2015 年 3 月 27 日日本電信電話株式会社沖電気工業株式会社波長多重技術を用い経済的に伝送距離と伝送容量を拡大する PON 技術を共同開発 ~ 世界初 40km の伝送距離 従来の 40 倍の伝送容量 32 倍の収容ユーザ数を実現する広域光アクセス実証実験に成功 ~ 日本電信電話株式会社 (

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1 2015 年 3 月 27 日日本電信電話株式会社沖電気工業株式会社波長多重技術を用い経済的に伝送距離と伝送容量を拡大する PON 技術を共同開発 ~ 世界初 40km の伝送距離 従来の 40 倍の伝送容量 32 倍の収容ユーザ数を実現する広域光アクセス実証実験に成功 ~ 日本電信電話株式会社 ( 本社 : 東京都千代田区 代表取締役社長 : 鵜浦博夫 以下 NTT) と沖電気工業株式会社 ( 本社 : 東京都港区 代表取締役社長 : 川崎秀一 以下 OKI) の2 社は 波長多重技術と組み合わせた新たな PON 技術 1 である WDM/-PON 技術 2 を共同開発しました 本技術を用いて 40km の伝送距離と従来の 40 倍に当たる 40Gbit/s の総伝送容量 32 倍のユーザ数にあたる 1024 ユーザの収容を可能とする光アクセスシステムのフィールド伝送実験に世界で初めて成功しました なお本成果の一部については 光通信に関する国際学会 OFC2015(Optical Fiber Communication Conference 2015 米国ロサンゼルスで 3 月 22 日 ~26 日開催 ) で 3 月 26 日 ( 米国西海岸時間 ) にポストデッドライン論文 3 として発表します 1. 研究開発の背景今回の研究開発は 総務省の委託研究 超高速 低消費電力光ネットワーク技術の研究開発 ( アクセスネットワーク ( 加入者 局舎ネットワーク ) 高速大容量化 低消費電力化技術 ) を受託し実施したものです 次世代光アクセスシステムの研究開発では 年々増加するブロードバンドユーザのトラフィックに対応すべく 通信容量の大容量化が求められています また 伝送距離を伸ばし収容ユーザ数を増やすことにより 装置を配置する局舎数や局舎内の装置数を削減できるため 効率的な運用と消費電力削減が実現できます このように大容量化 広域化 収容ユーザ数の増加をもたらすために 従来の時間多重を用いた (Time Division Multiplexing)-PON 技術の限界を超えるさらなる技術革新が求められています NTT のアクセスサービスシステム研究所 ( 以下 NTT の研究所 ) と OKI は 本課題を解決すべく 従来の -PON 技術と コア メトロネットワークで活用されてきた長距離伝送用の波長多重 (Wavelength Division Multiplexing:WDM) 技術とを組み合わせた WDM/-PON 技術 ( 図 1) の確立を目指し研究に取り組んできました -PON 技術という効率的に複数のユーザを収容可能な技術に加え WDM 技術によって総帯域を大きく拡大するとともに 少ない損失で長距離の伝送が可能になります 2. 研究開発の内容と成果

2 今回 NTT の研究所と OKI が開発した WDM/-PON 技術 は (1) 波長可変型 バースト光送受信器 4 (2) 波長多重バースト光増幅器 (3) 波長切替制御プロトコルから構 成されます (1) 波長可変型バースト光送受信器の開発 NTT OKI WDM/-PON では ( 宅内装置 ) によって使用波長が異なるため 各々異なる仕様の を用意した場合 管理コストの上昇や誤接続が発生する可能性があります これらを防止するためには の光送受信器に波長可変機能 ( カラーレス化 ) が必要となります 本開発では PON の上り伝送方式であるバースト伝送 4 に対応した波長可変機能付き光送受信器として 小型 低コストタイプと高速波長可変タイプの 2 種類を実現しました ( 図 2) (2) 波長多重バースト光増幅器の開発 NTT WDM/-PON の 40km 1024 分岐を実現するためには 波長多重された上りバースト信号を経済的に増幅する光増幅技術 5 が必要です また 上りバースト信号の出力レベルを均一化し 入力ダイナミックレンジ 6 を拡大する必要があります 本開発では装置の小型経済化を実現するため 利得媒体 7 として半導体光増幅器 (Semiconductor Optical Amplifier SOA) を用いました また SOA の利得を高速に制御する自動利得制御 (Automatic gain control AGC) 技術を確立し 部品点数の削減によるさらなる経済化を実現しました ( 図 3) (3) 波長切替制御プロトコルの開発 NTT OKI 本開発装置の1 波長あたりの総帯域は最大 10Gbit/s( 4 波長 =40Gbit/s) であり 同一波長の のトラフィックの総和が 10Gbit/s を超えると フレーム損が発生する可能性があります これに対処するため 運用中に の波長をトラフィック量の少ない別の波長に切替えることができる波長切替プロトコルを開発しました また 波長切替中は局側装置及び がフレーム送信を停止して蓄積し 切替完了後に蓄積フレームの送信を再開する機能を実装することで フレーム損を発生させない波長切替を可能にしました 2 社はこれらの新規開発技術を実装した OLT( 局内装置 ) 光増幅器を用いてフィールド実証実験を実施しました 実験は 札幌の複数の NTT 東日本ビルを光ファイバで結び 総伝送距離 40km 1024 分岐の広域加入者系光ネットワークを模擬したテストベッド 8 を構築して行いました ( 図 4 5) OLT と との距離 40km において 1024 分岐のファイバ構成で の接続動作を世界で初めて確認しました また上り下りで総帯域 40Gbit/s となる良好な伝送特性とフレーム損のない波長切替が行えることや, トラフィック量が少ない場合は稼働波長数を減らすことで,OLT の消費電力を削減できることを世界

3 で初めて確認, 実証しました 本技術開発で得られた成果は ITU-T G.989 9( 通称 NG-PON2) の標準化活動にて提案 し 採択される見込みです 3. 今後の展開今後は 開発した WDM/-PON 技術 のさらなる信頼性向上を目指すとともに 装置の小型化にも取り組んでいきます また 合わせて国内外の機関とも連携し 成果のグローバル展開を目指していきます WDM/-PON 波長 =1024 分岐 40G 級 OLT エッジルータ 将来コア網 10G 級カラーレス 光増幅器 40km 以上 図 1 WDM/-PON の概念図

4 200 mm 4ch EML TOSA High output power 4ch burst-mode EML array. W 4ch APD ROSA 4ch APD-TIA array and AWG module. W H H W5.3xH6.3xL19.6 mm W6.8xH5.8xL17.3 W7xH6xL20 mm (a)oki 開発品 (b)ntt 開発品 図 2 波長可変型バースト光送受信器の写真 ( 用 :2 タイプ ) 図 3 バースト光増幅器の写真

5 40km ビル A ビル B ビル A ビル B ビル A 64 分岐スプリッタ WDM/-PON 16 分岐 OLT スプリッタ 測定器 波長多重バースト光増幅器 OSU1 OSU2 OSU3 OSU4 MUX/DEMUX 測定器 測定器 図 4 実験構成図 OLT 波長多重バースト光増幅器 図 5 実験の様子の写真 用語解説 1 PON (Passive Optical Network) 光ファイバ網において 光カプラと呼ばれる電源を使用しない分岐装置を用いて 複数の光ファイバを接続する形態のネットワーク技術 2 WDM/-PON 時分割多重技術で伝送する 10Gbit/s の -PON を複数波長多重して 1 つのファイバで伝送し 総帯域を経済的に 40Gbit/s 以上に増やすことができるアクセス系の伝送技術 が波長可変性を有することで のカラーレス化や波長間に跨る帯域共有を可能

6 としている 3 ポストデッドライン論文一般論文投稿締め切り後 ( ポストデッドライン ) に受け付けられる論文で 本分野の研究機関が会議直前の最新技術によって光通信技術の最高性能を競う 会議期間内で論文選考が行われ 高く評価された研究成果のみが報告される 4 バースト光送受信 ( バースト伝送 ) ある時間間隔をおいて 間欠的に発生する信号をバースト信号と呼び それらを送受することをバースト光送受信と呼ぶ PON システムの場合 上り ( ユーザから通信事業者 ) 方向において 各ユーザからの信号は 互いに衝突を避けるためにバースト状になる 5 光増幅技術光信号を電気信号に変えずに 光のまま直接増幅する技術 6 ダイナミックレンジ扱うことのできる最小の信号と最大の信号の大きさの比 光増幅器においては これが大きいほど 広範囲のユーザを収容することができる 7 利得媒体光増幅器において光の増幅を行う物質 特殊な物質を添加した光ファイバや半導体などが用いられる 8 テストベッド研究段階の技術を検証するために構築する実運用状態に近い実験環境 9 ITU-T G.989 国際電気通信連合電気通信標準化部門 (International Telecommunication Union Telecommunication Standardization Sector) が標準化した 多波長の信号を多重して伝送する PON 規格 NG-PON2(Next Generation Passive Optical Network Phase 2) とも呼ばれる 本件に関するお問い合わせ先 NTT 情報ネットワーク総合研究所企画部広報担当 TEL: inlg-pr@lab.ntt.co.jp 沖電気工業株式会社広報部山本 TEL: press@oki.com

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