従来世界記録の2倍、伝送容量が毎秒22.9ペタビットの光ファイバ通信を可能に
光ファイバ通信の最先端技術を集結し、飛躍的な伝送容量向上を実現
2023年10月5日
国立研究開発法人情報通信研究機構（NICT）
ポイント
■ 1本の光ファイバで世界最大の伝送容量となる、毎秒22.9ペタビットの通信が可能であることを実証
■ 世界最先端の空間多重光ファイバ技術と世界最大級の波長多重技術の融合に成功
■ 超大容量の情報通信ネットワーク実現に向けて大きく前進
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）フォトニックネットワーク研究室を中心とした国際共同研究グループ は、1本の光ファイバで世界最大の伝送容量となる毎秒22.9ペタビットの通信が可能であることを実証し、これまでの世界記録であった毎秒10.66ペタビットを2倍以上更新しました。
本研究で当グループは、これまでに培ってきた、世界最先端の空間多重光ファイバを用いる技術と、世界最大級の波長多重を行う技術の融合に成功し、将来の大容量光通信インフラへの応用が期待されます。
本実験結果の論文は、英国グラスゴーにて開催された、第49回欧州光通信国際会議（ECOC 2023）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2023年10月5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、現在市中に敷設されている光ファイバよりも光経路の数が多い空間多重光ファイバを用いる技術や、波長ごとに異なるデータを載せて全体の伝送容量を増やす波長多重などの技術が開発されています。NICTでは、マルチコア方式とマルチモード方式を組み合わせた、100通り以上の光経路を有する空間多重や、商用の波長帯（C、L）と商用化されていないS波長帯のほぼ全域を活用した、合計20 THzの周波数帯域を有するマルチバンド波長多重などをこれまでに実現しています（表1参照）。
しかし、空間多重とマルチバンド波長多重の併用に関しては、4コアファイバ中心に検討が進められており、より多数の光経路を有する光ファイバ（例えば、38コア3モード）においては、伝搬に伴い各コアやモード間で生じる信号同士の干渉を分離するためのMIMO受信機をマルチバンド伝送に対応させる必要がありました。
今回の成果
NICTは、2020年に毎秒10.66ペタビット伝送を実証した38コア3モード光ファイバ伝送システムのMIMO受信機をマルチバンド伝送用に拡張することで、マルチコア・マルチモード方式による空間多重と、マルチバンド波長多重の融合に成功し、合計毎秒22.9ペタビットに及ぶ超大容量光通信の可能性を実証しました（図1、表1参照）。
表1 過去の関連成果との比較 
図1 今回の伝送システムを用いた超大容量光通信のイメージ
実験系の詳細は補足資料図5に示しています。使用した波長数は、S帯で293波、C帯とL帯で457波の合計750波で、18.8 THzの周波数帯域を使用しました。信号の変調には、情報量が多い偏波多重256 QAM方式を使用しました。ほぼ周波数帯域の等しい4コアファイバでの実験と比べ、光経路の数を28.5倍に拡大しました（表1、図2参照）。
図2 過去の伝送実験における光経路の数と周波数帯域の関係
（1 km以下の短距離の場合を除く。）
コアごとに毎秒約0.3～0.7ペタビット、全38コアの合計で毎秒22.9ペタビットの伝送容量が得られました。これは、現在の商用の光通信システムにおける伝送容量の約1,000倍に相当し、3年前の記録に比べ2倍以上の伝送容量拡大を果たしました。
現在、4コアファイバの実用化が推進されていますが、通信量が1,000倍になるといわれる将来に向けては光通信インフラの更なる高度化が求められ、超大容量の光ファイバを実用化していく必要があります。本研究は、将来の超大容量な情報通信ネットワークの実現に向けた、マルチコア・マルチモード方式による空間多重技術とマルチバンド波長多重技術の併用の初実証と位置付けられます。
今後の展望
マルチバンド波長多重の適用範囲を、より大規模なMIMO受信機を要する結合型マルチコア光ファイバやマルチモード光ファイバへと拡張し、Beyond 5G後の光通信インフラ進化の道を築きます。
なお、本実験結果の論文は、光ファイバ通信関係最大の国際会議の一つである第49回欧州光通信国際会議（ECOC 2023、開催地：英国グラスゴー、10月1日（日）〜10月5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10月5日（木）に発表しました。
採択論文
国際会議: ECOC 2023 最優秀ホットトピック論文（Postdeadline Paper）
論文名: 22.9 Pb/s Data-Rate by Extreme Space-Wavelength Multiplexing
著者名: B. J. Puttnam, M. van den Hout, G. Di Sciullo, R. S. Luis, G. Rademacher, J. Sakaguchi, C. Antonelli, C. Okonkwo, and H. Furukawa
関連する過去の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1月21日 「38コア・3モードの光ファイバ伝送で、容量と周波数利用効率の世界記録を達成」
https://www.nict.go.jp/press/2020/01/21-1.html
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