Real-time digital signal processing in 10-Pbit/s-class optical space division multiplexed fiber transmission

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モード多重光ファイバ伝送では、光受信器ににおいて、モード結合によるクロストークを保証するMIMO信号処理が必要となる。その回路実装の複雑度がモード多重数の二乗で増大するために、モード多重数増大に対して回路実装がより複雑となるのが最大の課題である。本研究の目的は、超大規模MIMO信号処理を実時間実装し、どこまでモード多重数を拡大可能なのかを明らかにすることである。そのために、モータ多重数ターゲットを6モードとして、それに必要なMIMO信号処理をFPGA回路で実装し、実時間6モード多重伝送を世界で初めて実現する。2022年度は、1Tbps入出力を有するFPGAボードを独自開発し、それを用いた6モード多重用MIMOの実時間実装を達成した。昨年度開発したパイロットトーンを用いた超高精度周波数オフセット補償回路とともに実時間モード多重光受信器を実現した。それを用いて、波長多重6モード多重19コアファイバ伝送実験を行い、全モード・全波長・全コアにおいて良好な受信特性が得られた。本成果は光通信分野のトップカンファレンスであるOFC2023において最高スコア論文となった。最終年度を待たずに、研究ターゲットを達成するに至った。また、さらなる高性能化を目指し、高次QAM受信のための信号処理の設計を行っている途中である。従来のMIMOに比べ構成が簡素で高安定動作可能な位相不感応アルゴリズムを用いることで、高性能化させても回路複雑度が低減するのが利点である。振幅方向トレーニング符号を用いることで高安定動作を実現することが示された。2023年度実装を目指す。