世界初、標準外径光ファイバで55モード多重、毎秒1.53ペタビットの伝送成功

Beyond 5G後の情報通信インフラを見据えた技術開発

　NICT（エヌアイシーティー）は、ベル研究所、プリズミアン、クイーンズランド大学と共同で、標準外径（0.125 mm）55モード光ファイバにおいてモード多重技術を駆使し、世界で初めて、標準外径の光ファイバで毎秒1.53ペタビット大容量伝送実験に成功しました。今回の実験では、商用の波長帯域（C帯）を用いて55ものモード多重に成功、周波数帯域当たりのビット数を飛躍的に増やし、標準外径光ファイバの伝送容量世界記録を更新しました。

今回の伝送システム

【ポイント】

■　世界で初めて、標準外径の55モード光ファイバで毎秒1.53ペタビットの大容量伝送実験に成功
■　55モード多重により周波数帯域当たりのビット数を飛躍的に増加、更なる伝送容量拡大の見通し
■　Beyond 5G後の情報通信インフラを見据えた技術開発に先鞭を付ける

　国立研究開発法人情報通信研究機構（NICT（エヌアイシーティー）、理事長: 徳田 英幸）ネットワーク研究所のラーデマッハ・ ゲオルグ・フレデリック主任研究員らのグループは、ベル研究所（Nokia Bell Labs、米国）、プリズミアン（Prysmian Group、フランス・オランダ）、クイーンズランド大学（The University of Queensland、オーストラリア）と共同で、標準外径（0.125 mm）55モード光ファイバにおいてモード多重技術を駆使し、世界で初めて、標準外径の光ファイバで毎秒1.53ペタビット大容量伝送実験に成功しました。
　今回の実験では、商用の波長帯域（C帯）を用いて55ものモード多重に成功、周波数帯域当たりのビット数を飛躍的に増やし、標準外径光ファイバの伝送容量世界記録を更新しました。先行しているマルチバンド波長多重技術との併用により、今後の更なる伝送容量の拡大も見込めることから、Beyond 5G後の情報通信インフラを見据えた技術開発に先鞭を付けました。
　本実験結果の論文は、第48回欧州光通信国際会議（ECOC 2022）にて非常に高い評価を得て、最優秀ホットトピック論文（Postdeadline Paper）として採択され、現地時間2022年9月22日（木）に発表しました。

【背景】
　増大し続ける通信量に対応するための新型光ファイバ研究が進み、近年は、既存製造設備でケーブル化が可能な標準外径の新型光ファイバを利用した伝送システムの研究開発が行われています。NICTは、標準外径4コア光ファイバやシングルコア・15モード光ファイバを用いた伝送システムを構築して、それぞれ毎秒1ペタビットの伝送実験に成功しました。標準外径光ファイバではコア数に限界があり、今後更なる伝送容量向上にはモード数の増加が必要ですが、モード多重伝送では、モードごとの伝搬特性に差があると信号品質の劣化や信号処理負担の増大が生じるため、15モードを超える大容量伝送実験は報告されていませんでした。

【今回の成果】

図1 今回の伝送システム

　プリズミアンのシングルコア・55モード光ファイバ、NICTのモード多重送受信技術、ベル研究所及びクイーンズランド大学の設計・製作による多重反射位相板方式のモード合波器/分波器を利用し、NICTが伝送システムを構築し、合計毎秒1.53ペタビット光信号の25.9 km伝送に成功しました。今回、55ものモード多重信号のMIMO処理を行うために、高速かつ並列度の高い信号受信システムを構築し、全モードの信号を一括で受信しました。受信後にMIMO処理を行った結果、C波長帯の184波長において偏波多重16QAM信号のモード分離に成功しました。過去の15モード多重伝送と比較すると、モード数の増加に伴い、周波数帯域当たりのビット数が3倍以上（332ビット/秒/Hz）に向上しています。今回の実験ではC波長帯を用いましたが、今後、波長帯域をマルチバンド化していくことで更なる伝送容量の拡大を見込めます。

　現在、世界中でBeyond 5G情報通信社会の実現に向け開発が進められていますが、通信デバイスや通信量等の持続的な増加に鑑み、Beyond 5G後の情報通信インフラ技術についても現時点から検討を始めておく必要があります。本成果は、Beyond 5G後を見据えた技術開発の重要な一歩です。

【今後の展望】
　今後、更なる伝送容量の拡大を目指し、周波数帯域を拡大した大容量伝送を検証していくとともに、長距離化、スイッチング等の要素技術の検討を進め、ネットワーク化の可能性を探求します。
　なお、本実験の結果の論文は、光ファイバ通信関係最大の国際会議の一つである第48回欧州光通信国際会議（ECOC 2022、9月18日（日）〜9月22日（木））で非常に高い評価を得て、最優秀ホットトピック論文（Postdeadline Paper）として採択され、現地時間9月22日（木）に発表しました。

＜採択論文＞
国際会議: ECOC 2022 最優秀ホットトピック論文（Postdeadline Paper）
論文名: 1.53 Peta-bit/s C-Band Transmission in a 55-Mode Fiber
著者名: Georg Rademacher, Ruben S. Luís, Benjamin J. Puttnam, Nicolas K. Fontaine, Mikael Mazur, Haoshuo Chen, Roland Ryf, David T. Neilson, Daniel Dahl, Joel Carpenter, Pierre Sillard, Frank Achten, Marianne Bigot, Jun Sakaguchi, and Hideaki Furukawa

＜過去のNICTの報道発表＞
・2022年5月19日 「世界初、4コア光ファイバで毎秒1ペタビット伝送に成功」
https://www.nict.go.jp/press/2022/05/19-1.html
・2020年12月17日 「世界初、マルチモード光ファイバで毎秒1ペタビット伝送成功」
https://www.nict.go.jp/press/2020/12/17-1.html