第 201 号・2022 年 7 月

住友電工テクニカルレビュー

情報通信25Gbps 対応光 Repeater 装置

Optical Repeater Corresponding to 25 Gbps Transmission
＊渡邉聡朗

米田晴紀

飯田

Toshirou Watanabe

誠山内

Makoto Iida

聖司

Kiyoshi Yamauchi

Haruki Yoneda

5G（第5世代移動通信システム）の構築において、モバイルフロントホール（MFH）区間の伝送速度が従来システムの約2.5倍になっている。信号の高速化に伴い、シングルモードファイバの波長分散の影響で光伝送可能距離が短くなる課題がある。光伝送距離を延伸化する方策として、波長分散の影響が極小となる1.3μ m 帯に波長を変換し、伝送特性を補償するため電気回路による波形生成処
理を組合せ、30km の伝送路まで適用可能なメディアコンバータ型の光 Repeater 装置を開発した。本稿ではこの25Gbps 対応光Repeater 装置について説明する。

In the construction of 5th generation (5G) mobile communication systems, the transmission speed at the mobile fronthaul(MFH) section is about 2.5 times faster than that of conventional systems. As the signal speed increases, there is aproblem of shortening the optical transmission distance due to the effect of wavelength dispersion in single-mode fibers.
As a measure to extend the optical transmission distance, we have developed a media converter type optical repeaterthat converts the wavelength to the 1.3 μm band, where the effect of wavelength dispersion is minimized. The repeater
combines waveform generation processing with electric circuits to compensate the transmission characteristics and canbe applied to transmission lines up to 30 km. This paper describes the 25 Gbps optical repeater.
キーワード：5G、モバイルフロントホール、光波長選択、3R 機能

1.

緒

言

大きいのはシングルモードファイバの波長分散※3である。

当社は4G モバイルフロントホール（MFH） （図1）構

一般的に波長分散による伝送ペナルティは距離に比例し、築の際に使用される光集線装置※2を開発、製造してきた。

伝送速度の2乗に比例する（1）。例えば、4G の最大伝送速度

この MFH を5G 用に展開する場合、伝送速度の高速化に伴

9.8Gbps に対し、5G の最大伝送速度は25.7Gpbs と約2.5い波形歪へのトレランスが小さくなり、MFH 構築の際に倍になっており、波長分散によるペナルティは凡そ6.25倍大きな障害となる。例えば、4G と同じロケーションに5Gとなる。そこで当社では25.7Gbps 信号の伝送距離を延長

アンテナを設置しようとした場合、MFH の伝送距離が長し、4G と同じロケーションにアンテナを設置可能にする

く、5G アンテナを設置できないという課題が発生し、新25Gbps 対応光 Repeater 装置を開発した。

※1

たに無線中継機が必要となる場合がある。同じ伝送距離、同じ光ファイバを使用して信号を伝送する場合に、影響がRepeater

2.

基本コンセプト

開発した製品の基本コンセプトは以下の通りである。
（1）【長距離伝送に有利なゼロ分散波長付近を使用する】
MFH 区間は一般的にはシングルモードファイバが使用されており、従来使用している CWDM ※4波長では波長分散の影響で長距離伝送が難しくなる。そこで長距離伝送に有利なゼロ分散に近い波長を使用する。
（2）【25.7Gbps

で最大30km 伝送、許容伝送損失22dB を確保する】
当該伝送速度で最大30km 伝送、許容伝送路損失を22dBまで引き上げるには、当該伝送速度に対応した3R 機能の追加が有効と考えられる。3R とは信号再生（Regenerate）、波形整形（Reshape）、タイミング再生（Retiming）を行

1う伝送方式となる。この機能を装置に導入する。
（3）【4G 信号伝送にも対応する】
図1

通信させる伝送速度に対応したSFP（Small From-Factor

モバイルフロントホールの基地局展開

25Gbps 対応光 Repeater 装置

11（1）住友電工テクニカルレビュー

第 201 号・2022 年 7 月

Pluggable）を使うことにより、5G（eCPRI ※5信号）だけでなく4G（CPRI3.

表1信号）にも対応する。

※6

25Gbps 対応光 Repeater 構成

25Gbps 対応光 Repeater の装置外観を図2～図4に、装置仕様を表1～表3に、ブロック図を図5に示す。本装置
は、通信させる伝送速度に対応した SFP を実装可能なポートと1心双方向通信が可能な WDM※7仕様諸元（本体装置）

項目

仕様

動作温度範囲0℃～50℃

動作湿度範囲65％±20％RH（結露なきこと）

電源電圧

DC：-48V（-40.5～-57.0V）
AC：100V / 200V

チャンネル数

1

冷却方式

自然空冷

監視機能

通信異常：受信レベル異常

ポート（SC）を1つ

装置異常：SFP異常、装置異常ずつ持つ。基地局側装置（SREP25-B）とアンテナ側装置（SREP25-R）の対向で使用し、1心のシングルモードファイバで接続する。電源入力部は、使用電源環境に応じて、外形サイズ

W（80）×D（165）×H（25）mm

質量0.5kg以下

消費電力

7W以下

DC 電源タイプ（-48V）と AC 電源タイプ（100V/200V）を選択可能な構成とした。

表2

eCPRI/CPRI インタフェース諸元

項目

仕様

eCPRIビットレート
CPRIビットレート①25.78125 /10.3125 Gbps

②9.8304 / 4.9152 Gbps

③2.4575 Gbps

eCPRI光出力
CPRI光出力eCPRI光入力

搭載するSFPによる

CPRI光入力
光波長165mm
80mm
表3
図2

装置外観図

WDMポート (SC)SFPポート25mm

図3

WDM インタフェース諸元項目

仕様

WDMビットレート

25.78125 / 10.3125 / 9.8304 / 4.9152 /2.4576 Gbps
（搭載するSFPにより伝送データを自動レート判定）

波長上り：1300.05nm
下り：1304.58nm

許容伝送損失22dB以下伝送距離最大30km装置正面図:1300.05nm(AC:1304.58nm)
図4

図5ブロック図

装置背面図

25Gbps 対応光 Repeater 装置

12（2）住友電工テクニカルレビュー

4.
4－1

第 201 号・2022 年 7 月

図8に伝送距離を変化させた場合の誤り率の変化を示

25Gbps 対応光 Repeater 特性

す。距離に対する誤り率の変動はほぼゼロであり、波長分光波長選択散の影響を受けていないことが確認できる。

使用する波長に関しては、1.3µm 帯の中で近年生産数量が4－2

3R 機能増加し比較的低価格で入手性が良いLAN-WDM ※8波長に注

伝送速度25.7Gbps での許容伝送損失を22dB 確保する目し、その中でゼロ分散波長に近い1300.05/1304.58nmため、3R 機能を実装した。図9、図10の測定系を使い、の2波長を選択した（図6）。この波長でシングルモードファ

3R 機能の有無で30km を伝送させた場合の伝送特性の比

イバ伝送後の特性を図7の測定系で評価した。

較評価をした。測定では前方誤り訂正（FEC）※9が有効時にエラーフリーとなる誤り率※105.0E-05を基準として評価した。
図11に評価結果を示す。3R 機能がない場合、誤り率が(ps/nm/km)

極端に劣化し基準の5.0E-05を超える。一方3R 機能がある

1.3 m

20

場合、誤り率は -22.6dBm で5.0E-05となり、装置基準の100

1.1

1.21.3( m)1.5

1.4-10SREP25-B()

3R-2030km

8:800GHz(5nm)127712861291

SREP25-R(

図612821295

13001304(nm)

1309

3R

分散特性の影響を受けない波長選択

SREP25-B(

図9SREP25-R(20km

30km

30km

SREP25-R()

図10

選択した波長の距離に対する誤り率の測定系

1.0E-02

1.0E-02

1.0E-04

1.0E-04

1.0E-06

1.0E-06

1.0E-08

1.0E-08

3R
3R

1.0E-121.0E-12152025-24.030(km)図8

3R 機能有りの測定系

5.0E-05

1.0E-101.0E-1010)

3R

3R5)

3R

10km

0

3R 機能無しの測定系

SREP25-B()

3R

図7)

-23.0-22.0-21.0-20.0-19.0(dBm)

選択した波長の距離に対する誤り率

図11伝送距離30km 時の受信感度特性

25Gbps 対応光 Repeater 装置

13（3）住友電工テクニカルレビュー

第 201 号・2022 年 7 月-22dBm に対し0.6dB 余裕を持つことになり、30km の長※3距離伝送を実現している。

波長の違う光が光ファイバの中を伝搬する速度がそれぞれ4－3違うために伝搬時間の差＝遅延が発生する現象。

信頼性試験

波長分散

表4の信頼性試験項目に対し全て良好な結果であり、実※4用に十分な信頼性を備えていることを確認した。

CWDM

光 フ ァ イ バ の 伝 送 密 度 を 高 め る WDM（WavelengthDivision Multiplexing：波長分割多重）技術の一種で、波表4項
12

長密度の低い通信方式

信頼性試験項目と結果

試験項目

条件

判定

高温試験

①温度：+70℃、保存時間：72時間、通電なし②温度：+55℃、通電時間：96時間、通電あり

良好

低温試験

①温度：-20℃、保存時間：72時間、通電なし②温度：-5℃、通電時間：96時間、通電あり

良好※5eCPRI

Evolved CPRI：無線基地局とアンテナ部の通信に使用されるイーサネットをベースとした通信規格。
※6CPRI

Common Public Radio Interface：無線基地局とアンテ

3

温度サイクル試験

温度-15℃～55℃、サイクル数：5回、通電あり

良好

4

静電気許容試験

接触：± 4kV、気中：±8kVで装置の各所へ印加良好

5雷サージ試験±0.5kVのコンビネーション波形を
L1,L2,PEの各ポートへ5回（1分間隔）で印可

良好

6放射／伝導妨害波 VCCI技術基準（VCCI-CISPR32：2016）
良好
試験のクラスAを満足すること

7

振動試験

周波数：10～55Hz、片振幅：0.75mm
振動時間：各方向45分
振動方向：X、Y、Z

良好

長の異なる複数の光信号を利用する方式。

8

衝撃試験

衝撃力：50G
衝撃方向：3方向正弦波パルス：11ms

良好※8ナ部の通信に使用される通信規格でアナログ信号のデジタルサンプリングを基本とする規格。
※7WDM

Wavelength Division Multiplexing（波 長 分 割 多 重）：
1つの回線に複数の回線の信号やデータをまとめて同時に送受信する多重化技術の一つで、光ファイバ回線などで波LAN-WDM

1.3um 帯 の 波 長 間 隔 約 5um（800GHz）の 4 波 長：
1295.56nm、1300.05nm、1304.58nm、1309.14nm
で 波 長 分 割 多 重 す る 方 式。約0.4nm（50GHz）間 隔 の5.

結言

DWDM と比較すると波長間隔が広く、精密なレーザ温度の調整が必要ない。

本稿では25Gbps 対応光 Repeater 装置の、最適な波長選択の考え方及び3R 機能追加について紹介した。本装置に※9より25Gbps でも最長30km 伝送が可能となり、4G と同データの記録・読み出しや送受信を行う際の誤り訂正方式

じロケーションに5G アンテナを設置する選択肢を広げるの一つで、誤りが起こることを見越してあらかじめ冗長なことで5G システム構築に貢献できるようになった。今後符号を付加したデータを送り、受け手が元のデータを復元も5GMFH 構築を容易にする技術、製品の開発に取り組んする方式。

前方誤り訂正（FEC）

でいく。
※10

誤り率

デジタル伝送において伝送信号に誤りの発生する確率。
用 語 集 ーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーー※1

モバイルフロントホール

移動通信における基地局装置のベースバンド処理部と無線装置間の回線。
※2

参 考 文 献（1）	滝澤康裕、梅田大助、「40km 伝送を実現する5G 無線アクセスネット
ワーク用波長多重伝送方式」、SEIテクニカルレビュー、第197号（2020年7月）

光集線装置

複数の光ファイバの伝送信号を波長多重し、1本の光ファイバで伝送する装置。

25Gbps 対応光 Repeater 装置

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執 筆 者 ーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーー
渡邉聡 朗＊ ：住電オプコム㈱飯田

誠 ：住電オプコム㈱山内聖 司 ：住電オプコム㈱次長米田晴 紀 ：住電オプコム㈱部長

主査ーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーー＊主執筆者

25Gbps 対応光 Repeater 装置

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