디지털노마드 이황배 기자 | NTT코퍼레이션이 디지털 코히어런트(digital coherent) 광신호를 세계에서 가장 빠른 주파수당 2Tbits/s 이상으로 광전송하는 실험에 성공했다.

NTT는 실험을 통해 광트랜시버 회로에서 매우 높은 정확도로 왜곡을 보상하는 디지털 신호 처리(DCS) 기술과 초광대역 증폭 IC 모듈을 개발했다. 이후 디지털 코히어런트 광신호를 주파수당 2Tbits/s 이상으로 송수신하는 실증 실험을 진행했고, 이에 따라 광신호를 2.02Tbits/s로 240km 전송하는 광증폭 리피터 전송 실험에 성공했다.

이번 실험 결과는 디지털 코히어런트 광전송 기술의 주파수당 용량과 거리를 기존의 광증폭기보다 2배 이상 늘릴 수 있다는 점을 시사한다. 디지털 코히어런트 광전송 기술은 아이온(IOWN) 올포토닉스네트워크(APN) 및 6G 이니셔티브의 발전을 이끌 것으로 예상되는 핵심 기술이다.

다양한 사회적 문제를 해결하고 아이온 및 6G 서비스의 발전에 이바지할 5G 서비스의 확산으로 통신 트래픽이 증가할 전망이다. 아이온의 핵심인 광통신 네트워크 APN을 활용하면 전송 용량을 크게 늘릴 수 있다. NTT는 광신호 주파수당 전송 용량과 신호 심볼 레이트(symbol rate)를 늘리고, 심볼당 정보량을 최적화해 주파수당 2Tbits/s 이상의 장거리 광전송을 달성하려고 한다. 앞으로 초고속 이더넷 신호를 훨씬 더 긴 거리나 1.6Tbits/s 이상의 속도로 경제적으로 전송하기 위해서다.

주파수당 전송 용량을 늘리기 위해서는 실리콘 CMOS 반도체 회로의 속도 한계를 극복해야 한다. NTT는 현재까지 AMUX로 실리콘 CMOS의 속도 한계를 극복하는 대역 체배기(doubler) 기술을 활용해 광전송 시스템 및 통합 기기를 연구,개발해 왔으며, 심볼 레이트가 100GBd를 웃도는 광신호를 생성하는 데 성공했다. 그러나 초당 멀티 테라비트 이상의 광전송을 실현하려면 전기 증폭기(광변조기 구동용 드라이버 증폭기)의 대역폭과 처리량을 늘려야 한다. 또 속도가 계속해서 늘면 이상적인 광송수신 회로의 편차(신호 경로로 인한 손실 변동, 신호 경로 길이 차)를 매우 높은 정확도로 보상할 기술이 필요하다.

NTT는 세계 최초로 디지털 코히어런트 광신호를 주파수당 2Tbits/s 이상의 속도로 송수신할 수 있다는 것을 증명했고(표1 좌), 약 240km를 2.02Tbits/s로 전송하는 광증폭 리피터 전송 실험을 성공적으로 마쳤다(표1 우). NTT는 오리지널 초광대역 기저대 증폭 IC 모듈과 초고정밀 DSP 기술을 결합해 이같은 성과를 이뤘다.

초광대역 기저대 증폭 IC 모듈

NTT는 InP 기반 이종접합 양극성 트랜지스터(InP HBT) 기술을 기반으로 1mm 동축 커넥터를 탑재해 최대 110kHz의 주파수를 지원하는 초광대역 기저대 증폭 IC를 연구,개발해 왔다. NTT는 하나의 패키지에 마운팅해 초광대역 성능(표2 좌)과 충분한 신호 이득 및 출력(표2 우)을 보유한 모듈을 개발하는 데 성공했다. 현재 NTT는 기저대 증폭 IC 모듈을 광변조기 구동용 드라이버 증폭기로 응용했다.

DSP 기술 기반의 초고정밀 광트랜시버 회로 왜곡 보상 기술

NTT는 InP HBT 기술을 기반으로 초고속 신호 생성을 지원하는 초광대역 기저대 증폭기 IC 모듈을 개발했다. 그러나 초광대역 기저대 증폭기 IC 모듈을 광변조기 구동용 드라이버 증폭기로 사용하려면 고출력 범위에서 운용해야 하는데, 이 경우 드라이버 증폭기 출력의 비선형성(출력 전력이 입력 전력에 비례하지 않는 경우)이 문제가 되면서 광신호 품질(신호대역잡음비)이 악화됐다. 또 광트랜시버 내부의 편차에 따른 초고속 신호의 신호 품질 저하가 뚜렷했다.

NTT가 이번 실험에서 사용한 세계 정상급 DSP 기술은 변조기 드라이버에서 발생한 비선형 왜곡과 이상적인 초고정밀 광트랜시버 내부의 편차를 보상했다. NTT는 IC 모듈의 동작 범위를 확대했고, 광신호 품질(표3)을 개선하는 데 성공했다. NTT는 질 높은 초고속 광신호를 이용해 광증폭 리피터 전송 실험을 수행했다. 최대 2.11Tbits/s의 광신호를 발생시키기 위해 신호 포인트 분배를 최적화하는 PCS-144QAM 방식을 176GBd 초고속 광신호에 적용했다. 또 NTT는 전송 거리에 따라 최적의 정보량을 배치하는 기술을 활용해 2.02Tbits/s의 광신호를 약 240km 전송하는 데 성공했다.

이 기술을 활용하면 주파수당 2Tbits/s 이상의 광신호를 다중 처리하기 때문에 대용량 신호를 매우 안정적으로 전송할 수 있을 것으로 예상된다. 특히 광신호의 변조 속도를 높이는 기술은 주파수당 용량을 높일 수 있을 뿐만 아니라 표5에서 볼 수 있듯이 주파수 자원 확대 기술을 접목해 대용량 신호를 생성할 수 있다. NTT의 기술은 장거리 전송도 지원할 수 있을 것으로 예상된다. NTT는 아이온 APN과 6G 이니셔티브를 실현하기 위해 자체 기기 기술, DSP 기술, 광전송 기술을 통합하는 연구,개발에 박차를 가할 예정이다.