實現了大都市內距離100km的數據中心之間的低成本大容量通信

株式會社富士通研究所（簡稱：“富士通研究所”）與富士通研究開發中心有限公司（簡稱：“FRDC”）聯合開發了面向單波長400Gbps的光收發機數字信號處理技術。該技術可以實現大都市內多個數據中心之間的大容量且低成本互連。

本次，富士通開發了一種新的通信技術，該技術可以在接收端通過使用發射端發送的參考信號有效地進行失真補償。應用該技術，富士通已經實現了160km的無中繼傳輸。用戶可以通過該技術高精度地補償光收發機部件的特性波動以及傳輸鏈路上的失真，從而使用低成本的光收發部件就能實現單波長400Gbps的傳輸。

另外，該項技術還適用于硅基光子學集成光收發部件。有助于實現支持5G移動網絡及多樣IoT服務的下一代分布式計算平臺的構筑。

有關該技術的詳細內容會于3月20日(星期日)在美國阿納海姆舉行的“The Optical Fiber Communication Conference and Exhibition(OFC)2016”會議上說明。

開發背景

未來幾年，隨著5G移動網絡和IoT的發展，人們通過訪問許多設備和數據，可以享受實時性更高的服務。為了實現這一目標，大都市圈內正在布局多個數據中心并開發分布式計算平臺(圖1)，通過這些平臺，數據中心之間可以相互協作。目前，這些數據中心通過光纖網絡連接，人們已經不滿足于當下主流的單波長100Gbps的數據傳輸速度，而是追求200Gbps甚至400Gbps的傳輸速度，并且開始了相關的研究和開發。

圖1、分布式計算平臺

課題

現階段，人們挑選一些價格較昂貴的部件來實現單波長400Gbps的光通信。有關光收發機的組成部件，雖然可以使用廉價的部件，或者通過正在開發的CMOS、硅基光子學技術來實現低成本化，但是相比目前使用的部件，其性能還是較差，且存在特性波動。這種情況下，低成本器件無法滿足數據中心之間約100km的通信距離。

所開發技術

此次，富士通以降低光收發機的成本為目標，開發了一種新的光通信技術，這種技術可以在接收機對發射機因較大特性波動引起的失真進行補償。

通過該技術，在發射端將傳輸鏈路中受信號失真影響較小的參考信號與數字信號相結合再發送，最后在接收端有效補償發射機的信號失真(圖2)。

本技術具有以下優點：

1. 使用特殊參考信號的新通信技術

現有技術中，一般是觀測輸出信號的同時進行信號失真補償，發射機盡可能地發送高質量信號。但是，針對400Gbps，其要求的處理精度較高，使用低成本部件和電路所產生的發射機失真很難被補償。為此，富士通開發了新的通信技術，通過發送特殊設計的參考信號，在接收端補償由發射機特性波動導致的信號失真。

2. 接收機的新補償技術

現有的光接收機首先補償傳輸鏈路的失真，然后再進行用于信號檢測的相位恢復處理。但是，當發射機的失真較大時，現有技術很難進行補償處理。此次，富士通開發了新技術，這種技術通過使用特殊設計的參考信號，可以不再依賴傳輸鏈路上的失真補償處理就能實現相位恢復。具體操作流程：首先接收機進行相位恢復并補償發射機的失真，然后進行傳輸鏈路的失真補償。這樣，即使發射機的失真程度較大，也能將其很好地補償(圖3)。

圖2、光收發機的構成

圖3、發送機失真補償效果圖

圖4、使用所開發技術的160km無中繼傳輸實驗系統

效果

通過本技術，富士通在160km的光纖上成功進行了400Gbps信號的傳輸實驗（圖4），該距離充分考慮了在都市圈的數據中心之間建設寬帶網絡的要求。本技術適用于補償因使用廉價部件所產生的特性波動，它還能降低用于構筑下一代分布式計算平臺的單波長400Gbps的光收發機的成本。

今后

富士通研究所實施與硅基光子學技術相結合的驗證，旨在2019年實現400Gbps光收發機的應用。