日本NICT藤仓用三模光纤实现159Tb/s传输1045km世界记录

日本光通信在光传输领域再获突破，据日本情报通信研究机构（NICT）报道，NICT与藤仓株式会社(Fujikura，总裁：伊藤雅彦)合作开发了一种三模光纤，能够进行标准外径(0.125 mm)的宽带波长复用传输，可与现有设备进行电缆连接。该研究成功演示了1045km以上的传输实验，数据容量达159 Tb/s。

      众所周知，由于多模光纤在不同模式下的光信号之间具有不同的传播延迟，使得难以同时满足大数据速率和长距离传输，而如今这一试验成就表明这些障碍可以被克服。如果将结果转化为数据速率和距离的乘积(这是传输能力的一般指标)，其结果达到166 Pb/s×km，这是标准外径低模光纤的最新世界纪录，并且对于任何类型的标准直径光纤而言，其最大数据速率都超过1000公里。

      为了获得159 Tb/s的传输容量，模式复用结合了16-QAM(正交调幅)，这是一种实用的高密度多级调制光信号，对于全部348个波长和MIMO(多输入和多输出)而言，即使在超过1000公里的传输之后，也可以对混合模式信号进行解扰。这项演示结果入选了今年美国第41届OFC大会论文（“159 Tbit/s C+L Band Transmission over 1045 km 3-Mode Graded-Index Few-Mode Fiber”，研究参与者：研究者：Georg Rademacher、Ruben S. Luis、Benjamin J. Puttnam、Tobias A. Eriksson、Erik Agrell、Ryo Maruyama、Kazuhiko Aikawa、Hideaki Furukawa、Yoshinari Awaji和Naoya Wada）。

传输试验照片

  研究背景

  随着应对日益增加的通信业务上升，全球范围内的研究人员们积极开展了使用超过常规光纤极限的新型光纤的大规模光传输及其应用的研究。他们所研究的主要新型光纤为多芯光纤，内部包含多个通道(芯)并且多模光纤具有较大芯径的单芯可支持多种传播模式。到目前为止，使用多芯光纤实现大容量和长距离传输的实验已经得到报道，但是人们认为同时满足大容量和长距离传输的多模光纤依然存在困难。

  研究收获

  在研究工作中，NICT利用藤仓开发的光纤构建了一个传输系统，并实现超过1045km的数据速率159Tb/s的传输成果。数据速率和距离的乘积是衡量传输能力的综合指标，而这项成果达到了166 Pb/s×km，是目前低模光纤传输世界纪录的两倍。传输系统采用了以下几种技术：

  1、基于标准外径0.125mm的三模光纤;

  2、光源中合束了348个波长光

  3、相当于4 bits/单极符号的16-QAM多级调制技术

  4、光纤中传播速度不同的多模光信号分离技术(MIMO处理)

  日本研究人员使用标准三模光纤实现超过1045km的传输。使用标准外径光纤可以与现有设备兼容，是这种技术在早期阶段的实际使用中是有前景的。如果NICT与日本产业界、大学和政府合作进一步开展多芯技术的研究，那超大容量传输将成为可能。研究人员也将不断研究开发未来光通信基础设施技术，以快速满足大数据和5G网络服务。

  传输系统原理与试验

图1：传输系统的原理图，显示模式分离多路复用传输系统。

  1、同时产生348个不同波长的激光链路

  2、对光梳光源的输出光进行偏振复用16 QAM调制，并添加延迟差以模拟多个不同的信号。

  3、通过三模光纤传输的每个信号序列作为不同的传播模式

  4、在通过长度为55公里的三模光纤传输后，通过圆形开关将其再次引入三模光纤。通过重复该环路传输，达到的最终传输距离为1045公里。

  5、每个模式信号被光学分离，通过执行6×6比例的MIMO信号处理来分离信号，并且测量传输误差。

图2：试验结果

  1、在图1所示的实验系统中，通过在发送和接收时应用诸如纠错处理之类的各种编码来进行验证以最大化系统的传输能力(数据速率)。

  2、图2中的实验结果图显示了应用纠错码来优化总吞吐量。 虽然许多编码速率是统一的，但单个通道可以使用最佳纠错码来实现每秒159 Terabits的总数据吞吐量。