ネットワークの革命: コヒーレント光トランシーバーの台頭

2024 年 11 月 11 日

ジェイソンリーブス

近年、より高速なデータ転送と伝送に対するニーズが急増しています。これは、クラウドコンピューティング、分析、特にビデオストリーミングなどのアプリケーション帯域幅の使用がますます増加していることに起因しています。この需要は、ネットワークシステムの革新を推進してきました。 コヒーレント光トランシーバー 光通信における重要な技術開発として際立っています。コヒーレント光トランシーバは、先進的な変調形式とデジタル信号処理方式を低コストで利用して、光ファイバーネットワークの能力や到達距離を大幅に向上させます。データレートが大幅に向上するだけでなく、これらのトランシーバは利用可能な帯域幅をより有効に活用できるため、現代の通信ネットワークの発展に対するコスト効率に優れた自己調整型のソリューションとなります。この論文では、コヒーレント光トランシーバの技術的な詳細、通信システムの管理におけるその役割、および光学に基づく通信技術の今後の開発について説明します。

コヒーレント光トランシーバーとは何ですか?

コヒーレント光トランシーバは、長距離光ファイバーワイヤを介して情報を送受信する高度な光通信システムです。コヒーレント検出技術を使用して、データ伝送パフォーマンスと信号歪みに対するデータの耐性を強化します。これらのユニットは、QAM や DSP などの複雑な変調方式を使用して、信号間の干渉、使用可能な帯域幅、および対応する損失を処理します。したがって、コヒーレント光トランシーバは、データ伝送速度、帯域幅の使用率、および信号の距離範囲を強化し、現在および将来の高性能通信システムに適したデバイスになります。

コヒーレント光技術の理解

コヒーレント光技術は、光ファイバー通信システム光波の振幅と位相の両方を利用してデータ伝送を行うため、波長分割多重方式よりもデータレートが高く、伝送距離も長くなります。直交振幅変調 (QAM) などの複雑な変調方式を使用すると、1 つのシンボルにエンコードできるビット数が増え、1 つのチャネルで伝送できる情報量が増えます。さらに、システムの効率は、適切な DSP を介して歪みやリンク全体などの信号劣化要因を適切に補正できるかどうかにかかっています。このテクノロジはスペクトル効率の向上と大容量を実現し、現代の通信ネットワークに最適です。

従来型トランシーバーからコヒーレントトランシーバーへの進化

コヒーレントトランシーバーは、コヒーシブテクノロジーを採用しているため、前述のデバイスよりも優れています。このセグメントのすべては、直接検出メカニズムによるデータ通信を光の強度のみに依存する従来のトランシーバーに依存しています。これにより、容量と範囲に大きな制限が課せられます。それでも、トランシーバーが光の振幅と位相でデータをエンコードするため、コヒーレントテクノロジーでギガビットが送信されるようになりました。QAM と効率的な DSP を統合することで、光信号の長距離伝送におけるエラーと歪みを抑えるために必要な、効率的なブロック処理、変調、復調、およびその他の多くの信号機能が提供されます。これらの拡張機能により、コヒーレントトランシーバー高いスペクトル効率と許容レベルを達成し、非常に動的なネットワーク環境で優れた運用能力を発揮します。そのため、通信サービスにおける帯域幅の需要がますます高まる理由が明確に満たされます。

コヒーレント光学と直接検出の比較

コヒーレント光学のメリットは、パフォーマンスと機能の面で直接検出方法と比較すると、より明らかになります。光の強度に依存する直接検出よりも優れたコヒーレント光学の利点は、コヒーレント光学で光波の振幅と位相の両方を適用することに関係しています。複雑な変調方式を処理し、スペクトル効率とデータ信号強度を向上させる機能があるため、コヒーレントシステムでは DQPSK も可能です。ただし、直接検出システムは一般的に簡素化され、コストが削減されますが、長距離伝送中の歪みの補正が不十分であることから生じる大きなデメリットがあります。したがって、直接検出はより短いリンクや低いデータ需要には十分かもしれませんが、コヒーレント光学は帯域幅の拡大と大容量ネットワークの複雑さの管理に必要な進歩をもたらします。

コヒーレント光トランシーバーはどのように機能しますか?

コヒーレント伝送における DSP の役割

最新の構造化および非構造化コンピュータデータの圧縮、伝送、保存、およびセキュリティアプリケーションでは、デジタル信号プロセッサ (DSP) が使用されています。DSP には、データ取得システム、データコンバータ、音声制御機能、狭帯域アプリケーションなど、多くのアプリケーションが組み込まれています。光ファイバー導波路を介した伝送でコヒーレント光信号処理を実現するためのアルゴリズムは必要不可欠であり、DSP システムの開発とさらなる展開により、発生する問題に対処できるようになります。データが複雑であればあるほど、より効果的です。通常の DSP アプリケーションは、ノイズと歪みを低減することでパフォーマンスを向上させます。その範囲は、ポータブルボイスレコーダーから衛星まで幅広く、高度な信号処理技術によって実現されるその他のハイエンドシステムにも及びます。

変調技術の力を活用する

コヒーレント光トランシーバ変調技術は、パフォーマンスと伝送の制限の基本です。位相変調と振幅変調の両方を含む変調技術を使用して、シンボルごとに複数のビットを送信できます。さらに高度な形式、たとえば直交振幅変調 (QAM) では、位相シフトと振幅シフトの両方を利用してスペクトル効率が向上します。これらの高度な変調形式の開発により、コヒーレントシステムは、高データレートと長距離の需要の増加に対応できるようになり、現在の通信業界での関連性が確保されます。光ネットワーク.

偏波がデータ伝送に与える影響

偏波は、特にコヒーレント光通信システムにおいて、情報の伝達に不可欠な要素です。このようなシステムでは、信号損失を避けるために光波の偏波を制御する必要があります。光伝送システムでは、偏波モード分散と偏波依存損失の 2 つが、中継されるデータの完全性と安定性に直接影響を与える要素です。PMD は光ファイバーに沿って伝送される光パルスの拡散につながり、PDL は偏波の方向によって方向付けられた信号強度の損失につながります。偏波多重化などのソリューションは、この問題を解決し、光ネットワークの効率と堅牢性をさらに向上させるために使用されます。また、データ転送プロセス中に偏波の歪みを適応させるためにインテリジェントなデータ処理技術が適用され、長距離で大容量のネットワークでもデータを送信できるようになります。

ネットワークにコヒーレント光学を選択する理由

帯域幅と容量の増強

コヒーレント光学は、信号処理と変調方式の強化により光ネットワークの帯域幅と容量を向上させる技術です。QAM などのより複雑な変調形式では、コヒーレント光学を使用して同じスペクトル帯域幅でより高いデータレートを実現し、スループットを大幅に向上させます。さらに、コヒーレントシステムは振幅と位相のデータを利用するため、ファイバー帯域幅の使用率が向上し、効率が向上します。その結果、ネットワーク構造は、インフラストラクチャを大幅に変更することなく、データ伝送の需要の高まりに応じて、より高いスケーラビリティを提供できるようになります。これらの機能とパフォーマンスにより、ますます多くの組織がコヒーレント光学技術に移行し、将来に向けてネットワークを「準備」し、利用可能なすべての運用機能を活用しています。

ネットワーク間の相互運用性の確保

相互運用性は、ユーザーが光ネットワーク内のさまざまなプラットフォームやシステム間で簡単に通信できることを保証するために不可欠です。ただし、コヒーレント光の使用は、標準プロトコルに準拠することでこれを実現し、振り返ってみると、主に通信アプリケーションでトランシーバーを展開するときに現在のネットワークインフラストラクチャを維持します。コヒーレント光を使用すると、さまざまなシステムを大幅なオーバーホールや多額のコストのかかる代替品なしで稼働させることができるため、ネットワークの展開が便利になります。この互換性は、OpenROADM などのオープン標準とインターフェイスを使用することで実現され、異なるベンダーの機器を単一のネットワーク構造に相互に統合できます。コヒーレント光システムの特性が業界標準の要件内に維持されているため、通信事業者は複雑な環境で運用し、プロセスを最適化し、ネットワークで作業し、新しいテクノロジーの開発効率を高めながら、ネットワークをより持続可能で柔軟なものにすることができます。

400Gコヒーレント技術のスケーラビリティ

私はさまざまなオンラインソースを通じて 400G コヒーレントテクノロジーを研究し、そのスケーラビリティに関する理解を深めてきました。400G コヒーレントテクノロジーは、より少ない波長でデータレートの向上を実現するため、現代のネットワークシステムに優れたスケーラビリティの可能性をもたらします。帯域幅に対する需要の高まりに効果的に対応し、データ中心のアプリケーションに不可欠な整合性と低遅延の両方を維持します。高度な変調形式とデジタル信号処理を組み合わせることで、到達距離が長くなり、ファイバーの容量が最大化されるため、現在のネットワークや将来のネットワークとのコロケーションが可能になります。したがって、400G コヒーレントテクノロジーは、主に光伝送を扱う場合に、ネットワークアクティビティをスケーリングして将来の要件に問題なく対応するための健全なプラットフォームを提供します。

コヒーレント光モジュールの主要コンポーネントは何ですか?

プラグイン可能なモジュールの使用の検討

プラガブルモジュールは、オプションを追加したり、必要に応じて更新を追加したりできるため、今日では便利です。これらのモジュール、より具体的にはコヒーレントプラガブル光トランシーバーを使用すると、さまざまなネットワークにスケーラブルに展開できます。最新のトッププロバイダーは、ネットワーク内の追加ルーターなどのネットワークのレガシーインフラストラクチャと適切に統合され、特に約 400G コヒーレントテクノロジーなど、さまざまなデータレートと距離機能を網羅していると主張しています。さらに、ホットスワップ可能であるため、アップグレードとメンテナンスが容易になり、ネットワークが中断することなく継続的に実行されることが保証されます。プラガブルモジュールは、業界で最も厳格な要件の対象であり、これにより、さまざまなベンダーの機器が互換性を持ち、相互に連携できることが保証され、ネットワークの柔軟性と回復力が向上し、帯域幅の要件が増大しても対応できます。

柔軟性を高めるためにチューナブルレーザーを活用する

チューナブルレーザーは、特に光通信の面でネットワークの柔軟性を高めます。これらのデバイスは、需要と仕様に応じて出力波長を調整し、スペクトル使用を最大化しながらさまざまなネットワーク条件を調整できます。最近の主要な情報源が示すように、チューナブルレーザーは固定シーケンスレーザーが少ないため、在庫管理が軽減され、アクティブネットワークの構成が可能になります。これらは、ネットワーク障害が発生した場合にトラフィックを再ルーティングしてサービスを回復するために必要な動的波長割り当てに使用されます。さらに、チューナブルレーザーは光波長スイッチングを実装することで帯域幅を最適化し、ネットワークがユーザートラフィックの変化の需要に対応できるようにします。これらの側面を考慮すると、チューナブルレーザーは柔軟で低コストのネットワーク運用モデルの開発を可能にします。

デジタル信号プロセッサ（DSP）の重要性

DSP は、複雑な信号をリアルタイムで処理できるため、現代の通信システムで非常に価値があります。これらのアプリケーション固有のマイクロプロセッサを使用すると、デジタルデータを処理して、オーディオおよびビデオシステム、通信、レーダーなどに影響を与えることができます。高性能の数値計算がアーキテクチャの中心となり、信号処理タスクのパフォーマンスを高速化します。DSP は、さまざまなアルゴリズムを通じて高品質で正確な信号伝送を提供し、ネットワークを介したスムーズな通信を可能にします。また、多機能性のため、電子システムのパフォーマンスと有効性を向上させるために必要な適応フィルタ、ノイズフィルタ、データコンプレッサーに組み込むことができます。DSP を使用すると、システムの機能性が向上し、最新のテクノロジが開発されます。

ネットワークにコヒーレント光トランシーバーを実装するにはどうすればよいでしょうか?

CiscoやJuniperなどの業界リーダーと連携

Cisco や Juniper などの評判の高い企業と新しいパートナーシップを確立すると、光トランシーバをネットワーク構造に組み込むことが容易になります。これらの企業は、今日の光ネットワークで非常に必要とされている高速データリンク用に設計された優れたアクティブ光ケーブルトランシーバの品揃えを提供することでも知られています。Cisco のトランシーバポートフォリオには、サポートされている変調形式とチャネル間隔の容量と汎用性で知られる NCS 1.2T 光モジュールが含まれています。同様に、Juniper には、ACX7100-48L など、サービスプロバイダーの効率的なネットワーク拡張を促進するさまざまなコヒーレント光テクノロジがあります。また、多くのネットワークスペシャリストがネットワークのインストールと構成を簡単に行えるように、資料やハウツーも含まれています。Cisco と Juniper のスキルとテクノロジにより、オペレータはネットワークを拡張して、現在および将来にわたってネットワークをより効率的にすることができます。

既存のインフラストラクチャへのコヒーレントテクノロジーの統合

コヒーレント技術を既存のネットワークに統合するには、既存のものとの互換性を確保し、パフォーマンスを向上させるための体系的な方向性が必要です。最初のステップは、ネットワークトポロジの現在の状態を評価し、その限界と可能性を認識することです。この評価により、既存の機器に適した適切なコヒーレント光技術と、想定される将来の拡張の導入が可能になります。既存の環境を大幅に変更することなく統合できる、コスト効率が高くスケーラブルな代替手段を採用することが不可欠です。一部の任意のシステムが既存のシステムと連携しない理由を説明する方法を見つけることは、システムの実行中に多くの混乱を回避するのに非常に役立ちます。さらに、熟練したネットワークエンジニアと協力し、ベンダーのエンジニアリングドキュメントを使用すると、承認された変更を容易にし、間隔を短縮できます。戦略的な先見性と優れたプラクティスを適用することで、ネットワークオペレーターはコヒーレント技術を導入でき、それがデータレート伝送の向上とネットワーク運用コストの不変量の削減につながります。

コスト効率と将来性を考慮したネットワーク

将来に向けてネットワークの準備ができていることを確保しながら、望ましいコストを達成するには、現在の資産と予想される技術の進歩を調和させる必要があります。重要なアプローチの 1 つは、スケーラブルな技術を使用して、時間の経過とともに総所有コストを削減することです。これは、大規模な変更を行わずに需要が増加したときに強化できます。オープンスタンダードと相互運用可能なソリューションも大きな助けとなり、独占的なシステムに縛られることなくこのような統合が可能になります。さらに、需要や成長に合わせて拡張可能なクラウドベースのソリューションを活用することで、資本支出が運用の信頼性につながるため、コスト削減にも役立ちます。技術の進歩の力を活用するためにネットワーク設備を継続的にアップグレードすると、インフラストラクチャが長期的に柔軟で競争力のあるものになり、将来の運用の効率性を維持するのに役立ちます。

参照ソース

トランシーバ

コンピュータネットワーク

モジュレーション

よくある質問（FAQ）

Q: コヒーレント光トランシーバーとは何ですか? また、光通信におけるその役割は何ですか?

A: コヒーレント光トランシーバーは、振幅、位相、偏光によるデータのエンコードに特化した特殊なデバイスであり、光ネットワークのパフォーマンスを向上させます。これは、データ伝送に高い効率を適用し、拡張する高度なテクノロジーであり、特に光ネットワークの機能を再定義します。

Q: コヒーレント光トランシーバーは従来の光通信製品と比べてどうですか?

A: ただし、コヒーレント光トランシーバーは根本的に異なり、従来の光通信製品に比べて、データレートの向上、信号の送受信の改善、信号伝送距離の延長など、明確な利点があります。これらの利点により、データセンターや通信の現代的な用途に適しています。

Q: コヒーレント光通信において多重化技術はどのような役割を果たしますか?

A: コヒーレント光通信分野のエンジニアを含むすべての専門家が知っているように、DWDM (高密度波長分割多重) を含む多重化技術は、コヒーレント光通信にとって非常に重要です。これは、ネットワークの容量と効率を向上させるために必要です。

Q: 400G コヒーレントテクノロジーと光ネットワークの関連性は何ですか?

A: プラグ可能な光トランシーバーへの 400G コヒーレント技術の浸透は光ネットワークに大きな進歩をもたらし、高いデータスループットと強化されたネットワークスケーラビリティを実現しました。また、400ZR や OpenZR などの高度なアプリケーションを使用して優れたデータ転送も可能になりました。

Q: コヒーレントテクノロジーはデータセンターと通信アプリケーションをどのように変えていますか?

A: コヒーレントテクノロジーにより、データセンターや通信アプリケーションは、より高速なデータ伝送速度を活用し、スペクトル効率を高め、ネットワーク設計の柔軟性を高めることができます。このような変革は、増大するデータと複雑なネットワークサポートという新たな要件によって生じています。

Q: コヒーレント光トランシーバーの推進における光インターネットワーキングフォーラム (OIF) の使命は何ですか?

A: 光インターネットワーキングフォーラム (OIF) は、コヒーレント光技術の標準化と、さまざまなネットワーク要素へのシームレスな統合に積極的に取り組んでいます。OIF の取り組みにより、業界の取り組みが統一され、さまざまな通信およびデータセンター環境でコヒーレント光トランシーバーの導入が加速されます。