NTT Corporation (ou «NTT», PDG: Akira Shimada) annonce la réussite 1 de son expérience de transmission optique la plus rapide au monde (plus de 2 Tbits/s par longueur d’onde) d’éléments optiques numériques cohérents2.
Ce communiqué de presse contient des éléments multimédias. Voir le communiqué complet ici : https://www.businesswire.com/news/home/20221017005351/fr/
Fig 1: Our Result Compared with Conventional Technology (Graphic: Business Wire)
Dans le cadre de cette expérience, NTT a développé un module d’amplification intégré (IC)3 en bande de base ultra-large et une technologie de traitement de signal numérique capable de compenser avec une extrême précision la distorsion dans le circuit émetteur-récepteur optique. Ensuite, nous avons procédé à la transmission et à la réception de signaux optiques numériques cohérents à une vitesse de plus de 2 Tbits/s par longueur d’onde, et réalisé une expérience de transmission avec répéteur d’amplification optique sur 240 km d’un signal optique de 2,02 Tbits/s.
Ce résultat suggère que plus la technologie de transmission optique numérique cohérente évolue, plus elle peut atteindre à la fois une grande capacité par longueur d’onde – plus de deux fois le niveau conventionnel – et une longue distance de transmission. Cette technologie centrale devrait servir de base au développement du réseau All-Photonics des initiatives IOWN 4 et 6G.
À l’avenir, le flux des communications devrait augmenter en raison de la prolifération des services 5G qui répondront à divers problèmes sociaux, ainsi que du développement des services IOWN et 6G. Il est nécessaire que le réseau All-Photonics – le réseau de communication optique de base de IOWN – atteigne de manière rentable une capacité encore plus grande. À l’avenir, pour transmettre économiquement des signaux Ethernet ultra-rapides de 1,6 térabits/s ou plus sur de longues distances, nous espérons atteindre une transmission optique longue distance de plus de 2 Tbits/s par longueur d’onde en augmentant la capacité de transmission par longueur d’onde du signal optique et le débit de symboles du signal 6, pour optimiser la quantité d’informations par symbole.
Pour augmenter la capacité de transmission par longueur d’onde, il est nécessaire de dépasser la vitesse maximale des circuits semi-conducteurs CMOS 7 sur silicium. À ce jour, NTT a recherché et développé des systèmes de transmission optique et des dispositifs intégrés utilisant la technologie du doubleur de bande qui permet de dépasser la limite de vitesse du silicium CMOS utilisant le multiplexeur AMUX, et a ainsi réussi à générer des signaux optiques avec un débit de symboles supérieur à 100 gigabauds 8. Cependant, pour réaliser une transmission optique de plusieurs térabits/s ou plus, il est nécessaire d’avoir à la fois une bande passante plus large et un signal de sortie plus élevé de l’amplificateur électrique (amplificateur pilote pour piloter le modulateur optique) dans l’émetteur-récepteur optique. De plus, l’augmentation continue des vitesses crée une demande de technologie capable de compenser les écarts par rapport au circuit de transmission/réception optique idéal (différences dans la longueur du trajet du signal, variations de la perte dues aux trajets du signal, etc.) avec une précision extrêmement élevée.
Pour la première fois au monde, nous avons fait la démonstration de la transmission et de la réception d’un signal optique numérique cohérent dépassant 2 Tbits/s par longueur d’onde (Fig. 1, à gauche), et réalisé avec succès une expérience de transmission avec répéteur d’amplification optique de 2,02 Tbits/s sur 240 km (Fig. 1, à droite). Notre équipe a réalisé cet exploit grâce à la fusion avancée du module d’amplification intégré (IC) en bande de base ultra-large original de NTT et de la technologie de traitement du signal numérique à ultra-haute précision.
Module d’amplification intégré (IC) en bande de base ultra-large
NTT a élaboré et développé un module d’amplification intégré (IC) en bande de base ultra-large 3 3 appliquant la technologie du transistor bipolaire à hétérojonction à base d’InP (InP HBT) 9 et doté d’un connecteur coaxial de 1 mm prenant en charge des fréquences jusqu’à 110 GHz. Nous avons réussi à créer un module monté dans un boîtier offrant des performances ultra-large bande (Figure 2, à gauche) et un gain et une puissance de sortie suffisants (Figure 2, à droite). Pour le moment, nous utilisons ce module d’amplification intégré (IC) en bande de base en tant qu’amplificateur pilote pour piloter un modulateur optique.
Technologie de compensation ultra-haute précision de la distorsion du circuit émetteur-récepteur optique, basée sur la technologie du traitement numérique du signal
NTT a développé un module d’amplification intégré (IC) en bande de base ultra-large basé sur la technologie InP HBT, ce qui nous permet de générer des signaux ultra-rapides. Toutefois, lorsqu’il est utilisé comme amplificateur pilote pour piloter un modulateur optique, il doit fonctionner dans une plage de sortie haute puissance, ce qui fait que la non-linéarité de la sortie de l’amplificateur pilote (où la puissance de sortie n’est pas proportionnelle à la puissance d’entrée) devient un problème et que la qualité du signal optique (rapport signal-bande-bruit) se détériore. De plus, en raison de l’ultra-rapidité des signaux, la dégradation de la qualité du signal devient perceptible du fait de l’écart par rapport à l’idéal à l’intérieur de l’émetteur-récepteur optique.
Dans notre expérience, la technologie de traitement du signal numérique de pointe de NTT a compensé avec une précision extrême la distorsion non linéaire générée dans le pilote du modulateur et l’écart par rapport à l’idéal à l’intérieur de l’émetteur-récepteur optique. Nous avons élargi la plage de fonctionnement du module IC et réussi à améliorer la qualité du signal optique (Fig. 3). En utilisant ce signal optique ultra-rapide de haute qualité, nous avons réalisé une expérience de transmission de répéteur d’amplification optique. La méthode PCS-144QAM 5 , qui optimise la répartition des points de signal, a été appliquée à un signal optique ultra-rapide de 176 gigabauds afin de générer un signal optique allant jusqu’à 2,11 Tbits/s. En outre, nous avons réussi à transmettre un signal optique de 2,02 Tbits/s sur 240 km en utilisant une technologie qui alloue la quantité optimale d’informations en fonction de la distance de transmission (Fig. 4).
Cette technologie devrait permettre une transmission extrêmement fiable de signaux de grande capacité en multiplexant des signaux optiques supérieurs à 2 Tbits/s par longueur d’onde. En particulier, la technologie d’augmentation de la vitesse de modulation des signaux optiques contribue non seulement à augmenter la capacité par longueur d’onde, mais elle peut aussi, comme le montre la Fig. 5, générer des signaux de grande capacité lorsqu’elle est combinée avec la technologie d’extension des ressources de longueur d’onde 10. La technologie de NTT devrait également permettre la transmission longue distance. En vue de réaliser un réseau All-Photonics des initiatives IOWN et 6G, NTT encouragera la recherche et le développement en poursuivant l’intégration de ses dispositifs technologiques, de sa technologie de traitement numérique du signal et de sa technologie de transmission optique.
1 Selon les recherches de NTT – septembre 2022.
2 La technologie numérique cohérente est une méthode de transmission qui combine traitement numérique du signal et réception cohérente. La technologie de la réception cohérente permet la réception de l’amplitude et de la phase de lumière en provoquant des interférences entre une source lumineuse placée du côté réception et le signal optique reçu. Les méthodes de modulation, telles que le multiplexage de polarisation et la modulation de phase, améliorent l’efficacité de l’utilisation des fréquences; la compensation de signal optique de haute précision, qui utilise le traitement du signal numérique et la réception cohérente, permet une amélioration significative de la sensibilité du récepteur.
3Amplificateur en circuit intégré en bande de base ultra-large développé par NTT et doté de la bande passante la plus large au monde. Le procédé InP-HBT permet de réaliser un amplificateur en circuit intégré qui applique notre technologie exclusive de conception de circuits de haute précision et une nouvelle technologie d’architecture de circuit qui permet le haut débit. Voir le communiqué de presse de NTT: «Achievement of Amplifier IC with World’s Widest 241 GHz Bandwidth: Expected as General-Purpose Ultra High-Speed Device Technology for Next-Generation Data Centers and Beyond 5G»
https://group.ntt/jp/newsrelease/2019/06/03/190603b.html
4Rapport technologique de NTT pour Smart World: «What’s IOWN»:
https://group.ntt/jp/newsrelease/2019/05/09/190509b.html
5La technologie PCS (Probabilistic Constellation Shaping) réduit les exigences en matière de rapport signal/bruit pour la transmission du signal en optimisant la répartition et la disposition des points de signal sur la base de la théorie de l’information. La QAM (Quadrature Amplitude Modulation) est une méthode de modulation qui transporte des informations concernant l’amplitude et la phase du signal lumineux; la 144QAM a 144 points de signal. En appliquant la technologie PCS au système QAM, il est possible d’optimiser la qualité du signal en fonction des conditions du chemin de transmission.
6Nombre de fois que la forme d’onde optique commute en une seconde. Un signal optique de 176 gigabauds transmet des informations en commutant la forme d’onde optique 176 milliards de fois par seconde.
7Les semi-conducteurs complémentaires à oxyde de métal sont utilisés pour assurer des fonctions à grande échelle, telles qu’un processeur en tant que structure pour réaliser un circuit intégré à semi-conducteur. Ce type de circuit est souvent utilisé pour la transmission et la réception de transmission optique à grande capacité en raison de l’importante quantité de signaux. Même si la vitesse augmente du fait de la miniaturisation, les semi-conducteurs composés sont encore supérieurs en termes de vitesse élevée.
8 Communiqué de presse de NTT: «World’s First Successful Wavelength Multiplexing Optical Transmission Experiment for Long-distance Transmission of 1 Tbit/s per Wavelength: A Future Large-Capacity Communication Network Technology Supporting the Spread of IoT and 5G Services»
https://group.ntt/en/newsrelease/2019/03/07/190307a.html
9 Transistor bipolaire à hétérojonction utilisant du phosphure d’indium, un semi-conducteur du groupe III-V. Ce transistor offre une vitesse et une tension de tenue excellentes.
10 Communiqué de presse de NTT: «World’s First Success in Broadband Optical Amplification Relay Transmission Using Optical Parametric Amplifier: Capable of More than Twice the Capacity of Conventional Optical Amplifiers»
https://group.ntt/jp/newsrelease/2021/01/28/210128b.html
À propos de NTT
NTT a pour objectif de résoudre les problèmes sociaux au travers de ses activités opérationnelles en mettant la technologie au service du bien. L’esprit d’innovation, qui est au cœur de notre culture depuis plus de 150 ans, se traduit par des percées technologiques qui contribuent à un monde naturellement plus connecté et plus durable. NTT Research and Development partage ses expériences, ses innovations et ses connaissances avec les entités opérationnelles et les partenaires de NTT afin de promouvoir de nouvelles idées et solutions. Dans le monde entier, nos laboratoires de recherche se consacrent à l’intelligence artificielle, aux réseaux photoniques, à la physique quantique théorique, à la cryptographie, à l’informatique médicale et de santé, aux plateformes de données intelligentes et au twin computing numérique. Figurant dans le top 5 des fournisseurs mondiaux de solutions technologiques et professionnelles, nos équipes pluridisciplinaires proposent leurs services dans plus de 190 pays et régions. Nous proposons nos services à plus de 75% des entreprises du Fortune Global 100 et à des milliers d’autres clients et communautés du monde entier. Pour plus d’informations sur NTT, rendez-vous à l’adresse https://www.rd.ntt/e/.
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