| 研究課題/領域番号 |
21H04547
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
中区分21:電気電子工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
吉田 真人 東北大学, 電気通信研究所, 准教授 (10333890)
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| 研究分担者 |
廣岡 俊彦 東北大学, 電気通信研究所, 教授 (40344733)
葛西 恵介 東北大学, 電気通信研究所, 准教授 (80534495)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-05 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
41,600千円 (直接経費: 32,000千円、間接経費: 9,600千円)
2024年度: 8,970千円 (直接経費: 6,900千円、間接経費: 2,070千円)
2023年度: 9,490千円 (直接経費: 7,300千円、間接経費: 2,190千円)
2022年度: 9,750千円 (直接経費: 7,500千円、間接経費: 2,250千円)
2021年度: 13,390千円 (直接経費: 10,300千円、間接経費: 3,090千円)
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| キーワード | 光秘匿通信 / デジタルコヒーレントQAM伝送 / 多値変調 / 時間領域変調 / 物理暗号 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
今日の光ネットワークでは、個人情報を含む多くの秘密情報が行き交っている。このため、秘匿性の高い光通信システムを構築することは極めて重要な課題である。本研究では、既存の商用光ネットワークに応用できる汎用性の高い光秘匿通信技術を確立することを目的とする。具体的には、我々らが提案してきた光信号の振幅と位相情報を用いた2次元物理暗号へ、新たに時間軸への秘匿（情報拡散）動作を組み合わせた3次元光秘匿通信方式を研究開発する。そして、波長分割多重方式を用いてテラビット級の光秘匿通信容量を実現するとともに、主要都市間（東京～大阪）を結ぶ光ネットワークへの応用を見据え500 km以上の伝送距離を達成することを目指す。
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| 研究実績の概要 |
令和5年度は、令和4年度までに開発したFPGA（Field Programmable Gate Array）暗号化／復号化回路および光注入同期回路を用いて、3次元光秘匿通信信号の500 km以上のリアルタイム伝送を実現した。具体的には、1スパンが長さ80 kmの標準単一モードファイバ（Standard Single-Mode Fiber: SSMF）とエルビウム添加ファイバ増幅器（Erbium-Doped Fiber Amplifier: EDFA）で構成される計7スパンの560 kmのストレートライン伝送路を構築し、偏波多重5 Gbaud, 16 QAM/QNSC信号（40 Gbit/s）の560 kmリアルタイム伝送実験を行った。正規受信者に対しては、FPGA内の前方誤り訂正（Forward Error Correction: FEC）符号を用いて560 km伝送後にエラーフリーが実現できることを確認した。その上で、本課題で提案した時間軸における拡散効果を適用することによる暗号の安全性の改善効果について評価した。その結果、時間軸拡散を適用する前は暗号化に用いた16ビットの乱数列のうち6ビットの情報が盗聴者に正しく受信されてしまうリスクがあったのに対し、その適用後は全ての乱数列に対する誤り率が0.5（理想値）に漸近することを確認した。すなわち、本課題の最終目標である500 km以上の長距離伝送時における時間軸拡散方式の有効性を実証した。
また、FPGA回路内に一部改良を施した。これまでは受信部内における信号光とLO光の光路長が時間に対し変動することに起因した受信信号の位相回転の影響を、PZT素子から成るアナログの光路長制御機構を用いて補償してきた。この位相回転補償をFPGA復号化回路内のデジタル信号処理により実施できるようプログラムを改良し、復調動作の自動化を実現した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
最終年度に取り組むWDM 1 Tbit/s -500kmオンライン伝送に向け、先行して１つの代表チャネルに対する500 kmオンライン伝送実験を計画通り推進した。
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| 今後の研究の推進方策 |
これまでに構築した3次元光秘匿通信用FPGA暗号化／復号化回路、光コム生成器を利用した多波長光源、光注入同期回路、および560 kmストレートライン伝送路を組み合わせ、最終目標である3次元光秘匿通信信号の1 Tbit/s -500 kmリアルタイム伝送を実現する。
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