光海底ケーブルにおける光ファイバー伝送技術動向

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けいしょうつちかね
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1 光海底ケーブルにおける光ファイバー伝送技術動向高橋英憲 ( 株 )KDDI 総合研究所光トランスポートネットワークグループ KDDI( 株 ) 海底ケーブルグループ兼務クローハルネットワークオヘレーションセンター 1

2 光海底ケーブルシステム無中継伝送 : 島嶼 ( とうしょ ) 部など光パワーが減衰光増幅器による中継伝送 : 東京 ~ 大阪など都市間太平洋横断 (~1 万 km) 光ファイバ伝送路光増幅器 (EDFA) ( 遠隔励起による増幅ラマン増幅による数 100km 級への延伸もある [1] 台以上の中継大洋横断級の長距離伝送が可能日本陸揚局光強度が増幅陸揚局アメリカ海底分岐装置海底中継器 2

3 通信用光ファイバの基本構造単一コアシングルモードファイバ (SMF) 送信側 LP01 クラッド全反射屈折率低い光信号直径 125 um 直径約 10μm ( コア : 光信号の通る所 ) 屈折率高い 1 コア 1 伝搬モード 3

光ファイバ伝送の基本構成と用語など情報 ( ビット列 ) 1001010 送信器光信号伝送路 ( 光ファイバ ) ( 光中継器 )

複雑な情報を表現できる伝送容量 ( 伝送速度 ): 1 秒に何ビット伝送できるか伝送容量の単位 :[bit/s] や [bps] (

4 光ファイバ伝送の基本構成と用語など情報 ( ビット列 ) 送信器光信号伝送路 ( 光ファイバ ) ( 光中継器 ) ( 光増幅器 ) 受信器情報 ( ビット列 ) ビット :0 か 1 か情報の最小単位複数のビットを送ると複雑な情報を表現できる伝送容量 ( 伝送速度 ): 1 秒に何ビット伝送できるか伝送容量の単位 :[bit/s] や [bps] ( ビット / 秒 ) 例 : ノートPCのLANケーブル :1G( ギガ )bps など 1T( テラ )bpsは 1Gbpsの1000 倍 4

5 ケーブル技術外装 DAケーブル水深 < 500m 外装 SAケーブル水深 < 1500m 無外装 LWSケーブル水深 < 3000m 無外装 LWケーブル水深 > 3000m 浅い海域ほどケーブルが切断される要因が多い 5

6 世界の光海底ケーブルネットワーク 6

7 太平洋横断ケーブル FASTER (2016 年 ) 1) ネットワーク構成日本 ~ 米国 2) 運用開始時期 2016 年 3) 初期設計容量 60Tbps 4) 総延長約 9,000km 5) 共同出資者 6) システム供給者 NEC ( 日本 ) KDDI ( 日本 ) China Mobile International ( 中国 ) China Telecom Global ( 中国 ) Google ( 米国 ) SingTel ( シンガポール ) Global Transit ( マレーシア ) 7

8 Fiber capacity (Tbit/s) 太平洋横断光海底ケーブルファイバ当たり容量変遷設計容量 FASTER(総容量60Tbps) TPC-5(EDFA中継)から 1光ファイバーペア当たり10Tbps 100 6FP x 100Gb/s x 100ch) 10 FASTER TGN-P 1 TPE Unity Japan-US TPC-5 WDM China-US TPC-5 (5Gbps/FP) Year G 100G 400G/1Tbps 2.5G 10G 約20年で1光ファイバペアあたり2000倍の容量に WDM: Wavelength Division Multiplexing (波長分割多重) 8

9 大容量化波長分割多重(WDM)伝送多チャネルを同時に伝送チャネル数を増加 33~50GHz 33~50GHz 10Gbit/s信号波長 or周波数 10Gbit/s信号波長 or周波数波長チャネル数倍に伝送容量が増加 9

10 大容量化波長分割多重(WDM)伝送多チャネルを同時に伝送チャネル間隔グリッドあたりの伝送容量の変化 33~50GHz 33~50GHz 10Gbit/s信号波長 or周波数 100Gbit/s 信号波長 or周波数変復調方式の進展による大容量化ディジタルコヒーレント伝送方式 10

11 変調の種類光の波 ~2011 年従来光の状態表現一度に 1 ビット送れる強度変調明暗光波の明るさ ( 大きさ ) に意味 01 暗明 10Gb/s x 40ch =0.4Tb/s ~2012 年製品 2ビット送れる 3ビット送れる位相変調 (QPSK) 光波の位置に意味 ~2014 年製品直交振幅変調 (8,16QAM) 100Gb/s x 80ch = 8Tb/s (20 倍 ) 40Gb/s x 80ch = 3.2Tb/s (8 倍 ) 将来 6 ビット送れる (64QAM) 400Gb/s x 80ch 可能 = 32Tb/s (80 倍 ) 400Gb/s x 40ch 可能 = 16Tb/s (40 倍 ) 11

12 従来の分散補償波長が長い光と波長が短い光で時間差が生じずれた信号 ( 歪んだ信号 ) になる +D fiber, 標準 SMF など分散補償ファイバ (DCF) や -D fiber TX 光ファイバを伝送逆の特性を持つ光ファイバ RX ずれて歪んだ信号元の信号波形に戻る 1 スパン Unityなど歪む / 戻るを100 回以上繰り返して太平洋横断する分散マネージドファイバ (DMF) と呼ばれる +D fiber -D fiber +D fiber -D fiber EDFA EDFA +D fiber -D fiber EDFA TX RX 12

13 ディジタル信号処理による分散補償 +D fiber +D fiber EDFA EDFA 分散補償ファイバ無し TX RX A/D 変換ずれる (1 スパン分 ) さらにずれる (1 スパン分 ) ずれて歪んだまま受信器へコヒーレント受信ディジタル信号化ディジタル信号処理計算でずれ分を補正する例では 2 スパン分補償計算上で復元分散補償ファイバ (DCF, -D fiber) が不要に 13

14 分散補償ファイバが不要とできるメリット FASTER 従来例 : UNITY 従来 :2 種類のファイバを敷設修理も 2 種類のファイバを考慮 : 送受信器内にチャネルごとに分散補償ファイバが必要 FASTER: いずれも不要に非線形光学効果により生じる信号劣化を低減 (WDM の高密度化 ) 14

15 最近の動向 C+Lバンド増幅中継伝送従来の光海底ケーブルはCバンドのみ利用容量2倍伝送損失 Cバンド Lバンド波長同一の伝送容量を得る場合 WDM ｽﾌﾟﾘｯﾀ Cバンドのみ中継器(2ファイバ) WDM カプラ C+Lバンド中継器(ファイバ数半分) 中継器内のEDFA数は変わらないケーブル内ファイバ数を半分により細いケーブルで大容量化が可能に低コスト化に寄与 15

最近の動向 :C+L バンド増幅中継伝送, Open cable 香港 ~ 米国西海岸の 12800km ([1]: 設計容量記載無 ) ケーブル設計容量 :Open cable ( ケーブルのみ先に建設, 送受信器未定 ) 120Tbps(2016 年 10 月発表 by Google [2]) 144Tbps(2018 年 2 月発表 by PLDC [3])[4] 出資 : Google

16 最近の動向 :C+L バンド増幅中継伝送, Open cable 香港 ~ 米国西海岸の 12800km ([1]: 設計容量記載無 ) ケーブル設計容量 :Open cable ( ケーブルのみ先に建設, 送受信器未定 ) 120Tbps(2016 年 10 月発表 by Google [2]) 144Tbps(2018 年 2 月発表 by PLDC [3])[4] 出資 : Google Facebook PLDC 運用開始 :2019 年 ( 予定 ) 出展 [1]: 出展 [2]: 出展 [3]: 出展 [4]: 16

17 高次 QAM による伝送容量アップグレード出展 :V. Kamalov et al, FASTER Open Submarine Cable, ECOC2017, Th2E5 (2017) FASTER の当初設計容量は QPSK であり 8QAM を採用することで周波数利用効率を向上 ( 4bit/s/Hz へ ) ( 抜粋 )In addition, it represents the highest spectral efficiency of 8QAM live-traffic in a Trans-Pacific system, with a record spectral efficiency of 4.0 b/s/hz. 17

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<4D F736F F D208E518D6C B791BD8F6482CC8FDA8DD72E646F63> 参考 4 波長多重の詳細 1 波長多重の基本 1.1 波長多重の方式異なる波長の光を 1 本の光ファイバで伝送することを波長多重伝送という波長多重をする方式には以下の 2 方式がある (1) 粗い波長多重 CWDM(Coarse Wavelength Division Multiplexing) (2) 密な波長多重 DWDM(Dense Wavelength Division Multiplexing)

光海底ケーブルにおける 光ファイバー伝送技術動向

光海底ケーブルにおける光ファイバー伝送技術動向