空間クロスコネクト装置とマルチコアファイバ光増幅器からなる大規模な空間多重光ネットワークの実証実験に初めて成功【香川大学、KDDI総合研究所、NEC、santec、古河電工】
モバイル/無線 無料香川大学、KDDI総合研究所、NEC、santec、古河電工の5機関は3月28日、大規模な空間多重光ネットワークの実現に必要な基盤技術を確立し、成果の一部である空間クロスコネクト装置とマルチコアファイバ光増幅器からなる1,000km級の大規模な空間多重光ネットワークの実証実験に世界で初めて成功したと発表した。
5機関は「これにより、次世代（Beyond 5G (6G)）無線通信サービスの提供に不可欠な、経済的で超大容量の光ネットワークの実現に向けた扉が大きく開かれるものと期待される。本成果の一部は、OFC 2025 (カンファレンス 3月30日〜4月3日：サンフランシスコ)にて、最高得点を獲得した論文（Top Scored）の一つとして発表する予定だ」としている。
なお、本研究開発は、NICTの「Beyond 5G研究開発促進事業」ならびに「革新的情報通信技術（Beyond 5G (6G)）基金事業」に係る委託研究「Beyond 5G超大容量無線通信を支える空間多重光ネットワーク・ノード技術の研究開発（JPJ012368C00201、JPJ012368C07801）」（代表研究者：香川大学）に基づいて実施された。
背景
将来のBeyond 5G（6G）無線通信サービスは、5Gの特長である「高速・大容量」、「低遅延」、「多数端末との接続」のさらなる高度化が目標とされ、これを実現するためには、Pbps級のトラフィックに対応可能な超大容量光ネットワークを経済的に構築することが必要不可欠だ。さらに、今後のAI社会を支える基盤として、情報通信ネットワークには、地理的に分散されたデータセンタや無線基地局を接続する重要な役割が求められている。これを可能にする新しい技術として、非結合マルチコアファイバ（MCF）と、MCF光増幅器、MCF光スイッチからなる、空間多重光ネットワークが有望視されている。これまで、4コアファイバ（4-CF）や19コアファイバ（19-CF）などを用いた2地点間の長距離空間多重伝送の研究開発が推進されてきたが、MCFを用いた空間多重光ネットワークに関する報告は、光スイッチ単体や小規模なネットワーク実験に留まってきた。
内容
今回、香川大学、KDDI総合研究所、NEC、santec、古河電工からなる産学連携の研究チーム（PHUJINプロジェクト）は、大規模な空間多重光ネットワークの実現に必要な、基盤技術（光スイッチ技術、光配線技術、光増幅技術、光ノード技術、光ネットワーク設計・管理技術）の確立と、それらを用いた次世代の光ノード装置、空間クロスコネクタ装置の構築に成功した。さらに、開発技術を統合することで、1,000km級の大規模な空間多重光ネットワークの実証実験に世界で初めて成功した。空間多重光ネットワークは、現在の波長多重ネットワークが波長単位の細かい粒度でスイッチングしているのとは異なり、低損失なコア選択スイッチを用いてMCF内のコア単位の粗い粒度でスイッチングすることで、
・1ビット当たりの転送コストの削減
・伝送可能距離の延伸
・光ノード装置内の光ファイバ配線数の削減
が可能になると期待される。
実施された空間多重光ネットワークの実証実験は次の2つとなる。
長距離空間多重光ネットワークテストベッド
長距離空間多重光ネットワークテストベッドのイメージ。
空間多重光ネットワークにおいて、FIFOデバイスなしの光増幅器を用いたMCF伝送システムは、従来の単一コア光増幅器およびFIFOデバイスを使用したMCF伝送システムと比較すると、余分な損失を引き起こすFIFOデバイスを削減することで光信号の品質向上が可能となる。これにより、より多くのデータをより遠くまで効率的に送信することが可能になる。さらに、柔軟な経路切り替えを可能とするMCF対応の光ノードとして、低損失な空間クロスコネクト装置を導入することで、コストを削減しつつ伝送距離を更に延ばすことができる。今回、コア選択スイッチを用いた空間クロスコネクト装置とFIFOレス4コアファイバ増幅器、4コアファイバ伝送路からなる周回系長距離光ネットワーク実証実験系を構築することで、1,600 kmの長距離にわたる大規模な空間多重光ネットワークが実現可能であることを初めて実証した。
マルチドメイン空間多重光ネットワークテストベッド
マルチドメイン空間多重光ネットワークテストベッドのネットワーク構成。
MCFの設計・製造技術の進展に伴い、今後、コア数の異なるMCFで構築された複数の空間多重光ネットワークドメイン（領域）が混在すると想定される。今回、4コアファイバネットワークと16コアファイバネットワークを、コア選択スイッチからなる空間ゲートウェイ装置を介して相互接続し、大規模なマルチドメイン空間多重光ネットワークにおいても、空間チャネルの設立と切り替えが高品質に実施可能であることを初めて実証しました。4コアファイバネットワークドメインは、4コアファイバリンクとFIFOレス4コアファイバ増幅器から、16コアファイバネットワークドメインは、19コアファイバリンクとクラッド励起19コアファイバ増幅器（16コアのみ使用）から、それぞれ構成されている。
マルチドメイン空間多重光ネットワークテストベッドの全景
開発された基盤技術の内容
光ノード・光ネットワーク技術（香川大学）
装置サイズの拡張性と接続自由度に優れた、コア選択スイッチ（CSS）に基づく空間クロスコネクト装置（SXC）構成法とSXC内の各種MCF光デバイスの極性管理法）
光増幅技術（KDDI総合研究所、NEC、古河電工）
（KDDI総合研究所）空間多重・分離器（ファンイン・ファンアウト：FIFO）を介することなく励起光をエルビウム添加4コアファイバに注入することで、低雑音な光増幅を可能としたFIFOレス4コアファイバ増幅器。
（NEC）増幅する光信号の伝搬方向をコア毎に設定可能な、全方向7コアファイバ増幅器。
（古河電工）19本のコアを一括で励起可能な、クラッド励起19コアファイバ増幅器。
光スイッチ技術（santec）
19-CFコア選択スイッチ（CCS）や19-CFコアセレクタ（CS）などのMCF光デバイス。
光配線技術（古河電工）
高次モードとコア間クロストーク、曲げ損失を最小化した19-CFコード/コネクタ、ならびに19-CF空間多重器（ファンイン・ファンアウト：FIFO）などMCF光デバイス。
成果がもたらす効果
将来のBeyond 5G（6G）無線通信サービスは、5Gの特長である「高速・大容量」、「低遅延」、「多数端末との接続」のさらなる高度化が目標とされ、これを実現するためには、Pbps級のトラフィックに対応可能な超大容量光ネットワークを経済的に構築することが必要不可欠だ。
今回の空間クロスコネクト装置とマルチコアファイバ光増幅器からなる大規模な空間多重光ネットワークの実証実験により、将来のBeyond 5G（6G）無線サービスを支える、経済的で超大容量の光ネットワークの実現に向けた扉が大きく開かれるものと期待される。
