1.移動体(モバイル)通信とは...通ネ第5回180511 モバイル・ワイヤレス通信の基礎 流通経済大学 増田2018 1 1.移動体(モバイル)通信とは
光通信における部品とシステム...
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光通信における部品とシステム の発展経緯と今後
三木 哲也 (電気通信大学)
2013. 9.10
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© Tetsuya MIKI, UEC
5M
10M
15M
20M
0
25M
Mar., 2010
Mar., 2008
Mar., 2006
Mar., 2004
Mar., 2002
Mar., 2000
Cable: 0.21M
ADSL: 0.07M
FTTH 0.03M
FTTH:23.9M
ADSL:5.4M
Cable:6.0M
Nu
mb
er
of
Sub
scri
be
r
Mar., 2012
BWA (Broadband Wireless access) :5.3M
Mar., 2013
ブロードバンドサービスの普及状況
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モバイル通信のトラフィック爆発
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Googleのトラフィックが全体の6%(2010年)
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光通信の世代と主要な光部品 1970 1980 1990 2000 2010 2020
既存方式の光化 (1波長/1芯)
FS
10G
ブロードバンド化 (WDM)
40G 800G? 100G ビットレート/波長: 32M
10G 3.2T 8T 64T?
超多重化 (DigitalCoherent)
光アクセス(PON) FMCアクセス (WDM-PON)
Fiber LED LD PD 光コネクタ
Fiber(1.5μ,零分散) LD(単一モード) 融着接続 光コード
多芯ケーブル スターカップラー 光スイッチ 多芯融着接続
LN光変調器 光アイソレータ 光カップラー
合分波器(AWG) 光アンプ(EDFA) LD(波長制御) 光トランシーバ
WSS MEMS光スイッチ
光コヒーレント変調器 偏波合分波器
光集積回路 RF光変調器 UTC-PD CMOS-LD
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光リンクモジュール PCF メカニカルスプライス
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© Tetsuya MIKI, UEC
1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015
1M
10M
100M
1G
10G
100G
1T
10T
100T
1P
Bit
Rat
e (
b/s
)
5 bit/Hz x 20 THz
1 bit/Hz x 20 THz
Limit of Electronics
132l
128l
10l
3l
2l x 6.3M
2l x 150M
16l x 2.5G
F-1.6G
F-400M
F-100M F-32M
F-2.5G
48l x 2.5/10G
F-10G
10T(273l x 40G)
WDM Commercial Systems
R&D for WDM Systems
Non WDM Commercial Systems
14T(140l x 111G)
1.2T(128l x10G)
4l x 2.5G
25.6T (160l x 170G)
54.2T (328l x 198G)
光ファイバ通信伝送容量の発展
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λ1, λ2, λ3,・・λn
li lj
ROADMによるリングネットワーク
ROADM
ROADM: Reconfigurable Optical Add Drop Multiplexer
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WSSを用いたROADMの回路構成
トランスポンダ
トランスポンダ
トランスポンダ
・・・・・・
WSS
WDM
合波器
アクセス系
・・・
光スイッチ制御 遠隔制御系へ
光カップラー
WSS: Wavelength
Selective
Switch
l1, lj, lk,・・・
li lm
li lm
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EDFA EDFA
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WSSの機能と構造例
・・・
l1 ln
li lj lk
WSS (1 x N)
WSS: Wavelength Selective Switch MEMS: Micro Electro-Mechanical System
任意の複数波長を選択的に分離
出力
入力
構造の例
Grating
Collimator
Lens
MEMS Mirror
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マルチキャリア光源の特長
マルチキャリア分配型ネットワーク
・単一光源から超多波長キャリアを一括生成
・高精度な光周波数グリッド(波長間隔)を容易に生成
・光源数の削減による低コスト・省電力化
・高精度グリッドの維持,光源の運用・管理が容易
MOD
MOD
LD
LD
LD
LD
制御回路 MOD
MOD
多波長LD光源
~
MCLS
変調周波数 (周波数グリッド)
MOD
MOD
MOD
MOD
マルチキャリア光源
制御回路
マルチキャリア光源(MCLS)
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07
キャリア分配型ROADMネットワーク
Data (drop)
Data (add)
Carrier (drop)
Data (add)
ROADM ノード
波長利用効率の低下 キャリアの再利用による 波長利用効率の維持
Carrier (drop)
Data (drop)
MCLS
MCLS: マルチキャリア光源
MCLS
Carrier (drop)
Data (add)
Data (drop)
Data (drop)
Data (add)
キャリア再生
ROADM ノード
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光キャリア再生型ROADM
M. Matsuura et al., Proc. IEEE ICC 2010, ONS-03-3 (2010).
光キャリア再生型ROADM ノードの構成
OA: 光ファイバ増幅器 WSS: 波長選択スイッチ OCR: 光キャリア再生回路
光搬送波周波数・クロック周波数の共有
OCR Clock Data (drop)
1 1 0 1
mod
0 1 1 1
Data (add)
MCLS
Carrier (drop)
Data (add)
Data (drop)
Data (drop)
Data (add)
ROADM ノード
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光キャリア再生回路
M. Matsuura et al., IEEE Photon. Technol. Lett., 22, 808 (2010). P
ow
er
(dB
m)
Wavelength (nm)
-60
-40
-20
1555.4 1555.8 1556.2
-20
-18
-16
-14
14 16 18 20 22 24 26 28
Injected (14 dB)
Reg. (14 dB)
Injected OSNR (dB/0.1 nm) 0 200 400 600 800Residual dispersion (ps/nm)
Injected (900 ps/nm)
Reg. (900 ps/nm)
-21
-19
-17
-15
-13
Injected
Reg.Injected
50 ps/div.
1000
R
eceiv
ed
pow
er@
BE
R=
10
(
dB
m)
-9
50 ps/div.
-20
-18
-16
-14
-21
-19
-17
-15
-13
R
ece
ived
po
wer@
BE
R=
10
(d
Bm
)-9
Reg.
光信号品質の再生効果
再生光信号
入力光信号
抽出光クロック
入力光信号 の中心波長
・品質の劣化した光信号から 高品質クロック生成が可能
・再生信号の波長は入力信号 に追従するので高精度周波 数グリッドは維持される
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量子ドット半導体光増幅器(QD-SOA)
T. Akiyama et al., Proc. IEEE, 95, 1757 (2007).
利得特性の比較例
利得 (dB)
利得帯域 (nm)
回復時間 (ps)
偏波依存性 (dB)
SOA
QD-SOA
70~80
120~150
出力パワー (dBm)
数~数10
<10 (遅い応答含)
<0.5
あり (改善可)
7~13
10~27
>25
>30
半導体の活性領域に半導体量子ドット (数nmから数10nmの半導体微結晶) を用いた半導体光増幅器(SOA)
汎用SOAでは実現不可能な 光信号処理技術の開拓
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次世代FTTH:FMCアクセスのイメージ
FMC: Fixed Mobile Convergence ONU: Optical Network Unit OLT: Optical Line Terminal
WDM: Wavelength Division Multiplexing PON: Passive Optical Network BS: Base Station
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次世代FTTHのキーデバイス: 光集積回路
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17
シリコン光集積回路によるWDM合分波器 (NTT研究所)
PLC (Planar Light
Circuit) によるAWG
(Arrayed Wave-Guide)
Silicon Photonics
によるAWG
© Tetsuya MIKI, UEC 出典:日経産業新聞、2007年4月12日
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CPU間の大容量データ伝送に向けて
シリコン集積光送信器を開発
スパコンのキーデバイス:シリコン光集積回路 (富士通研究所)
出典:プレスリリース(2012年8月31日)
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光給電型光ファイバ無線伝送
・設備を簡易化し,運用コストを削減 ・災害に強い無線通信システム ・無誘導の伝送路で避雷対策
LD: レーザ光源 PD: フォトダイオード
MOD: 光変調器
制御局
アンテナ
基地局 下り伝送
上り伝送
光ファイバ MOD LD
電気増幅器
PD
アンテナ
PD
LD
高出力
レーザ
光給電
制御局 アンテナ基地局
光電変換
素子
光パワー伝送
MOD
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ダブルクラッド光ファイバによる光給電
J. Sato and M. Matsuura, Proc. CLEO-PR & OECC/PS 2013, TuPO-8 (2013).
符号誤り率特性
ダブルクラッド光ファイバ(DCF)による光給電型ROF下り伝送
×
単一モード (SMF)
多モード (MMF)
ダブルクラッド
(DCF)
◎
◎ ◯
◎
構成
広帯域 伝送
光給電
広帯域 モード分散 広帯域
コア小 コア大 コア大
×