AIビッグモデル、HPC、ビッグデータ、クラウドコンピューティングなどのビジネスが急速に発展し、コンピューティングインフラストラクチャの急速な成長を促進し、高速で高効率なデータ伝送の需要が高まっています。
光トランシーバーの速度を上げるには、次の 3 つの方法があります。
- NRZ → PAM4 → xQAMなどの高次変調技術
- 光デバイスの速度を上げる（ボーレートを上げる）（25G → 50G → 100G → 200Gなど）
- 並列チャネル数を増やす（レーン数を増やす）：4 組のマルチモード ファイバーを備えた SR4 などのファイバー ペア数を増やして 100G（チャネルあたり 25G）を伝送する。波長分割多重化を使用する（4 組のシングル モード ファイバーを備えた LR100 などの波長分割多重化を使用して 25G（波長あたり 40G）を伝送する、または 40G BiDi などの波長分割多重化を使用して 20G（単一ファイバー双方向、波長あたり XNUMXG）を伝送する。
波長分割多重化の考え方に焦点を当ててみましょう。
波長分割多重とは何ですか?
波長分割多重 (WDM) は、光ファイバー通信でデータ伝送容量と速度を向上させるために使用される技術です。光信号を複数の波長に分割し、各波長で独立した信号を伝送することで、互いに干渉することなく複数の信号を伝送できます。
一般的なWDM分類
一般的な WDM 伝送モードには、デュアルファイバー単方向とシングルファイバー双方向の 2 つがあります。
- 単芯双方向とは、1 本の光ファイバーで同時に 2 つの異なる方向に伝送する光チャネルを指します。使用される波長は互いに分離されており、各波長は 1 方向にデータを伝送し、両側で全二重通信を実現します。
- デュアルファイバー単方向とは、すべての光パスが 1 本の光ファイバーで同時に同じ方向に伝送されることを意味します。異なる波長は異なる光信号を運び、送信側で結合され、1 本の光ファイバーを介して伝送されます。受信側では、多重分離されて複数の光信号の伝送が完了します。逆方向は別の光ファイバーを介して伝送されます。2 方向の伝送は、それぞれ 2 本の光ファイバーによって完了します。
マルチモードファイバーとシングルモードファイバーの環境では、異なる波長分割多重化技術が存在します。
マルチモードファイバの場合、短距離波長分割多重（SWDM）がよく使用されます。シングルモードの場合、長距離波長分割多重が第一選択です。長距離波長分割多重技術には、主にCWDM、DWDM、LAN-WDMが含まれます。シングルファイバ双方向波長分割多重は主にBiDi技術によって代表され、マルチモードとシングルモードの両方の環境で使用できます。また、400Gと800Gの場合、SR4.2、DR4.2、DR8.2などの波長分割多重の用途もありますが、これについては後で別途説明します。
SWDM
SWDM（短波長分割多重方式）は、シングルモードのCWDMに似ています。SWDMは、従来のマルチモード光ファイバーで使用される850nmを850nm〜950nmに拡張し、マルチモード光ファイバーの伝送波長を延長します。コスト効率の高い短波長垂直共振器面発光レーザー（VCSEL）光源と最適化されたブロードバンドマルチモードファイバー（WBMMF）を使用して、4つの波長を1本のマルチモード光ファイバーに多重化して伝送します。これにより、必要な光ファイバーコアの数を元の数の1/4に減らし、光ファイバーの有効モード帯域幅（EMB）を増やして伝送距離を延長します。SWDMで使用される動作波長は850nmから始まり、30nmごとに850波長ずつ増加します。つまり、880nm、910nm、940nm、XNUMXnmです。
2017 年 100 月、40G 短波長分割多重マルチソース アグリーメント (SWDM MSA) グループが初めて 100G および 4G SWDM 標準をリリースしました。MSA は、イーサネット用の 10Gbit/s 光送信機用の 4x25Gbps および 100x40Gbps SWDM 光インターフェイスを定義します。440G の伝送距離は 100m に達し、150G の伝送距離は XNUMXm に達します。
BiDi
BiDi（双方向）とは、単芯双方向を意味し、1本の光ファイバーで2方向の光信号を同時に送受信できることを意味します。
下の図は、40Gと100Gの場合のBiDi実装モードを示しています。データセンターのシナリオでは、BiDiを使用するとファイバーリンクリソースを節約できます。これは、特に古いデータセンターで顕著です。そのため、マルチモードの40Gおよび100G BiDiモジュールが大量に使用されることがよくあります。40G / 100G BiDi SR光トランシーバーの送信波長は通常850nmと900nmであるため、より正確なモジュール記述モードは40G / 100G BiDi SR1.2です（後の400G SR4.2と比較して）。
40G BiDi および 100G BiDi
データセンターで使用されるマルチモード BiDi のほかに、長距離伝送用のシングルモード BiDi モジュールもあります。伝送距離が 40 km 以内の場合、波長光トランシーバーは通常 1310nm/1550nm、1310nm/1490nm です。伝送距離が 40 km を超える場合、波長は通常 1550nm/1490nm です。
CWDM
CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexer) には 18 の異なる波長チャネルがあります。各チャネルの異なる波長は 20nm ずつ離れており、1270nm から 1610nm までの波長を使用します。CWDM は DWDM よりも少ないチャネルをサポートするため、コンパクトでコスト効率に優れているため、短距離通信に最適なソリューションです。CWDM システムの最大の利点は、その低コストです。
CWDM
100G CWDM4 QSFP28は、4年にCWDM2014 MSA組織によって発表された標準であり、光信号伝送に1271nm、1291nm、1311nm、1331nmの2つの中心波長を使用します。この標準は、既存の100G SR4 QSFP28および100G LR4 QSFP28に基づいて、互換性のあるカバレッジ距離（XNUMXkm）と低コストのソリューションを提供します。
DWDM
DWDMは高密度波長分割多重方式で、チャネル間隔は1.6/0.8/0.4nm（200GHz/100GHz/50GHz）です。CWDMチャネルと比較して、各チャネルは20nmのスペースを消費し、より多くの波長を同じ光ファイバーに多重化できるため、伝送容量が増加します。DWDMシステムは、最大160波の単一ファイバ伝送容量を提供でき、単一の光ファイバーの伝送容量を数十から数百倍に増加させ、光ファイバーリソースを大幅に節約し、回線構築コストを削減します。主に幹線ネットワークでの長距離、大容量データ伝送に使用されます。EDFA（エルビウムドープ光ファイバーアンプ）の助けを借りて、DWDMシステムは数千キロメートルの範囲内で動作できます。
LAN-WDM
LAN-WDMは、イーサネットチャネルの波長分割多重化に基づいており、チャネル間隔は200〜800GHzで、DWDM（100GHz、50GHz）とCWDM（約3THz）の中間です。LAN-WDMの波長範囲は、12nm〜1269nm帯域の1332nm間隔の4の波長（1269.23、1273.54、1277.89、1282.26、1286.66、1291.1、1295.56、1300.05、1304.58、1309.14、1313.73、1318.35nm）を使用します。LAN-WDMの動作波長は、ゼロ分散付近に位置し、分散が小さく、安定性が良好であるという特徴があります。 LAN-WDMは最大12波長、25Gまでサポートできるため、容量が増加し、光ファイバーをさらに節約できます。最も一般的に使用されているのはLAN-WDM4で、伝送距離は約10kmで、1295.56nm、1300.05nm、1304.58nm、1309.14nmの波長を使用します。
LAN-WDM
SR4.2、DR4.2、DR8.2
400Gや800Gの場合、SR4.2、DR4.2、DR8.2などの波長分割多重も使用されます。400GBASE-SR4.2を例にとると、光トランシーバの速度は400Gbps、SRは接続が150m以内、4は4対の光ファイバ（8芯）を意味し、2は各芯が2つの波長を運ぶことを意味します。BiDiとPAM4（50Gbps）技術を使用し、850nmと910nmの400波長多重を使用し、8本の光ファイバの並列伝送によりXNUMXGbpsを実現します。
マルチモードアプリケーションシナリオにおけるマルチモードファイバー
新しく建設されたデータセンターやインテリジェントコンピューティングセンターでは、OM4光ファイバーがより頻繁に使用される傾向があります。OM4の有効帯域幅はOM3の4倍以上で、伝送距離が長くなります。OM5と比較して、OM850は主に高帯域幅チャネルを広げ、950nm〜4nm帯域での伝送をサポートできます。波長分割多重を使用する場合、OM40よりも高い有効帯域幅と長い伝送距離を提供します。100G / 400G / 4G非WDMシナリオでは、OM5とOM4.2のパフォーマンスに違いはありません。WDM（BiDi、SWDM、SR5など）を使用する場合、OM4はOMXNUMXよりも長い伝送距離を提供できます。したがって、データセンターやインテリジェントコンピューティングセンターでケーブル配線を行う場合は、実際の状況に基づいてマルチモード光ファイバーの種類を選択する必要があります。