世界最高の光通信用符号処理速度を実証
三菱電機株式会社は、基幹光ネットワークで用いられる光送受信器に適用する新たなデジタル信号処理技術として、光通信の大容量・低消費電力化を実現する「圧縮シェイピング」技術を世界で初めて※1開発しました。通信トラフィックのデータ状況に応じて、「0」と「1」のビット列からなるデータのうち、「0」の割合が多いデータをエネルギーの小さい信号点※2へ自動的に割り当てる「シェイピング」と、それと同時にデータ圧縮を行う手法です。
開発した「圧縮シェイピング」技術の適用先
世界初、光通信の大容量・低消費電力化を実現する「圧縮シェイピング」技術を開発.
基幹光ネットワークは高度情報化社会を支える通信インフラの一つとして、大規模データを集約して長距離伝送するために多数用いられています。近年、新たな生活様式への移行にともない、通信トラフィックは増加しており、大容量かつ低消費電力の通信が求められています。また、次世代のBeyond 5Gサービスでは、現在の10倍の大容量・高速通信が必要とされています。
一方、データ通信の大容量・高速化が進むほど信号伝送時の歪みや雑音等の影響が増加し、符号誤り※3が顕著となります。このとき、誤りを訂正する符号処理には多くの電力が消費されるため、大容量化と低消費電力化を両立する妨げとなります。また、符号誤りを減らすために信号点間同士が重なりにくいように信号点間距離を広げると、全体のエネルギーが大きくなって、光ファイバー通信の制約を満たさなくなるという課題がありました。
今回、高い確率で生じる「0」の割合が多いデータ※4（無効データ）をエネルギーの小さい信号点に割り当てる「シェイピング」を行うことで、全体のエネルギーを抑えたまま信号点間の距離を離し、符号誤りを減少させるとともに、同時にデータ圧縮も行う「圧縮シェイピング」技術を開発しました。これにより、誤りを訂正する符号処理の電力消費を従来※5比8分の1以下に低減するとともに、光送受信器の大容量化も可能となります。また、「圧縮シェイピング」技術を汎用の大規模集積回路であるFPGA※6に実装し、世界最高※1 の光通信用符号処理速度（毎秒、最大1.6テラビット超）で実証しました。
本研究開発の一部は、国立研究開発法人情報通信研究機構（NICT（エヌアイシーティー））の委託研究「超並列型光ネットワーク基盤技術の研究開発（採択番号：20401）」による成果です。当社は現在、同委託研究「Beyond 5G通信インフラを高効率に構成するメトロアクセス光技術の研究開発（採択番号：01401）」で、さらに発展的な研究開発を進めています。
開発の特長
1.世界初の「圧縮シェイピング」技術で、光通信の大容量・低消費電力化を実現
- 独自アルゴリズムにより、短時間の通信トラフィックのデータの状況に応じて、ビット列の 「0」の割合が多いデータをエネルギーの小さい信号点へ自動的に割り当てる「シェイピング」 と、それと同時にデータ圧縮を行う「圧縮シェイピング」技術を世界で初めて開発
- 従来、信号点間距離を広げると信号点が原点から離れるため、全体のエネルギーが大きくな っていましたが、高い確率で生じる「0」の割合が多いデータ(無効データ)をエネルギーの 小さい原点付近の信号点に割り当てることで、全体のエネルギーを抑えたまま、信号点間の 距離を離すことを実現。歪みや雑音の影響があっても信号点同士が重なりにくいため、符号 誤りが減少し、通信用のデータビットを処理する符号処理において消費電力の割合が高い、 誤りを訂正する符号処理の消費電力を従来の 8 分の 1 以下に低減
- シェイピングにデータ圧縮の機能をもたせて、段階的な処理を行う独自の方法により、低消 費電力、大容量通信の条件下で、世界で初めて、シェイピングとデータ圧縮を同時に実現
2.世界最高の光通信用符号処理速度で実証 ・「圧縮シェイピング」技術を汎用の大規模集積回路である FPGA に実装し、世界最高の光通
信用符号処理速度(毎秒、最大 1.6 テラビット超)を実証
3.信号点数の大規模可変技術により、光ネットワークの高効率化に貢献
- 低遅延通信や長距離通信のために信号点数を減らしたり、高秘匿通信や大容量通信のために 信号点数を増やすため、下は 5 から、上は従来を上回る 4194304(2 の 22 乗)まで大規模に 信号点数を可変でき、22 ビットまでデータを適用可能であることを実証
- 光ネットワークの高効率化に向けて、一台の光送受信器で性質の異なる通信トラフィックの 複数宛先との送受を可能とする、NICT の委託研究で開発中の「仮想光チャネル」技術に貢 献
今後の予定・将来展望
今回開発した「圧縮シェイピング」技術は、2030年までの実用化を目指します。また、圧縮 を含むシェイピング技術の大容量・低消費電力化、仮想光チャネル技術の高度化を追求し、その 実用化開発も進めます。
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