2015 年 3 月 27 日 日本電信電話株式会社 沖電気工業株式会社 波長多重技術を用い経済的に伝送距離と伝送容量を拡大するPON 技術を共同開発 ～世界初、40km の伝送距離、従来の 40 倍の伝送容量、32 倍の収容ユーザ数を実現する広 域光アクセス実証実験に成功～ 日本電信電話株式会社（本社：東京都千代田区、代表取締役社長：鵜浦 博夫、以下 NTT） と沖電気工業株式会社（本社：東京都港区、代表取締役社長：川崎 秀一、以下 OKI）の２ 社は、波長多重技術と組み合わせた新たなPON 技術※1である「WDM/TDM-PON 技術※2」 を共同開発しました。本技術を用いて、40km の伝送距離と従来の 40 倍に当たる 40Gbit/s の総伝送容量、32 倍のユーザ数にあたる 1024 ユーザの収容を可能とする光アクセスシス テムのフィールド伝送実験に世界で初めて成功しました。 なお本成果の一部については、光通信に関する国際学会 OFC2015（Optical Fiber Communication Conference 2015、米国ロサンゼルスで 3 月 22 日～26 日開催）で 3 月 26 日（米国西海岸時間）にポストデッドライン論文※3として発表します。 1．研究開発の背景 今回の研究開発は、総務省の委託研究「超高速・低消費電力光ネットワーク技術の研究 開発（アクセスネットワーク（加入者・局舎ネットワーク）高速大容量化・低消費電力化 技術）」を受託し実施したものです。次世代光アクセスシステムの研究開発では、年々増加 するブロードバンドユーザのトラフィックに対応すべく、通信容量の大容量化が求められ ています。また、伝送距離を伸ばし収容ユーザ数を増やすことにより、装置を配置する局 舎数や局舎内の装置数を削減できるため、効率的な運用と消費電力削減が実現できます。 このように大容量化、広域化、収容ユーザ数の増加をもたらすために、従来の時間多重を 用いたTDM（Time Division Multiplexing）-PON 技術の限界を超えるさらなる技術革新 が求められています。
NTT のアクセスサービスシステム研究所（以下、NTT の研究所）と OKI は、本課題を 解決すべく、従来のTDM-PON 技術と、コア、メトロネットワークで活用されてきた長距 離伝送用の波長多重（Wavelength Division Multiplexing：WDM）技術とを組み合わせた 「WDM/TDM-PON 技術」（図 1）の確立を目指し研究に取り組んできました。TDM-PON 技術という効率的に複数のユーザを収容可能な技術に加え、WDM 技術によって総帯域を大 きく拡大するとともに、少ない損失で長距離の伝送が可能になります。
今回、NTT の研究所と OKI が開発した「WDM/TDM-PON 技術」は、(1)波長可変型 バースト光送受信器※4、(2)波長多重バースト光増幅器、(3)波長切替制御プロトコルから構 成されます。 (1) 波長可変型バースト光送受信器の開発【NTT、OKI】 WDM/TDM-PON では、ONU（宅内装置）によって使用波長が異なるため、各々異なる 仕様のONU を用意した場合、管理コストの上昇や誤接続が発生する可能性があります。こ れらを防止するためにはONU の光送受信器に波長可変機能（カラーレス化）が必要となり ます。本開発では、PON の上り伝送方式であるバースト伝送※4に対応した波長可変機能付 き光送受信器として、小型・低コストタイプと高速波長可変タイプの 2 種類を実現しまし た（図2）。 (2)波長多重バースト光増幅器の開発【NTT】 WDM/TDM-PON の 40km、1024 分岐を実現するためには、波長多重された上りバース ト信号を経済的に増幅する光増幅技術※5 が必要です。また、上りバースト信号の出力レベ ルを均一化し、入力ダイナミックレンジ※6を拡大する必要があります。本開発では装置の 小型経済化を実現するため、利得媒体※7として半導体光増幅器(Semiconductor Optical Amplifier、 SOA)を用いました。また、SOA の利得を高速に制御する自動利得制御 (Automatic gain control、AGC)技術を確立し、部品点数の削減によるさらなる経済化を実 現しました（図3）。 (3)波長切替制御プロトコルの開発【NTT、OKI】 本開発装置の１波長あたりの総帯域は最大10Gbit/s（×4 波長＝40Gbit/s）であり、同一 波長のONU のトラフィックの総和が 10Gbit/s を超えると、フレーム損が発生する可能性 があります。これに対処するため、運用中にONU の波長をトラフィック量の少ない別の波 長に切替えることができる波長切替プロトコルを開発しました。また、波長切替中は局側 装置及びONU がフレーム送信を停止して蓄積し、切替完了後に蓄積フレームの送信を再開 する機能を実装することで、フレーム損を発生させない波長切替を可能にしました。 2 社はこれらの新規開発技術を実装した OLT（局内装置）、ONU、光増幅器を用いてフ ィールド実証実験を実施しました。実験は、札幌の複数のNTT 東日本ビルを光ファイバで 結び、総伝送距離40km、1024 分岐の広域加入者系光ネットワークを模擬したテストベッ ド※8を構築して行いました（図4、5）。OLT と ONU との距離 40km において、1024 分岐 のファイバ構成で、ONU の接続動作を世界で初めて確認しました。また上り下りで総帯域 40Gbit/s となる良好な伝送特性とフレーム損のない波長切替が行えることや，トラフィッ ク量が少ない場合は稼働波長数を減らすことで，OLT の消費電力を削減できることを世界
で初めて確認，実証しました。 本技術開発で得られた成果は、ITU-T G.989※9（通称NG-PON2）の標準化活動にて提案 し、採択される見込みです。 3．今後の展開 今後は、開発した「WDM/TDM-PON 技術」のさらなる信頼性向上を目指すとともに、 装置の小型化にも取り組んでいきます。また、合わせて国内外の機関とも連携し、成果の グローバル展開を目指していきます。 図1 WDM/TDM-PON の概念図 40G 級OLT 40km以上 10G 級 カラーレスONU 光増幅器 将来コ ア 網 TDM TDM TDM TDM エ ッジ ル ータ
WDM/TDM-PON
256×4波長=1024分岐(a)OKI 開発品 (b)NTT 開発品 図2 波長可変型バースト光送受信器の写真（ONU 用：2 タイプ） 図3 バースト光増幅器の写真 W7xH6xL20 mm 200 mm 4ch APD ROSA
4ch APD-TIA array and AWG module.
4ch EML TOSA
High output power 4ch burst-mode EML array.
W5.3xH6.3xL19.6 mm W6.8xH5.8xL17.3 mm
H
W W
図4 実験構成図
図5 実験の様子の写真
用語解説
※1 PON （Passive Optical Network）
光ファイバ網において、光カプラと呼ばれる電源を使用しない分岐装置を用いて、複数 の光ファイバを接続する形態のネットワーク技術。 ※2 WDM/TDM-PON 時分割多重技術で伝送する10Gbit/s の TDM-PON を複数波長多重して 1 つのファイバで 伝送し、総帯域を経済的に 40Gbit/s 以上に増やすことができるアクセス系の伝送技術。 ONU が波長可変性を有することで、ONU のカラーレス化や波長間に跨る帯域共有を可能 ビルA ビルB ビルA 40km ビルB ビルA 64分岐 スプリッタ 測定器 ONU 16分岐 スプリッタ OSU4 OSU2 OSU3 OSU1 WDM/TDM-PON OLT M UX /DE M UX 測定器 ONU ONU ONU 測定器 波長多重 バースト 光増幅器
OLT
波長多重バースト
光増幅器
ONU
としている。 ※3 ポストデッドライン論文 一般論文投稿締め切り後（ポストデッドライン）に受け付けられる論文で、本分野の研 究機関が会議直前の最新技術によって光通信技術の最高性能を競う。会議期間内で論文選 考が行われ、高く評価された研究成果のみが報告される。 ※4 バースト光送受信（バースト伝送） ある時間間隔をおいて、間欠的に発生する信号をバースト信号と呼び、それらを送受す ることをバースト光送受信と呼ぶ。PON システムの場合、上り（ユーザから通信事業者） 方向において、各ユーザからの信号は、互いに衝突を避けるためにバースト状になる。 ※5 光増幅技術 光信号を電気信号に変えずに、光のまま直接増幅する技術。 ※6 ダイナミックレンジ 扱うことのできる最小の信号と最大の信号の大きさの比。光増幅器においては、これが 大きいほど、広範囲のユーザを収容することができる。 ※7 利得媒体 光増幅器において光の増幅を行う物質。特殊な物質を添加した光ファイバや半導体など が用いられる。 ※8 テストベッド 研究段階の技術を検証するために構築する実運用状態に近い実験環境。 ※9 ITU-T G.989
国 際 電 気 通 信 連 合 電 気 通 信 標 準 化 部 門（International Telecommunication Union Telecommunication Standardization Sector）が標準化した、多波長の信号を多重して伝送 するPON 規格。NG-PON2(Next Generation Passive Optical Network Phase 2)とも呼ば れる。 本件に関するお問い合わせ先 ＮＴＴ情報ネットワーク総合研究所 企画部 広報担当 TEL：0422-59-3663 E-mail：inlg-pr@lab.ntt.co.jp 沖電気工業株式会社 広報部 山本 TEL：03-3501-3835 E-mail：press@oki.com
