，數(shù)字相干光傳輸技術(shù)的進(jìn)一步擴(kuò)展不僅可讓每波長(zhǎng)承載更大容量（高出傳統(tǒng)容量一倍以上），而且可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離傳輸。這項(xiàng)核心技術(shù)有望引領(lǐng)面向IOWN4和6G計(jì)劃的全光子網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。

隨著可解決各種社會(huì)問題的5G服務(wù)的普及，以及IOWN和6G服務(wù)的發(fā)展，預(yù)計(jì)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(luò)，全光子網(wǎng)絡(luò)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(jì)的方式遠(yuǎn)距離傳輸每秒1.6太比特以上的超高速以太網(wǎng)信號(hào)，我們希望擴(kuò)大每個(gè)光信號(hào)波長(zhǎng)的傳輸容量和信號(hào)符號(hào)率6，優(yōu)化每個(gè)符號(hào)的信息量，從而實(shí)現(xiàn)每波長(zhǎng)超過2 Tbit/s的遠(yuǎn)距離光傳輸容量。

為擴(kuò)大每波長(zhǎng)的傳輸容量，我們必須突破硅互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)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(shù)的光傳輸系統(tǒng)和集成器件，這項(xiàng)技術(shù)可利用模擬復(fù)用器(AMUX)來突破硅CMOS速度限制。NTT已成功生成符號(hào)率超過100吉波特的光信號(hào)8。不過，為能實(shí)現(xiàn)每秒多太比特或更高的光傳輸容量，必須同時(shí)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(lì)光調(diào)制器的激勵(lì)放大器）輸出。此外，隨著速度的不斷提高，市場(chǎng)對(duì)能夠以極高精度補(bǔ)償理想光傳輸/接收電路的偏差（信號(hào)路徑長(zhǎng)度的差異、信號(hào)路徑造成的損耗變化等）的技術(shù)需求隨之產(chǎn)生。

現(xiàn)在，我們展示了全球首例每波長(zhǎng)超過2 Tbit/s的數(shù)字相干光信號(hào)的傳輸和接收（圖1，左），并在240公里的距離上成功進(jìn)行了2.02 Tbit/s的光放大中繼傳輸實(shí)驗(yàn)（圖1，右）。我們的團(tuán)隊(duì)以先進(jìn)方式將NTT獨(dú)創(chuàng)的超寬帶基帶放大器IC模塊和超高精度數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)相融合，實(shí)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(jié)雙極型晶體管(InP HBT)技術(shù)9構(gòu)建，配備1毫米的同軸連接器，支持高達(dá)110 GHz的頻率。我們已成功構(gòu)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(lì)放大器，用于激勵(lì)光調(diào)制器。

基于數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的超高精度光收發(fā)模塊電路失真補(bǔ)償技術(shù)

NTT已開發(fā)出一種基于InP HBT技術(shù)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(hào)。不過，用作激勵(lì)光調(diào)制器的激勵(lì)放大器時(shí)，該模塊必須在高功率輸出范圍內(nèi)工作，因此激勵(lì)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(gè)問題，且光信號(hào)質(zhì)量（信號(hào)頻段噪聲比）也會(huì)惡化。此外，對(duì)于超高速信號(hào)，由于光收發(fā)一體模塊內(nèi)部偏離了理想狀態(tài)，信號(hào)質(zhì)量明顯下降。

在此次實(shí)驗(yàn)中，NTT全球領(lǐng)先的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)以超高精度補(bǔ)償了調(diào)制激勵(lì)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(kuò)大了IC模塊的工作范圍，并成功提高了光信號(hào)質(zhì)量（圖3）。利用這種高質(zhì)量的超高速光信號(hào)，我們進(jìn)行了一次光放大中繼傳輸實(shí)驗(yàn)。我們將能夠優(yōu)化信號(hào)點(diǎn)分布的PCS-144QAM5方法應(yīng)用于176吉波特的超高速光信號(hào)，產(chǎn)生了高達(dá)2.11 Tbit/s的光信號(hào)。此外，我們利用可根據(jù)傳輸距離分配最佳信息量的技術(shù)，成功地將2.02 Tbit/s的光信號(hào)傳輸?shù)?40公里以外（圖4）。

這項(xiàng)技術(shù)有望通過復(fù)用每波長(zhǎng)超過2 Tbit/s的光信號(hào)，實(shí)現(xiàn)大容量信號(hào)的高度可靠傳輸。需要特別提及的是，用于提高光信號(hào)調(diào)制速度的技術(shù)不僅有助于增加每波長(zhǎng)承載的容量，當(dāng)結(jié)合波長(zhǎng)資源擴(kuò)展技術(shù)10時(shí)，還可產(chǎn)生大容量信號(hào)（如圖5所示）。我們的技術(shù)還有望實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離傳輸。NTT將繼續(xù)整合自有設(shè)備技術(shù)、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和光傳輸技術(shù)，以此推動(dòng)研發(fā)，實(shí)現(xiàn)IOWN和6G計(jì)劃的全光子網(wǎng)絡(luò)。

1根據(jù)NTT截至2022年9月的研究。

2數(shù)字相干技術(shù)是一種結(jié)合數(shù)字信號(hào)處理和相干接收的傳輸方法。相干接收技術(shù)可在置于接收端的光源與接收的光信號(hào)之間產(chǎn)生干擾，從而能夠接收光的振幅和相位。偏振復(fù)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(hào)處理和相干接收的高精度光信號(hào)補(bǔ)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(shí)現(xiàn)放大器IC的基礎(chǔ)，這種IC應(yīng)用了我們獨(dú)特的高精度電路設(shè)計(jì)技術(shù)和可支持寬帶的電路結(jié)構(gòu)新技術(shù)。NTT新聞稿：“可實(shí)現(xiàn)全球領(lǐng)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(shè)備技術(shù)”。
https://group.ntt/jp/newsrelease/2019/06/03/190603b.html

4NTT智能世界技術(shù)報(bào)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(xiàng)技術(shù)，可根據(jù)信息理論優(yōu)化信號(hào)點(diǎn)的分布和排列，從而降低信號(hào)傳輸?shù)男旁氡纫蟆Ｕ徽{(diào)幅(QAM)是一種可同時(shí)傳遞關(guān)于信號(hào)光的振幅和相位的信息的調(diào)制方法，144QAM代表144個(gè)信號(hào)點(diǎn)。通過將PCS技術(shù)應(yīng)用于QAM系統(tǒng)，使根據(jù)傳輸路徑條件優(yōu)化信號(hào)質(zhì)量成為可能。

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

7互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體用于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模功能，例如中央處理器(CPU)作為實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體集成電路的一種結(jié)構(gòu)。由于信號(hào)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(dǎo)體在高速方面具有優(yōu)勢(shì)。

8NTT新聞稿：“波長(zhǎng)復(fù)用光傳輸在全世界首次實(shí)驗(yàn)成功，實(shí)現(xiàn)每波長(zhǎng)1 Tbit/s的長(zhǎng)距離傳輸：一種可支持物聯(lián)網(wǎng)和5G服務(wù)普及的未來大容量通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)”。
https://group.ntt/en/newsrelease/2019/03/07/190307a.html

9一種使用磷化銦（III-V族半導(dǎo)體）的異質(zhì)結(jié)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(jìn)行寬帶光放大中繼傳輸在全世界首次獲得成功：容量達(dá)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(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)的結(jié)果比較（圖示：美國(guó)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(guó)商業(yè)資訊）

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

圖4：每波長(zhǎng)超過2 Tbit/s的光放大中繼傳輸?shù)膶?shí)驗(yàn)結(jié)果（圖示：美國(guó)商業(yè)資訊）

圖5：實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)未來發(fā)展的影響（圖示：美國(guó)商業(yè)資訊）

審核編輯 黃昊宇