MPLS Japan 2022

海底ケーブルシステムの技術動向
日本電気株式会社
海洋システム事業部門
稲田 喜久© NEC Corporation 2022

発表内容
1. 海底ケーブルシステムの概要
2. 海底ケーブルシステムの大容量化に向けた技術動向
3. マルチコアファイバ技術開発の取り組み

国際通信の回線需要の伸び (2020～2026年)
通信サービスの急速なグローバル化、5Gの普及などを背景に拡大

年成長30－40％

出典： TeleGeography3© NEC Corporation 2022

世界の既存海底ケーブル網世界中で400本以上、約120万キロ。国際通信の99％を担う。

出典： TeleGeography
4© NEC Corporation 2022

海底ケーブルシステムの特徴
長距離
太平洋横断級の超長距離伝送(~16,000km)

大容量ペタビット級の伝送容量(~0.5Pb/s)

中継器

高信頼

長期寿命
システム設計寿命: 25年

回線断時間：5分/年
傭船修理: 1～3回未満/25年
最大水深8,000mの高耐圧

水深 最大約8,000m←海溝もケーブルを這わせる5© NEC Corporation 2022

海底ケーブルシステムの構成要素
海底装置（海底ケーブル、中継器）と陸上装置を合わせたシステム
中継器

中継システム

ケーブル

分岐装置

Max. 8,000m water depth

伝送装置

敷設工事
MarineInstallation

無中継システム6© NEC Corporation 2022

給電装置

海底光ケーブルの急速な大容量化

1本当たりの容量
20年で100倍に

出典： TeleGeography
7© NEC Corporation 2022

海底ケーブルシステムの技術動向
更なる伝送容量増大に向けた、電力効率向上、実装効率向上
伝送容量最大化 (Capacity/fp ➔ Capacity/cable)

海底ケーブルの多芯SDM技術

給電装置の給電能力の範囲内で、伝送容量最大化

ｹｰﾌﾞﾙ伝送容量 = 2 x B x NFP x log2( 1+SNR )ファイバ多芯化(SDM)＋線形伝送のトレンド

海底光中継器の電力効率向上、高集積化

海底光中継器フレキシビリティ・コネクティビティ
1000mW

励起光源
共有方式

8

© NEC Corporation 2022

励起LD 450mW
高出力化 (2011)

800mW(2018)

海底ケーブルシステムの大容量化における課題◆ 海底ケーブルシステム特有の技術課題◼ 給電電力リミット： 陸上に設置する給電装置(PFE)から海底光中継器(光アンプ)へ供給する電力からくる制限
PFE(+)

RepeaterPFE(-)◼ 空間リミット：海底ケーブル・海底光中継器に収容する光ファイバ・光アンプのための実装
スペースからくる制限（構造、取り扱い、ケーブル敷設等）
海底ケーブル構造上のファイバ数制限

OpticalFiber

9© NEC Corporation 2022

海底光中継器筐体内の光アンプ数制限

給電能力制限下でのケーブル伝送容量最大化◆ 給電装置の給電能力の範囲内で、海底ケーブルの伝送容量を最大化-+◆ 給電制限化で伝送容量を最大化するには、ファイバ多芯化が有効◼ Capacity/fp(SNR/fp) から Capacity/cable(Fiber pair/cable)へ
ケーブル伝送容量 = 2 x B x NFP x log2( 1+SNR )FP数を2倍にするとCapacityは2倍
SNRを2倍にするとCapacityは1.2-1.3倍

非線形伝送システム

線形伝送システム◼ 高耐非線形ファイバ、最適中継器出力での設計⚫ 低損失ファイバ、中継器出力を下げた設計◼ 周波数利用効率を最大化 (Capacity / THz)

⚫ 電力利用効率を最大化 (Capacity / kV)◼ ファイバペア数は、条件固定(pre-determined)⚫ ファイバペア数も最適化

10© NEC Corporation 2022

空間分割多重(SDM)による大容量化◆ 現在は多心化(Gen1-SDM)が主流。更なる大容量化に向けて、マルチコア(Gen2-SDM)も有力な候補。

多心ケーブル(Gen1-SDM)

細径ファイバ
更なる多心マルチコア(Gen2SDM)
16FP

12FP

8FP
11

© NEC Corporation 2022

SC5xx 17mm
(OCC cable)

Gen1 SDM: 多心化海底光ケーブルシステム◆ ケーブル内の空間に、より多くのシングルコアファイバを収容。

海底光ケーブル
光ファイバ
水走り防止剤LW/CoreDiameter [mm]Maximum
Capacity [FPs]

SC300シリーズ2024

水走り防止剤SC500シリーズ

1716

銅チューブ

Cable Type* 250umファイバ採用時◆ 更なる多心化のための技術◼ 光ファイバの細径化：
250um ⇒ 200um

12© NEC Corporation 2022

3分割鉄個片ハガネ線

LW(Light Weight)

絶縁体200µmファイバケーブル性能◆ 細径ファイバはコーティングが薄いため、外部からの影響を受けやすく、マイクロベンドなどによる損失の増加や伝送性能の悪化が懸念される。

15km

ファイバ数

48 x
200µmファイバ

48ファイバのうち12ファイバをサンプルとし、ケーブル化前後の光損失を比較した。

OCC-SC530 (LW)
(17mm submarine Cable)

13© NEC Corporation 2022

Delta Atten. after cabling(dB/km)

ケーブル長

Cabled Attenuation (dB/km)◆ 200µmファイバを収容した海底光ケーブルを試作し、ケーブル化前後の光学性能の検証を行った。

• 光損失の変化量: -0.0033dB/km (平均)• 250µmファイバと同様の傾向

200µmファイバ伝送性能◆ 200µm径ファイバでの 17,680km and 18,360kmの伝送特性を検証

200Gb/s
DP-QPSK
Real-timemodule

Test Channel

17680 km0.9dB
18360 km

Nominal Channel Power14© NEC Corporation 2022

Optimum Pre-emphasis

0.5dB

Fiber

Vascade EX2000 (200µm)

Span Length

85km

Span Loss

13.1 dB

Repeater Output Power

18 dBmNominal Channel Power(60λ)-0.13 dBm

Repeater Gain13.1 dB

Repeater NF

4.5 dBOSNR (60λ, 17,680km)

16.6 dB/0.1nm

・200umファイバによる12Tb/sの17,680km伝送が可能。(FEC Limit Qから0.9dBのマージンを有する)・伝送距離を18,360kmに延伸した場合においてもFEC Limit Qを超える伝送が可能。

マルチコアファバ◆ 海底ケーブル特有の制限項目：空間リミット◼ 空間リミット：海底ケーブル構造、製造、取扱い、敷設(ケーブル敷設船のスペース)等の制約に起因

OpticalFiber◼ 現在、24FPケーブルが商用化されているが、現行の光ファイバ前提での更なる大幅なファイバ心数増加は困難◆ マルチコアファイバ：現在の海底ケーブル構造を維持したまま、光伝送路数(コア数)を増加することが可能◼ マルチコアファイバがシングルコアファイバと同等な伝送品質を実現できれば、海底ケーブル大容量化のための空間リミットを克服することが可能。

15© NEC Corporation 2022

SDM Research Projects in Japan
Project2013

Innovative infrastructure
Fiber realization

SDM Photonic
NodeHigh Capacity
Multicore fiber
Transmission
System2014

NTTKDDI5NECyears
Furukawa
Fujikura
Sumitomo Electric
Mitsubishi Cable
Industries+ 10 academia

2015

NTTKDDINEC
Furukawa+ 2 Academia

Spatial modesystems (CC-MCF)
Japan government funded projects
16

2017

2018

2019

2020

2021

2022

2023

5 years

SDM Networks© NEC Corporation 2022

2016

5 years
KDDINEC
Furukawa
Sumitomo
Optoquest+1 Academia

NEC research: Cablingand MC-EDFA

4 years

Academia
KDDINEC
Furukawa
SantecPHUJIN

4 years
NTTNEC
Sumitomo
Furukawa+1 Academia

Mode
Reach

4 years

マルチコアファイバを収容した光海底ケーブルの開発
OCC-SC500シリーズのLW(Light Weight)ケーブル

ファイバマルチコア化によるケーブル容量拡大

シングルコアファイバケーブル(現状)32心 x 1コア = 32コア非結合型4コアファイバ

コア
クラッド径125m(被覆込み250μm)

光ファイバ

マルチコアファイバケーブル

3分割鉄個片
鋼線
銅チューブ

絶縁シース

32心 x 4コア = 128コア

17mm
クラッド径125m(被覆込み250μm)

ケーブルサイズ、ファイバサイズを維持しつつ最大128コアの大容量化

総務省「ICT重点技術の研究開発プロジェクト」における研究開発課題「新たな社会インフラを担う革新的光ネットワー
17ク技術の研究開発」の技術課題「マルチコア大容量光伝送システム技術」(JPMI00316)の取り組みの一部として開発© NEC Corporation 2022

マルチコアファイバを収容した光海底ケーブルの開発
世界初の4コアマルチコアファイバ海底ケーブルの開発、性能検証
非結合4コアMCFケーブルプロトタイプ

伝送評価結果伝送試験系
開発したプロトタイプを用いて5350km伝送試験wを実施し、良好な伝送特性を検証
Presented at OFC2022 (M4B.1 Takeshita)18© NEC Corporation 2022

マルチコア海底光中継器の課題◆ 海底光中継器の筐体サイズ制限

Submarine Repeater◼ SC-EDFA+FIFO : MCFケーブル対応海底光増幅方式の１候補◼ ただし、光アンプに必要な部品点数がコア数に比例して増大(実装制限)◼ 大容量MCF海底光中継器には、部品の小型化、高集積化、高密度光増幅方式の確立が不可欠
シングルコア光アンプ

シングルコア光アンプ + FIFO

マルチコア光アンプ

SC-EDFGFF

SC-EDF

GFF

LD
SCF:
Single Core Fiber
LD :Laser Diode
SC-EDF : Single-Core Erbium Doped Fiber
MCF : Multi Core Fiber
GFF: Gain Flattening Filter
19© NEC Corporation 2022

MCF
(4core)

LD

SCF

MCF
(4core)

FanLD
OutLD
SMF
LD

MCF
(4core)FanIn

MC-EDFA
MCF(4core)LDs
With MC Ecosystem
MC-EDF: Multi Core EDF
MC-ISO : Multi Core Isolator
MC-GFF: Gain Flattening Filterマルチコア光増幅器の小型化
19コアMC-EDFA(クラッド励起方式)

高集積MCFデバイス(19コアMC-ISO+19コア FIFO)

部品配置の最適化

19core EDF

19-core MC-EDFA
プロトタイプ20© NEC Corporation 2022

海底グレードの商用EDFAに対して、約半分のサイズでMC-EDFAを実現(125x125x41mm)

まとめ◆ 海底ケーブルは国際通信を支える重要なネットワークインフラ◼ 大容量、25年長期寿命、高信頼性◆ 海底ケーブルの更なる大容量化に向けて、制限要因である給電リミット、空間リミットの克服を克服するため、SDM技術開発が活発に進められている。
◼ Gen1-SDM： ファイバ多心化、光ファイバの細径化◼ Gen2-SDM：マルチコアファイバ、マルチコア光増幅器◆ マルチコアファイバ技術は次期大容量海底ケーブルの有力候補◼ MCF技術の実用化に向けた、海底グレードの高信頼性デバイス技術、MCF量産化技術、ファイバ融着接続技術、周辺技術の確立が今後の取り組み

21© NEC Corporation 2022