EscucharNTT Corporation (Presidente y gerente general: Akira Shimada, "NTT") ha logrado el experimento de transmisión óptica más rápido del mundo1 de señales ópticas digitales coherentes2 que superan los 2 Tbits/s por longitud de onda.
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Fig 1: Our Result Compared with Conventional Technology (Graphic: Business Wire)
En este experimento, NTT desarrolló un módulo IC3 de amplificación de banda ultra ancha y una tecnología de procesamiento de señales digitales que puede compensar la distorsión en el circuito transceptor óptico con un grado de precisión elevadísimo. A continuación, demostramos la transmisión y recepción de señales ópticas digitales coherentes que superan los 2 Tbits/s por longitud de onda y conseguimos realizar un experimento de transmisión de un repetidor de amplificación óptica de 240 km de una señal óptica de 2,02 Tbits/s.
Este resultado sugiere que una mayor escalabilidad de la tecnología de transmisión óptica coherente digital puede lograr tanto una amplia capacidad por longitud de onda (que duplica con creces la convencional) como una distancia larga de transmisión. Se estima que esta tecnología central liderará el desarrollo de la red totalmente fotónica de las iniciativas IOWN4 y 6G.
Según las previsiones, el tráfico de comunicaciones aumentará en el futuro debido a la proliferación de servicios 5G que abordarán diversos problemas sociales y al desarrollo de los servicios de IOWN y 6G. La red totalmente fotónica, que es la red de comunicaciones ópticas troncal de IOWN, debe alcanzar una capacidad aún mayor sin perder la rentabilidad. En el futuro, para transmitir de forma económica señales Ethernet de ultra alta velocidad de 1,6 terabits por segundo o más a largas distancias, esperamos conseguir una transmisión óptica a larga distancia de más de 2 Tbits/s por longitud de onda ampliando la capacidad de transmisión por longitud de onda de la señal óptica y la tasa de símbolo de la señal6, optimizando la cantidad de información por símbolo.
Para ampliar la capacidad de transmisión por longitud de onda, es necesario superar el límite de velocidad de los circuitos semiconductores CMOS7 de silicio. Hasta la fecha, NTT ha estado investigando y desarrollando sistemas de transmisión óptica y dispositivos integrados con tecnología de duplicación de banda que supera el límite de velocidad del CMOS de silicio, utilizando AMUX y ha conseguido generar señales ópticas con una tasa de símbolos superior a los 100 gigabaudios8. Sin embargo, para realizar una transmisión óptica de varios terabits por segundo o más, es necesario conseguir tanto un ancho de banda más amplio como una mayor salida del amplificador eléctrico (amplificador conductor para conducir el modulador óptico) en el transceptor óptico. Además, a medida que las velocidades siguen aumentando, hay una demanda de tecnología que puede compensar las desviaciones del circuito óptico ideal de transmisión y recepción (diferencias en la longitud del trayecto de la señal, variaciones de pérdidas debido a los trayectos de la señal, etc.) con un grado de precisión sumamente elevado.
Ahora, por primera vez en el mundo, hemos demostrado una transmisión y recepción de una señal óptica digital coherente que supera los 2 Tbits/s por longitud de onda (Fig. 1, izquierda) y hemos concluido con éxito un experimento de transmisión de amplificación óptica de 2,02 Tbits/s a lo largo de 240 km (Fig. 1, derecha). Nuestro equipo logró esta hazaña gracias a la avanzada fusión del módulo de CI de amplificador de banda base ultra ancha original de NTT y la tecnología de procesamiento de señales digitales de ultraprecisión.
Un módulo de CI de amplificador de banda base ultra ancha
NTT ha estado investigando y desarrollando un amplificador de banda base ultra ancha IC3 basado en la tecnología de transistores bipolares de heterounión (InP HBT)9 y equipado con un conector coaxial de 1 mm que admite frecuencias de hasta 110 GHz. Hemos conseguido crear un módulo que se monta en un paquete y tiene un rendimiento de banda ultra ancha (Figura 2, izquierda) y una ganancia y potencia de salida suficientes (Figura 2, derecha). En la actualidad, hemos aplicado este módulo de CI de amplificación de banda base como amplificador conductor para conducir un modulador óptico.
Una tecnología de compensación de la distorsión del circuito transceptor óptico de ultra alta precisión con tecnología de procesamiento digital de señales
NTT ha desarrollado un módulo de CI amplificador de banda base ultra ancha que aplica la tecnología InP HBT para poder generar señales de velocidad ultra alta. Sin embargo, al utilizarlo como amplificador conductor para conducir un modulador óptico, debe operar en un rango de salida de alta potencia, y debido a que la salida del amplificador conductor no es lineal (donde la potencia de salida no es proporcional a la potencia de entrada) se genera un problema y la calidad de la señal óptica (relación entre la señal, la banda y el ruido) se deteriora. Además, con las señales de ultra alta velocidad, la degradación de la calidad de la señal se hace notable debido a la desviación del ideal dentro del transceptor óptico.
En este experimento, la tecnología de procesamiento digital de señales de NTT, líder en el mundo, compensó la distorsión no lineal generada en el controlador del modulador y la desviación del ideal dentro del transceptor óptico con un grado de precisión ultra elevado. Hemos ampliado el rango de funcionamiento del módulo de CI y hemos conseguido mejorar la calidad de la señal óptica (Fig. 3). Con esta señal óptica de alta calidad y ultra alta velocidad, realizamos un experimento de transmisión de repetidores de amplificación óptica. El método PCS-144QAM5 que optimiza la distribución de puntos de señal, se aplicó a una señal óptica de ultra alta velocidad de 176 gigabaudios para generar una señal óptica de hasta 2,11 Tbits/s. Además, conseguimos transmitir una señal óptica de 2,02 Tbits/s a lo largo de 240 km, gracias a una tecnología que asigna la cantidad óptima de información en función de la distancia de transmisión (Fig. 4).
Según las estimaciones, esta tecnología permitiría transmitir señales de gran capacidad con un grado elevado de confiabilidad, al multiplexar las señales ópticas que superen los 2 Tbits/s por longitud de onda. En particular, la tecnología para aumentar la velocidad de modulación de las señales ópticas no sólo contribuye a aumentar la capacidad por longitud de onda, sino que también, como se muestra en la Fig. 5, puede generar señales de gran capacidad al combinarla con la tecnología de expansión de recursos de longitud de onda 10. Se espera que nuestra tecnología también permita la transmisión a larga distancia. NTT promoverá la investigación y el desarrollo, al seguir integrando su propia tecnología de dispositivos, la tecnología de procesamiento de señales digitales y la tecnología de transmisión óptica hacia en pos de lograr que las iniciativas IOWN y 6G tengan una red totalmente fotónica.
1 Según las investigaciones que ha llevado a cabo NTT hasta septiembre de 2022.
2 La tecnología digital coherente es un método de transmisión que combina el procesamiento de señales digitales y la recepción coherente. La recepción coherente es una tecnología que permite recibir la amplitud y la fase de la luz, al provocar interferencias entre una fuente de luz situada en el lado de recepción y la señal óptica recibida. Los métodos de modulación, como la multiplexación de la polarización y la modulación de fase, mejoran la eficacia de la utilización de la frecuencia y la compensación de la señal óptica de alta precisión gracias al procesamiento digital de la señal y la recepción coherente mejoran significativamente la sensibilidad de la recepción.
3CI (circuito integrado) de amplificador de banda base ultra ancha desarrollado por NTT que tiene el mayor ancho de banda del mundo. InP-HBT realiza un CI de amplificador que aplica nuestra exclusiva tecnología de diseño de circuitos de alta precisión y una nueva tecnología de arquitectura de circuitos que permite la banda ancha. Comunicado de prensa de NTT: "Logran CI amplificador con el mayor ancho de banda del mundo de 241 GHz: sería una tecnología de dispositivos de ultra alta velocidad de uso general para los centros de datos de próxima generación y más allá del 5G"https://group.ntt/jp/newsrelease/2019/06/03/190603b.html
4Informe tecnológico de NTT para Smart World:What's IOWN?:https://group.ntt/jp/newsrelease/2019/05/09/190509b.html
5PCS (Probabilistic Constellation Shaping) es una tecnología que reduce los requisitos de la relación entre la señal y el ruido para la transmisión de señales, optimizando la distribución y la disposición de los puntos de señal aplicando la teoría de la información. QAM (Quadrature Amplitude Modulation) es un método de modulación que transporta información sobre la amplitud y la fase de la señal luminosa y 144QAM tiene 144 puntos de señal. Al aplicar la tecnología PCS al sistema QAM, es posible optimizar la calidad de la señal en función de las condiciones del trayecto de transmisión.
6Número de veces que la forma de onda óptica cambia en un segundo. Una señal óptica de 176 gigabaudios transmite información cambiando la forma de onda óptica 176 mil millones de veces por segundo.
7Los semiconductores de óxido metálico complementarios se utilizan para realizar funciones a gran escala, como la CPU, a modo de estructura para realizar un circuito integrado semiconductor. Este tipo de circuito se utiliza a menudo para transmisión y recepción óptica de gran capacidad, porque la cantidad de señal es grande. Si bien la velocidad está aumentando debido a la miniaturización, los semiconductores compuestos son superiores en términos de alta velocidad.
8Comunicado de prensa de NTT: "Primer experimento mundial de transmisión óptica por multiplexación de longitudes de onda para la transmisión a larga distancia de 1 Tbit/s por longitud de onda: Una tecnología de red de comunicación de gran capacidad para el futuro, que facilita la adopción de los servicios de IoT y 5G"https://group.ntt/en/newsrelease/2019/03/07/190307a.html
9Transistor bipolar de heterounión con fosfuro de indio, un semiconductor del grupo III-V. Se trata de un transistor con una velocidad y una tensión de resistencia excelentes.
10Comunicado de prensa de NTT: "Primer éxito mundial en la transmisión por relé de amplificación óptica de banda ancha con un amplificador paramétrico óptico: Duplicó la capacidad de los amplificadores ópticos convencionales"https://group.ntt/jp/newsrelease/2021/01/28/210128b.html
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