實現(xiàn)了大都市內(nèi)距離100km的數(shù)據(jù)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(fā)中心有限公司（簡稱：“FRDC”）聯(lián)合開發(fā)了面向單波長400Gbps的光收發(fā)機數(shù)字信號處理技術。該技術可以實現(xiàn)大都市內(nèi)多個數(shù)據(jù)中心之間的大容量且低成本互連。

本次，富士通開發(fā)了一種新的通信技術，該技術可以在接收端通過使用發(fā)射端發(fā)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(jīng)實現(xiàn)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(fā)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(fā)部件就能實現(xiàn)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(fā)部件。有助于實現(xiàn)支持5G移動網(wǎng)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(nèi)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(fā)背景

未來幾年，隨著5G移動網(wǎng)絡和IoT的發(fā)展，人們通過訪問許多設備和數(shù)據(jù)，可以享受實時性更高的服務。為了實現(xiàn)這一目標，大都市圈內(nèi)正在布局多個數(shù)據(jù)中心并開發(fā)分布式計算平臺(圖1)，通過這些平臺，數(shù)據(jù)中心之間可以相互協(xié)作。目前，這些數(shù)據(jù)中心通過光纖網(wǎng)絡連接，人們已經(jīng)不滿足于當下主流的單波長100Gbps的數(shù)據(jù)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(fā)。

圖1、分布式計算平臺

課題

現(xiàn)階段，人們挑選一些價格較昂貴的部件來實現(xiàn)單波長400Gbps的光通信。有關光收發(fā)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(fā)的CMOS、硅基光子學技術來實現(xiàn)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(shù)據(jù)中心之間約100km的通信距離。

所開發(fā)技術

此次，富士通以降低光收發(fā)機的成本為目標，開發(fā)了一種新的光通信技術，這種技術可以在接收機對發(fā)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(fā)射端將傳輸鏈路中受信號失真影響較小的參考信號與數(shù)字信號相結合再發(fā)送，最后在接收端有效補償發(fā)射機的信號失真(圖2)。

本技術具有以下優(yōu)點：

1. 使用特殊參考信號的新通信技術

現(xiàn)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(fā)射機盡可能地發(fā)送高質(zhì)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(chǎn)生的發(fā)射機失真很難被補償。為此，富士通開發(fā)了新的通信技術，通過發(fā)送特殊設計的參考信號，在接收端補償由發(fā)射機特性波動導致的信號失真。

2. 接收機的新補償技術

現(xiàn)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(fā)射機的失真較大時，現(xiàn)有技術很難進行補償處理。此次，富士通開發(fā)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(xiàn)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(fā)射機的失真，然后進行傳輸鏈路的失真補償。這樣，即使發(fā)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(fā)機的構成

圖3、發(fā)送機失真補償效果圖

圖4、使用所開發(fā)技術的160km無中繼傳輸實驗系統(tǒng)

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(shù)據(jù)中心之間建設寬帶網(wǎng)絡的要求。本技術適用于補償因使用廉價部件所產(chǎn)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(fā)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(xiàn)400Gbps光收發(fā)機的應用。