富士通开发新技术，利用现有设备大幅提高光数据传输吞吐量

富士通实验室有限公司．开发了超高容量波分复用系统，极大地扩展了光纤在连接数据中心的光网络中的传输容量。新技术无需部署专门用于新波长的新收发器就能实现这一目标。在此之前，为了扩大数据中心之间的传输容量，运营商必须增加使用的光纤数量，或者需要支持每个波长波段的接收器。现在，富士通实验室开发了世界上第一个宽带波长转换技术，可以批量将c波段(1)光信号转换为新的波长波段，包括l波段和s波段，并在接收时将其重新转换回原来的c波段。富士通实验室开发了一种系统，在复用前将c波段的光信号转换为L波段和s波段，并利用这一创新技术进行传输，在原则上成功地证明了传输容量可以增加两倍。这使得数据中心运营商可以使用现有设备来提高光纤利用效率，从而扩大传输容量。这有望消除可能给大容量用户带来挑战的网络瓶颈，这些用户需要存储、备份或对分布在多个数据中心之间的大量数据执行并行分析。这包括许多人预计在不久的将来会急剧增加的情况，例如通过5G网络连接的8K视频材料和设备日志信息等非结构化数据的传输。

开发背景

近年来，社交网络和流媒体视频的使用使数据中心处理的数据量呈指数级增长。而且，随着5G通信和8K视频技术的普及，未来数据流通将大幅增长。虽然数据中心运营商已经将多个数据中心与光网络连接起来，并使用分布式存储进行灾难恢复，使用分布式处理进行高速处理，但他们还需要进一步扩大传输容量，以有效地应对预计在不久的将来数据量的增长。

图1:光网络连接数据中心的示意图和示例

问题

扩大数据中心之间的传输能力可以通过增加光纤数量来实现，但是，额外的费用将根据使用的光纤数量进行评估，这对运营商来说是一个巨大的成本负担。另一方面，也可以考虑同时使用c波段以外的新波长波段。光网络一般使用c波段传输性能较好，但对于数据中心之间几十公里的中距离传输，使用其他波段如l波段或s波段传输损失的影响很小，也可以考虑使用这些波段。然而，这种方法将需要单独开发能够支持每个频段的收发器。


图2:光纤传输中使用的波长带


图3:同时使用不同波段的收发器的方法

关于新开发的技术

为了应对这些挑战，富士通实验室开发了一种超大传输容量的光波分复用系统(已申请专利)，该系统将发射器输出的c波段光信号批量转换为新的波长进行传输，然后再将其转换回原始波长波段，然后再发送到接收器。首先，c波段光信号与两个泵浦光(2)相结合，产生一个混合波长的信号。泵浦光改变信号所经过的非线性光学介质的折射率，并输出不同波长的转换信号。在接收端使用类似的原理将发射的光信号返回到c波段。利用这种新开发的技术，可以根据各种非线性光学介质的色散特性，通过选择两个泵浦光的波长，有效地将光信号转换到任意波长的波段。此外，该技术还可以通过同步控制泵浦光来降低波长转换后信号上叠加的噪声。这意味着它可以同时有效地转换信号的波长，同时最大限度地提高光信号的质量。


图4:提出的新的波长转换技术


图5:通过使用该技术的波长转换来扩大波段使用的方法

影响

利用该技术，富士通实验室创建了一个原型系统，将c波段的光信号转换为L波段和s波段，然后将它们多路复用以进行传输，在原则上成功地确认了该技术可以将可用波长增加三倍，而无需为每个新的波长波段使用收发器。使用该技术，可以使用更多不同频段进行传输，可以根据需要将传输容量从2倍扩展到10倍。除了这项技术，数据中心运营商还可以立即利用新的c波段收发器，这些收发器将在c波段以外的波长波段中发展。

未来的计划

富士通实验室计划在2019财年将该技术纳入富士通网络1FINITY系列光传输系统的新阵容。此外，富士通实验室正在考虑将这项技术扩展到数据中心运营商，为客户创造新的业务做出贡献。

(1) c波段国际电信联盟电信标准化部门ITU-T定义的用于光传输的波长波段。c波段为1530 ~ 1565 nm, l波段为1565 ~ 1625 nm, s波段为1460 ~ 1530 nm。
(2)泵浦光在非线性光学介质中，通过折射率变化对光信号进行调制的光。