NTT atinge a transmissão ótica mais rápida do mundo com mais de 2 Tbits/s por comprimento de onda

TÓQUIO 17/10/2022 –

Uma tecnologia de rede de comunicação de grande capacidade para suportar IOWN e 6G

NTT Corporation (presidente e diretor executivo: Akira Shimada, “NTT”) obteve sucesso no mais rápido¹ experimento de transmissão ótica do mundo² de sinais óticos coerentes digitais superiores a 2 Tbits/s por comprimento de onda.

Este comunicado de imprensa inclui multimédia. Veja o comunicado completo aqui: https://www.businesswire.com/news/home/20221017005355/pt/

Fig 1: Our Result Compared with Conventional Technology (Graphic: Business Wire)

Neste experimento, a NTT desenvolveu um módulo IC com amplificador de banda base ultralarga³ e tecnologia de processamento de sinal digital que pode compensar a distorção no circuito do transceptor ótico com precisão extremamente alta. A seguir, demonstramos a transmissão e recepção de sinais óticos coerentes digitais superiores a 2 Tbits/s por comprimento de onda e obtivemos um experimento de transmissão de repetidor com amplificação ótica de 240 km de um sinal ótico de 2,02 Tbits/s.

Este resultado sugere que uma maior escalabilidade da tecnologia de transmissão ótica coerente digital pode alcançar uma grande capacidade por comprimento de onda, que é mais que o dobro do nível convencional, e uma longa distância de transmissão. É esperado que esta tecnologia central lidere o desenvolvimento da All-Photonics Network da IOWN⁴ e iniciativas 6G.

É previsto que o tráfego de comunicação aumente no futuro devidoàproliferação de serviços 5G que irão abordar várias questões sociais e o desenvolvimento de serviços IOWN e 6G. A All-Photonics Network, que é a rede de comunicação ótica de backbone da IOWN, deve alcançar uma capacidade ainda maior de modo econômico. No futuro, para transmitir economicamente sinais de Ethernet com velocidade extremamente alta de 1,6 terabits por segundo ou mais em longas distâncias, esperamos obter a transmissão ótica de longa distância de mais de 2 Tbits/s por comprimento de onda, ao expandir a capacidade de transmissão por comprimento de onda do sinal ótico e a taxa de símbolo do sinal⁶, ao otimizar a quantidade de informação por símbolo.

Para expandir a capacidade de transmissão por comprimento de onda, é necessário superar o limite de velocidade dos circuitos semicondutores CMOS de silício⁷. Até o momento, a NTT vem pesquisando e desenvolvendo sistemas de transmissão ótica e dispositivos integrados com uso da tecnologia de duplicador de banda que supera o limite de velocidade do CMOS de silício empregando AMUX e conseguiu gerar sinais óticos com uma taxa de símbolo excedendo a 100 gigabaud⁸. Entretanto, para realizar a transmissão ótica de multi-terabits por segundo ou mais, é necessário alcançar uma largura de banda mais ampla e uma saída mais alta do amplificador elétrico (amplificador de driver para ativar o modulador ótico) no transceptor ótico. Além disto,àmedida que as velocidades continuam aumentando, há uma demanda por tecnologia que possa compensar desvios do circuito ótico de transmissão / recepção ideal (diferenças no comprimento de caminhos do sinal, variações de perda devido a caminhos do sinal, etc.) com precisão extremamente alta.

Agora, pela primeira vez no mundo, demonstramos a transmissão e recepção de um sinal ótico coerente digital superior a 2 Tbits/s por comprimento de onda (Fig. 1,àesquerda) e conduzimos com sucesso um experimento de transmissão do repetidor de amplificação ótica de 2,02 Tbits/s acima de 240 km (Fig. 1,àdireita). Nossa equipe obteve este feito mediante a fusão avançada do módulo IC com amplificador de banda base ultralarga original da NTT e tecnologia de processamento de sinal digital com precisão extremamente alta.

Um módulo IC com amplificador de banda base ultralarga

A NTT vêm pesquisando e desenvolvendo um amplificador de banda base ultralarga IC³ com base na tecnologia de transistor bipolar de heterojunção baseada em InP (InP HBT)⁹ e equipado com um conector coaxial de 1 mm que suporta frequências de até 110 GHz. Conseguimos criar um módulo que é montado em um pacote e tem desempenho de banda ultralarga (Fig. 2,àesquerda) bem como ganho e potência de saída suficientes (Fig. 2,àdireita). Atualmente, aplicamos este módulo IC com amplificador de banda base como um amplificador de driver para ativar um modulador ótico.

Uma tecnologia de compensação de distorção de circuito com transceptor ótico de altíssima precisão com base na tecnologia de processamento de sinais digitais

A NTT desenvolveu um módulo IC com amplificador de banda base ultralarga com base na tecnologia InP HBT que nos permite gerar sinais de velocidade extremamente alta. Contudo, quando é utilizado como amplificador de driver para ativar um modulador ótico, ele deve operar em uma faixa de saída de alta potência, de modo que a não linearidade da saída do amplificador de driver (onde a potência de saída não é proporcionalàpotência de entrada) se torne um problema e a qualidade do sinal ótico (relação sinal-banda-ruído) se deteriore. Além disto, com sinais de velocidade extremamente alta, a degradação da qualidade de sinal se torna perceptível devido ao desvio do ideal dentro do transceptor ótico.

Neste experimento, a tecnologia de processamento de sinal digital com liderança mundial da NTT compensou a distorção não linear gerada no driver do modulador e o desvio do ideal dentro do transceptor ótico com precisão extremamente alta. Expandimos a faixa de operação do módulo IC e conseguimos melhorar a qualidade do sinal ótico (Fig. 3). Usando este sinal ótico de alta qualidade com velocidade extremamente alta, conduzimos um experimento de transmissão de repetidor com amplificação ótica. O método PCS-144QAM⁵, que otimiza a distribuição de pontos de sinal, foi aplicado a um sinal ótico com altíssima velocidade de 176 gigabauds para gerar um sinal ótico de até 2,11 Tbits/s. Além disto, conseguimos transmitir um sinal ótico de 2,02 Tbits/s ao longo de 240 km com uso de tecnologia que aloca a quantidade ideal de informação segundo a distância de transmissão (Fig. 4).

É esperado que esta tecnologia permita a transmissão altamente confiável de sinais de grande capacidade mediante a multiplexação de sinais óticos superiores a 2 Tbits/s por comprimento de onda. Em particular, a tecnologia para aumentar a velocidade de modulação de sinais óticos não apenas contribui para aumentar a capacidade por comprimento de onda, mas também, como mostrado na Fig. 5, pode gerar sinais de grande capacidade quando combinada com a tecnologia de expansão de recursos de comprimento de onda¹⁰. Nossa tecnologia também deve permitir a transmissão de longa distância. A NTT irá promover a pesquisa e o desenvolvimento ao continuar a integração de sua própria tecnologia de dispositivos, tecnologia de processamento de sinais digitais e tecnologia de transmissão ótica para realização de uma All-Photonics Network das iniciativas IOWN e 6G.

¹ Segundo a pesquisa da NTT a partir de setembro de 2022.

² A tecnologia coerente digital é um método de transmissão que combina processamento de sinais digitais e recepção coerente. A recepção coerente é uma tecnologia que possibilita receber a amplitude e a fase de luz, ao causar a interferência entre uma fonte luminosa colocada no lado receptor e o sinal ótico recebido. Métodos de modulação, como multiplexação de polarização e modulação de fase, aperfeiçoam a eficiência de uso de frequência, sendo que a compensação de sinais óticos de alta precisão com uso de processamento de sinais digitais e recepção coerente alcançam uma melhoria significativa na sensibilidade de recepção.

³Um amplificador de banda base ultralarga IC (Circuito Integrado) desenvolvido pela NTT que possui a maior largura de banda do mundo. A InP-HBT produz um amplificador IC que aplica nossa tecnologia exclusiva de design de circuito de alta precisão e nova tecnologia de arquitetura de circuitos que permite banda larga. ComunicadoàImprensa da NTT: “Conquista do amplificador IC com a maior largura de banda de 241 GHz do mundo: esperada como tecnologia de dispositivos com velocidade extremamente alta de uso geral para centrais de dados de última geração e além do 5G”

https://group.ntt/jp/newsrelease/2019/06/03/190603b.html

⁴Relatório de tecnologia NTT para o mundo inteligente: O que é IOWN?:

https://group.ntt/jp/newsrelease/2019/05/09/190509b.html

⁵PCS (Probabilistic Constellation Shaping) é uma tecnologia que reduz os requisitos de relação sinal-ruído para transmissão de sinais, ao otimizar a distribuição e disposição dos pontos de sinal com base na teoria da informação. QAM (Quadrature Amplitude Modulation) é um método de modulação que transporta informações sobre a amplitude e a fase de luz do sinal, sendo que o 144QAM possui 144 pontos de sinal. Ao aplicar a tecnologia PCS ao sistema QAM, é possível otimizar a qualidade de sinal segundo as condições do caminho de transmissão.

⁶O número de vezes que a forma de onda ótica muda em um segundo. Um sinal ótico de 176 gigabauds transmite informações ao alternar a forma de onda ótica 176 bilhões de vezes por segundo.

⁷Semicondutores de óxido metálico complementar são utilizados para produzir funções de grande escala, como CPU como uma estrutura para produzir um circuito integrado de semicondutores. Este tipo de circuito é utilizado com frequência para transmitir e receber a transmissão ótica de grande capacidade, pois a quantidade de sinal é grande. Embora a velocidade esteja aumentando devidoàminiaturização, os semicondutores compostos são superiores em termos de alta velocidade.

⁸Comunicadoàimprensa da NTT: “Primeiro experimento bem-sucedido do mundo de transmissão ótica com multiplexação de comprimento de onda para transmissão a longa distância de 1 Tbit/s por comprimento de onda: uma futura tecnologia da rede de comunicação de grande capacidade que suporta a difusão de serviços IoT e 5G”

https://group.ntt/en/newsrelease/2019/03/07/190307a.html

⁹ Um transistor bipolar de heterojunção com uso de fosforeto de índio, um semicondutor do grupo III-V. É um transistor com excelente velocidade e tensão suportada.

¹⁰ Comunicadoàimprensa da NTT: “Primeiro êxito mundial em transmissão de relé com amplificação ótica de banda larga e uso de amplificador paramétrico ótico: capaz de mais de duas vezes a capacidade de amplificadores óticos convencionais”

https://group.ntt/jp/newsrelease/2021/01/28/210128b.html

Sobre a NTT

A NTT acredita na solução de problemas sociais através de nossas operações comerciais, ao aplicar a tecnologia para o bem. Um espírito inovador vem sendo parte da nossa cultura há mais de 150 anos, fazendo avanços que permitem um mundo mais naturalmente conectado e sustentável. A Pesquisa e o Desenvolvimento da NTT compartilham percepções, inovações e conhecimento com empresas e parcerias operacionais da NTT a fim de respaldar novas ideias e soluções. Em todo o planeta, nossos laboratórios de pesquisa se concentram em inteligência artificial, redes fotônicas, física quântica teórica, criptografia, informática médica e de saúde, plataformas de dados inteligentes e computação digital gêmea. Como um dos cinco principais provedores mundiais de soluções de tecnologia e negócios, nossas diversas equipes prestam serviços em mais de 190 países e regiões. Atendemos mais de 75% das empresas Fortune Global 100 e milhares de outros clientes e comunidades a nível mundial. Para mais informação sobre a NTT, acesse https://www.rd.ntt/e/.

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