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NTT持株会社ニュースリリース

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/TDM-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TDM(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TDM-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/TDM-PON技術」(図1)の確立を目指し研究に取り組んできました。TDM-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

 今回、NTTの研究所とOKIが開発した「WDM/TDM-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/TDM-PONでは、ONU(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ONU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ONU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/TDM-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ONU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ONU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ONU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)、ONU、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45)。OLTとONUとの距離40kmにおいて、1024分岐のファイバ構成で、ONU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/TDM-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。

図1 WDM/TDM-PONの概念図図1 WDM/TDM-PONの概念図

  • (a)OKI開発品(a)OKI開発品
  • (b)NTT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(ONU用:2タイプ)

図3 バースト光増幅器の写真図3 バースト光増幅器の写真

図4 実験構成図図4 実験構成図

図5 実験の様子の写真図5 実験の様子の写真

用語解説

※1PON (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。
※2WDM/TDM-PON
 時分割多重技術で伝送する10Gbit/sのTDM-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。ONUが波長可変性を有することで、ONUのカラーレス化や波長間に跨る帯域共有を可能としている。
※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。
※9ITU-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:0422-59-3663
E-mail:inlg-pr@lab.ntt.co.jp

沖電気工業株式会社

広報部 山本
TEL:03-3501-3835
E-mail:press@oki.com

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ニュースリリースに記載している情報は、発表日時点のものです。現時点では、発表日時点での情報と異なる場合がありますので、あらかじめご了承いただくとともに、ご注意をお願いいたします。

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