NTT实现每波长2 Tbit/s以上的光传输，速度在全球名列前茅

NTT Corporation（总裁兼首席执行官：Akira Shimada，简称“NTT”）成功进行了数字相干2光信号的光传输实验，每波长超过2 Tbit/s，速度在全球名列前茅1。

此次实验中，NTT开发了一种超宽带基带放大器集成电路(IC)3模块和数字信号处理技术，能以极高精度补偿光收发模块电路的失真。随后，我们演示了每波长超过2 Tbit/s的数字相干光信号的传输和接收，并成功进行了2.02 Tbit/s光信号的光放大中继传输实验，传输距离为240公里。

实验结果表明，数字相干光传输技术的进一步扩展不仅可让每波长承载更大容量（高出传统容量一倍以上），而且可实现长距离传输。这项核心技术有望引领面向IOWN4和6G计划的全光子网络的发展。

随着可解决各种社会问题的5G服务的普及，以及IOWN和6G服务的发展，预计未来的通信流量将持续增加。作为IOWN的骨干光通信网络，全光子网络必须以低成本高效益的方式增加容量。未来，为了能够以经济的方式远距离传输每秒1.6太比特以上的超高速以太网信号，我们希望扩大每个光信号波长的传输容量和信号符号率6，优化每个符号的信息量，从而实现每波长超过2 Tbit/s的远距离光传输容量。

为扩大每波长的传输容量，我们必须突破硅互补金属氧化物半导体(CMOS)7电路的速度限制。到目前为止，NTT一直在研发采用波段倍频器技术的光传输系统和集成器件，这项技术可利用模拟复用器(AMUX)来突破硅CMOS速度限制。NTT已成功生成符号率超过100吉波特的光信号8。不过，为能实现每秒多太比特或更高的光传输容量，必须同时获得更宽的带宽和光收发一体模块中更高的电子放大器（激励光调制器的激励放大器）输出。此外，随着速度的不断提高，市场对能够以极高精度补偿理想光传输/接收电路的偏差（信号路径长度的差异、信号路径造成的损耗变化等）的技术需求随之产生。

现在，我们展示了全球首例每波长超过2 Tbit/s的数字相干光信号的传输和接收（图1，左），并在240公里的距离上成功进行了2.02 Tbit/s的光放大中继传输实验（图1，右）。我们的团队以先进方式将NTT独创的超宽带基带放大器IC模块和超高精度数字信号处理技术相融合，实现了这一壮举。

超宽带基带放大器IC模块

NTT一直在研发一种超宽带基带放大器IC3，这种集成电路基于磷化铟异质结双极型晶体管(InP HBT)技术9构建，配备1毫米的同轴连接器，支持高达110 GHz的频率。我们已成功构建了一种可封装的模块，它具有超宽带性能（图2，左）以及足够的增益和输出功率（图2，右）。目前，我们已将这种基带放大器IC模块作为激励放大器，用于激励光调制器。

基于数字信号处理技术的超高精度光收发模块电路失真补偿技术

NTT已开发出一种基于InP HBT技术的超宽带基带放大器IC模块，使我们能够产生超高速信号。不过，用作激励光调制器的激励放大器时，该模块必须在高功率输出范围内工作，因此激励放大器输出的非线性（输出功率与输入功率不成正比）成为一个问题，且光信号质量（信号频段噪声比）也会恶化。此外，对于超高速信号，由于光收发一体模块内部偏离了理想状态，信号质量明显下降。

在此次实验中，NTT全球领先的数字信号处理技术以超高精度补偿了调制激励器中产生的非线性失真，以及光收发一体模块内部的理想偏差。我们扩大了IC模块的工作范围，并成功提高了光信号质量（图3）。利用这种高质量的超高速光信号，我们进行了一次光放大中继传输实验。我们将能够优化信号点分布的PCS-144QAM5方法应用于176吉波特的超高速光信号，产生了高达2.11 Tbit/s的光信号。此外，我们利用可根据传输距离分配最佳信息量的技术，成功地将2.02 Tbit/s的光信号传输到240公里以外（图4）。

这项技术有望通过复用每波长超过2 Tbit/s的光信号，实现大容量信号的高度可靠传输。需要特别提及的是，用于提高光信号调制速度的技术不仅有助于增加每波长承载的容量，当结合波长资源扩展技术10时，还可产生大容量信号（如图5所示）。我们的技术还有望实现长距离传输。NTT将继续整合自有设备技术、数字信号处理技术和光传输技术，以此推动研发，实现IOWN和6G计划的全光子网络。

1根据NTT截至2022年9月的研究。

2数字相干技术是一种结合数字信号处理和相干接收的传输方法。相干接收技术可在置于接收端的光源与接收的光信号之间产生干扰，从而能够接收光的振幅和相位。偏振复用和相位调制等调制方法可提高频率利用效率，而利用数字信号处理和相干接收的高精度光信号补偿可显著提高接收灵敏度。

3由NTT开发的超宽带基带放大器集成电路(IC)，带宽宽度位居全球前列。InP-HBT是实现放大器IC的基础，这种IC应用了我们独特的高精度电路设计技术和可支持宽带的电路结构新技术。NTT新闻稿：“可实现全球领先241 GHz带宽的放大器集成电路：有望成为新一代数据中心和5G之后的通用型超高速设备技术”。
https://group.ntt/jp/newsrelease/2019/06/03/190603b.html

4NTT智能世界技术报告：什么是IOWN？(NTT Technology Report for Smart World: What’s IOWN?)：
https://group.ntt/jp/newsrelease/2019/05/09/190509b.html

5概率整形(PCS)是一项技术，可根据信息理论优化信号点的分布和排列，从而降低信号传输的信噪比要求。正交调幅(QAM)是一种可同时传递关于信号光的振幅和相位的信息的调制方法，144QAM代表144个信号点。通过将PCS技术应用于QAM系统，使根据传输路径条件优化信号质量成为可能。

6一秒钟内光波形切换的次数。一个176吉波特的光信号可通过每秒1,760亿次的光波形切换来传输信息。

7互补金属氧化物半导体用于实现大规模功能，例如中央处理器(CPU)作为实现半导体集成电路的一种结构。由于信号量大，这种类型的电路常被用于大容量光传输的发送和接收。虽然速度的断提高得益于小型化，但化合物半导体在高速方面具有优势。

8NTT新闻稿：“波长复用光传输在全世界首次实验成功，实现每波长1 Tbit/s的长距离传输：一种可支持物联网和5G服务普及的未来大容量通信网络技术”。
https://group.ntt/en/newsrelease/2019/03/07/190307a.html

9一种使用磷化铟（III-V族半导体）的异质结双极型晶体管，是一种具有出色速度和耐受电压的晶体管。

10NTT新闻稿：“利用光参数放大器进行宽带光放大中继传输在全世界首次获得成功：容量达到传统光放大器的两倍以上”。
https://group.ntt/jp/newsrelease/2021/01/28/210128b.html

图1：我们的技术与传统技术的结果比较（图示：美国商业资讯）

图2：放大器IC模块的频率特性和输入/输出功率特性（图示：美国商业资讯）

图3：通过对光收发模块电路的超高精度失真补偿，扩大了超宽带基带放大器的工作范围（图示：美国商业资讯）

图4：每波长超过2 Tbit/s的光放大中继传输的实验结果（图示：美国商业资讯）

图5：实验结果对未来发展的影响（图示：美国商业资讯）

审核编辑 黄昊宇