富士通开发了下一代400Gbps的光收发技术

实现了大都市内距离100km的数据中心之间的低成本大容量通信

株式会社富士通研究所（简称："富士通研究所"）与富士通研究开发中心有限公司（简称："FRDC"）联合开发了面向单波长400Gbps的光收发机数字信号处理技术。该技术可以实现大都市内多个数据中心之间的大容量且低成本互连。

本次，富士通开发了一种新的通信技术，该技术可以在接收端通过使用发射端发送的参考信号有效地进行失真补偿。应用该技术，富士通已经实现了160km的无中继传输。用户可以通过该技术高精度地补偿光收发机部件的特性波动以及传输链路上的失真，从而使用低成本的光收发部件就能实现单波长400Gbps的传输。

另外，该项技术还适用于硅基光子学集成光收发部件。有助于实现支持5G移动网络及多样IoT服务的下一代分布式计算平台的构筑。

有关该技术的详细内容会于3月20日(星期日)在美国阿纳海姆举行的"The Optical Fiber Communication Conference and Exhibition(OFC)2016"会议上说明。

开发背景

未来几年，随着5G移动网络和IoT的发展，人们通过访问许多设备和数据，可以享受实时性更高的服务。为了实现这一目标，大都市圈内正在布局多个数据中心并开发分布式计算平台(图1)，通过这些平台，数据中心之间可以相互协作。目前，这些数据中心通过光纤网络连接，人们已经不满足于当下主流的单波长100Gbps的数据传输速度，而是追求200Gbps甚至400Gbps的传输速度，并且开始了相关的研究和开发。

图1、分布式计算平台

课题

现阶段，人们挑选一些价格较昂贵的部件来实现单波长400Gbps的光通信。有关光收发机的组成部件，虽然可以使用廉价的部件，或者通过正在开发的CMOS、硅基光子学技术来实现低成本化，但是相比目前使用的部件，其性能还是较差，且存在特性波动。这种情况下，低成本器件无法满足数据中心之间约100km的通信距离。

所开发技术

此次，富士通以降低光收发机的成本为目标，开发了一种新的光通信技术，这种技术可以在接收机对发射机因较大特性波动引起的失真进行补偿。

通过该技术，在发射端将传输链路中受信号失真影响较小的参考信号与数字信号相结合再发送，最后在接收端有效补偿发射机的信号失真(图2)。

本技术具有以下优点：

1. 使用特殊参考信号的新通信技术

现有技术中，一般是观测输出信号的同时进行信号失真补偿，发射机尽可能地发送高质量信号。但是，针对400Gbps，其要求的处理精度较高，使用低成本部件和电路所产生的发射机失真很难被补偿。为此，富士通开发了新的通信技术，通过发送特殊设计的参考信号，在接收端补偿由发射机特性波动导致的信号失真。

2. 接收机的新补偿技术

现有的光接收机首先补偿传输链路的失真，然后再进行用于信号检测的相位恢复处理。但是，当发射机的失真较大时，现有技术很难进行补偿处理。此次，富士通开发了新技术，这种技术通过使用特殊设计的参考信号，可以不再依赖传输链路上的失真补偿处理就能实现相位恢复。具体操作流程：首先接收机进行相位恢复并补偿发射机的失真，然后进行传输链路的失真补偿。这样，即使发射机的失真程度较大，也能将其很好地补偿(图3)。

图2、光收发机的构成

图3、发送机失真补偿效果图

图4、使用所开发技术的160km无中继传输实验系统

效果

通过本技术，富士通在160km的光纤上成功进行了400Gbps信号的传输实验（图4），该距离充分考虑了在都市圈的数据中心之间建设宽带网络的要求。本技术适用于补偿因使用廉价部件所产生的特性波动，它还能降低用于构筑下一代分布式计算平台的单波长400Gbps的光收发机的成本。

今后

富士通研究所实施与硅基光子学技术相结合的验证，旨在2019年实现400Gbps光收发机的应用。