戦略的情報通信研究開発推進事業
（SCOPE）

次世代ディジタルコヒーレント光ファイバ通信技術の研究開発

課題番号JP19216002
研究代表者（所属研究機関）森 洋二郎（東海国立大学機構・名古屋大学）
研究開発期間令和元年度～令和4年度

研究開発の目的

指数関数的増加を続ける光ファイバ通信需要に対応するために、光ファイバ通信システムの大容量化および高性能化が急務となっています．現在実用化されているディジタルコヒーレント光ファイバ通信システムのさらなる大容量化および高性能化を達成するためには，情報を伝搬する光波の，位相，振幅，波長，偏波，空間を極限まで活用することが必要不可欠です．本研究開発では，高次多値変調方式および空間分割多重方式に対応するディジタル信号処理アルゴリズムおよびそれに関連する技術を創出することを目的としています．

研究開発の内容及び成果

各通信システムに好適となるディジタル信号処理回路を開発し，その性能を評価しました．下図は，提案するディジタル信号処理回路の一例です．本信号処理回路は，全ての線形な信号品質低下要因に同時に対応可能です．参考のために，2モード，74波長に多重された，64Gbaud 16QAM信号の復調の様子を示しています．複数の信号品質低下要因の存在下であっても，良好な復調特性が得られることを，シミュレーション及び実験を通じて実証しました．

Example of DSP circuit

今後の研究開発成果の展開

この数十年で光ファイバ通信システムは多大な発展を遂げ，社会基盤としての地位を確固たるものとしました．本研究の目標が達成されたことで，光ファイバ通信システムの大容量化および高性能化という目的が果たされ，情報通信技術を活用するあらゆる産業活動に大きく貢献することが見込まれます．さらに，通信技術に依拠した技術であるAI・機械学習の発展にも資することから，これらの技術を利活用して学問の革新を目指す他の研究領域の活動を促進する効果も大いに期待できます．

研究開発成果

査読付き論文

  • T. Kuno, Y. Mori, and H. Hasegawa, “Digital Coherent Receiver Enabling Nyquist Wavelength Demultiplexing Under Frequency Offset and Receiver-Side IQ Impairments,” IEEE/Optica Journal of Lightwave Technology, vol. 42, no. 5, pp. 1409-1422, March 2024.
  • R. Shiraki, Y. Mori, and H. Hasegawa, “Demonstration of spectrum narrowing mitigation based on recurrent neural network for ultra-dense WDM networks,” Optica Optics Letters, vol. 49, no. 4, pp. 947-950, February 2024.
  • R. Shiraki, Y. Mori, and H. Hasegawa, “Demodulation framework based on machine learning for unrepeated transmission systems,” IEICE Transactions on Communications, vol.E107-B, no.1, January 2024.
  • R. Shiraki, Y. Mori, and H. Hasegawa, “RNN-based Demodulation Framework for Spectrum Narrowing in Ultra-Dense WDM Networks,” IEEE Photonics Technology Letters, vol. 34, no. 18, pp. 993-996, September 2022.
  • K. Okamura, Y. Mori, and H. Hasegawa, “Pre-filtering Techniques for Spectrum Narrowing Caused by Optical Node Traversal in Ultra-dense WDM Networks,” IEEE Photonics Journal, vol. 13, no. 2, article #7200513, April 2021.

査読付き口頭発表論文

  • T. Kuno, Y. Mori, and H. Hasegawa, “Wavelength Division Demultiplexing of Nyquist WDM Signals under Frequency Offset and Receiver-side IQ Impairments," European Conference on Optical Communication (ECOC), paper We.A.7.4, Glasgow, United Kingdom, October 2023.
  • Y. Mori and H. Hasegawa, “Optical Switch Architecture for Intra-datacenter Networks,” Optica Advanced Photonics Congress (APC), Busan, Korea, July 2023. (Invited Paper)
  • Y. Ishikawa, R. Shiraki, Y. Mori, and H. Hasegawa, “Adaptive Joint Pre-/Post-equalization of Spectrum Narrowing Caused by Cascaded Photonic Nodes,” Optica Advanced Photonics Congress (APC), Busan, Korea, July 2023.
  • T. Ochiai, R. Shiraki, Y. Mori, and H. Hasegawa, “Low-cost Coherent Transceivers with Quantization Noise Mitigation Function Enabled by Neural Networks,” Optica Advanced Photonics Congress (APC), Busan, Korea, July 2023.
  • R. Higuchi, T. Kuno, R. Shiraki, Y. Mori, and H. Hasegawa, “Modulation and Demodulation Method Robust against Laser Phase Noise,” 2023 Conference on Lasers and Electro-Optics/Europe - European Quantum Electronics (CLEO®/Europe-EQEC 2023), Munich, Germany, June 2023.
  • R. Shiraki, Y. Mori, and H. Hasegawa “Optical Path Management Based on Machine Learning for Optical Networks,” Proc. SPIE 12429, Next-Generation Optical Communication: Components, Sub-Systems, and Systems XII, 124290M, San Francisco, USA, March 2023. (Invited Paper)
  • J. Sakano, R. Shiraki, Y. Mori, and H. Hasegawa “Constellation-shaped 64QAM Robust against Phase Noise in Intra-Datacenter Networks,” Opto-Electronics and Communications Conference / International Conference on Photonics in Switching and Computing (OECC/PSC 2022), paper WF3-4, Toyama, Japan, July 2022.
  • N. Tsuchida, T. Kuno, J. Sakano, Y. Mori, and H. Hasegawa, “Optical Performance Monitoring Using Adaptive FIR Filters for Constellation-shaped Higher-Order QAM Signals,” Opto-Electronics and Communications Conference/International Conference on Photonics in Switching and Computing (OECC/PSC 2022), paper ME1-5, Toyama, Japan, July 2022.
  • N. Tsuchida, T. Kuno, Y. Mori, and H. Hasegawa, “Measurement Method of Transmitter IQ Imbalance in Digital Coherent Communication Systems", Proc. SPIE 12027, Metro and Data Center Optical Networks and Short-Reach Links V, 1202708, Online/San Francisco, January/February 2022.
  • J. Sakano, Y. Mori, and H. Hasegawa, “Joint Modulation/Demodulation Optimization without the Differentiable Channel Model in the Presence of Phase Noise,” OSA Photonics Switching and Computing (PSC), paper Tu5A.6, Online, September 2021.
  • N. Tsuchida, T. Kuno, Y. Mori, and H. Hasegawa, “Measurement of Transmitter IQ Skew in High-Speed Digital Coherent Communication Systems,” Opto-Electronics and Communications Conference (OECC), paper T4B.7, Hong Kong, China, July 2021.
  • T. Kuno, Y. Mori, and H. Hasegawa, “Evaluation of Low-complexity Digital Coherent Receivers for Short-reach Transmission Systems,” Proc. SPIE 11712, Metro and Data Center Optical Networks and Short-Reach Links IV, 117120C, Online, March 2021.
  • T. Kuno, Y. Mori, and H. Hasegawa, “Low-Complexity Digital Coherent Receivers for Short-Reach Transmission Systems,” IEEE Photonics Conference (IPC 2020), paper WG2.2, Online, September 2020.
  • T. Kuno, Y. Mori, and H. Hasegawa, “Low-Complexity DSP Configuration for Short-Reach Transmission Systems,” Optoelectronics and Communications Conference (OECC 2020), paper VP95, Online, October 2020.
  • K. Okamura, Y. Mori, and H. Hasegawa, “Joint Pre-emphasis and Partial-response Coding for Spectrum Narrowing Caused by Repeated Optical-node Traversal in Ultra-dense WDM Networks,” European Conference on Optical Communication (ECOC 2020), paper Mo2D-8, Online, September 2020.

口頭発表

  • 久野拓真、森洋二郎、長谷川浩、“ナイキストWDM システムにおける波長多重分離法、” 電子情報通信学会フォトニックネットワーク研究会、PN2023-44、愛媛、2023年11月。
  • 落合匠郎、樋口怜治、久野拓真、白木隆太、森洋二郎、長谷川浩、“Neural Networkに基づくディジタル信号処理－大容量光ファイバ通信システムの実現に向けて－、” 電子情報通信学会超知性ネットワーキングに関する分野横断型研究会、Paper 51、札幌、2023年10月。
  • 佐竹風人、森洋二郎、白木隆太、長谷川浩、“ディジタルサブキャリア伝送方式における波長分散とレーザ位相雑音の相互作用、” 電子情報通信学会ソサイエティ大会、B-12-13、名古屋、2023年9月。
  • 落合匠郎、樋口怜治、久野拓真、白木隆太、森洋二郎、長谷川浩、“Neural Network を用いた量子化雑音とIQ 不均衡の同時補償技術，” 電子情報通信学会ソサイエティ大会、B-12-11、名古屋、2023年9月。
  • 樋口怜治、森洋二郎、白木隆太、長谷川浩、“短距離コヒーレント光通信に適する変復調方式、” 電気・電子・情報関係学会東海支部連合大会、J1-2、豊橋、2023年8月。
  • 石川誉聡、白木隆太、森洋二郎、長谷川浩、“スペクトラム狭窄耐力を向上する送受信器等化同時最適化法、”電子情報通信学会フォトニックネットワーク研究会学生ワークショップ、pn2023-stws-14、沖縄、2023年3月。
  • 樋口怜治、白木隆太、森洋二郎、長谷川浩、“自己符号化器を用いた光変復調方式の同時最適化、”電子情報通信学会フォトニックネットワーク研究会学生ワークショップ、pn2023-stws-9、沖縄、2023年3月。
  • 加川功己、白木隆太、森洋二郎、長谷川浩、“適応的シンボル判定器の特性変動耐性、”電子情報通信学会フォトニックネットワーク研究会学生ワークショップ、pn2023-stws-3、沖縄、2023年3月。
  • 三ツ矢拓誠、久野拓真、森洋二郎、長谷川浩、佐藤健一、“［依頼講演］短距離通信用ディジタルコヒーレント受信器を用いたデータセンタ光スイッチネットワーク、”電子情報通信学会フォトニックネットワーク研究会、PN2022-50、沖縄、2023年3月。(依頼講演)
  • 樋口怜治、白木隆太、森洋二郎、長谷川浩、“短距離コヒーレント光通信システムに適する低損失変調方式、”電子情報通信学会総合大会、B-10-18、埼玉、2023年3月。
  • 加川功己、 白木隆太、森洋二郎、長谷川浩,“ニューラルネットワークシンボル判定器の特性変動耐性評価,”電子情報通信学会総合大会, B-10-26、埼玉, 2023年3月.
  • 土田直樹、久野拓真、白木隆太、森洋二郎, 長谷川浩、“高次多値変調信号を用いたレーザ線幅の常時監視技術、”B-12-9、電子情報通信学会総合大会, 埼玉, 2023年3月.
  • 石川誉聡、白木隆太、森洋二郎、長谷川浩、“スペクトラム狭窄耐力を向上する等化器生成法、”電子情報通信学会総合大会、B-12-14、埼玉、2023年3月。
  • 土田直樹、久野拓真、白木隆太、森洋二郎、長谷川浩、“レーザ特性の常時監視技術、”電子情報通信学会フォトニックネットワーク研究会, PN2022-38、大阪, 2023年1月.
  • 落合匠郎、白木隆太、森洋二郎、長谷川浩、“量子化雑音耐力を備えるディジタルコヒーレント受信器、”電子情報通信学会フォトニックネットワーク研究会、PN2022-37、大阪、2023年1月。
  • 石川誉聡、白木隆太、森洋二郎、長谷川浩、“スペクトラム狭窄の影響を緩和する予等化フィルタの生成法 、”電子情報通信学会フォトニックネットワーク研究会、PN2022-8、北海道、2022年8月。
  • 久野拓真、森洋二郎、長谷川浩、“［依頼講演］短距離光ファイバ通信システムのための低演算量ディジタルコヒーレント受信器、”電子情報通信学会ネットワークシステム研究会、NS-2022-90、北海道、2022年10月。(依頼講演)
  • 樋口怜治、白木隆太、森洋二郎、長谷川浩、“短距離コヒーレント光通信システムに適する変復調方式 、”電子情報通信学会フォトニックネットワーク研究会、PN-2022-28、高知、2022年11月。
  • T. Kuno, Y. Mori, and H. Hasegawa, “Digital Signal Processing Circuit for Coherent Receivers in Intra-Datacenter Networks,” 電子情報通信学会総合大会 (English Session), BS-3-4, March 2022.
  • 坂野純、森洋二郎、長谷川浩、“位相雑音耐力を向上する変復調方式最適化、”電子情報通信学会総合大会、B-12-15、オンライン、2022年3月。
  • 久野拓真、森洋二郎、長谷川浩、“多機能かつ高性能ディジタルコヒーレント受信器、”電子情報通信学会フォトニックネットワーク研究、PN2021-60、オンライン, 2022年3月.
  • 坂野純、森洋二郎、長谷川浩、“デジタル信号処理の不完全性を考慮した光変復調方式の最適化、”電子情報通信学会フォトニックネットワーク研究会、PN2021-85、オンライン、2022年3月.
  • 土田直樹、久野拓真、森洋二郎、長谷川浩、“受信信号を用いたレーザ線幅測定を可能とする光性能監視技術、”電子情報通信学会フォトニックネットワーク研究会、PN2021-81、オンライン、2022年3月.
  • 土田直樹、坂野純、久野拓真、森洋二郎、長谷川浩、“高次多値変調方式のための送信器IQ skew 推定法”、レーザー学会学術講演会、G02-12a-VII-03、オンライン、2022年1月。
  • 土田直樹、久野拓真、森洋二郎、長谷川浩、“ディジタルコヒーレント通信システムにおける送信器IQ 不均衡推定、”電子情報通信学会フォトニックネットワーク研究会、PN2021-25、オンライン、2021年8月。
  • 土田直樹、森洋二郎、長谷川浩、“ディジタルコヒーレント通信システムにおける送信器IQskew推定、”電子情報通信学会総合大会、B-10-14、オンライン、2021年3月。
  • 土田直樹、森洋二郎、長谷川浩、“適応FIRフィルタを用いた送信器IQ skew推定法、”電子情報通信学会フォトニックネットワーク研究会学生ワークショップ、pn2021-stws-5、オンライン、2021年3月。

申請特許

  • 森洋二郎、久野拓真、長谷川浩、石川誉聡 “信号処理回路、ディジタルコヒーレント受信器及びディジタルコヒーレント通信システム”、特願2023-049684、2023年3月。
  • 森洋二郎、久野拓真、長谷川浩、白木隆太 “信号処理回路、ディジタルコヒーレント受信器およびディジタルコヒーレント通信システム”、特願2021-028629、2021年2月。

受賞

  • 落合匠郎, 電子情報通信学会RISING研究会 優秀ポスター発表賞, 2023年10月．
  • Y. Ishikawa, Optica Advanced Photonics Congress Student Paper Award, July, 2023.
  • T. Ochiai, Optica Advanced Photonics Congress Student Paper Award, July, 2023.
  • 石川誉聡、優秀発表賞、電子情報通信学会フォトニックネットワーク研究会学生ワークショップ、2023年3月
  • 樋口怜治、プレゼンテーション賞、電子情報通信学会フォトニックネットワーク研究会学生ワークショップ、2023年3月
  • T. Kuno, English Session Award of NS Committee, Technical Committee on Network Systems IEICE, October 2022.

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