O を使用して 100 Gb/s を達成

Jun 08, 2023

400 Gb/s および 800 Gb/s への移行は、現在通信業界で最も注目されているトピックの 1 つです。 しかし、ほとんどの通信事業者は、特にアクセス ネットワークや LTE/5G 基地局のアップリンクにおいて、依然として 10 Gb/s または 25 Gb/s テクノロジーを主に活用しています。 ネットワークが次の伝送波に備えられるようにするには、通信事業者は接続を 100 Gb/s に移行できるようにする波多重化システムを構築する必要があります。

ここでは、Salumanus の 2 人の電気通信ネットワーク スペシャリストが、O バンド伝送を使用して都市またはアクセス インフラストラクチャで N × 100 Gb/s イーサネットを実行するために使用するデバイスについて説明します。

100 Gb イーサネット伝送は、5G ネットワークやデータセンターなどのアプリケーションでますます一般的になってきています。 通信事業者が 100Gb イーサネットに確実に移行できるようにする 1 つの方法は、O バンド伝送を使用することです。 O バンド、つまりオリジナルのバンドは、波長分散がゼロであるため、通信で使用される主なバンドでした。 スペクトル幅が 1260 nm ～ 1360 nm の O バンドは、レーザーと検出器を作成するための基礎となりました。

長距離アプリケーションでは O バンドの減衰率が高いため、時間の経過とともに C バンドが通信事業者にとって好ましい選択肢となりました。 しかし、ビットレートの増加により、さらなる変更が必要になりました。 C バンドの 100G 伝送は、NRZ/PAM4 変調の場合、2 ～ 3 キロメートル (km) の距離でのみ機能します。 データをより遠くに送信するには、オペレータは色分散を補償するか、より高価なコヒーレント光学系を使用する必要があります。

100 Gb/秒のリンクを実行するにはいくつかの方法があります。 最も一般的な 100 Gb/s 伝送ソリューションは、灰色の LR4 または ER4 モジュールを使用します。 このテクノロジーの制限は、実行できる並列送信の数です。 1 本のファイバー上で最大 1 つの 100 Gb/s 伝送を実行できます。

2 番目のオプションは、PAM4 テクノロジーを使用するトランシーバーに基づく DWDM システムを使用して N x 100 Gb/s を実行することです。 モジュールの動作方法により、DWDM ソリューションではマルチプレクサの他に波長分散補償器と光アンプの使用が必要となり、事実上設備投資 (CAPEX) が増加します。

3 番目の方法はコヒーレント変調の使用です。これにより、補償器を使用せずに接続を実装できます。 現在利用可能なコヒーレント モジュールは消費電力が大きいため、100 G コヒーレンス モジュールは CFP/CFP2 インターフェイスの形式であるため、このソリューションではトランスポンダを備えた従来のアーキテクチャを使用する必要があります。

GBC フォトニクスは、オペレーターが N x 100 Gb/s を実行できるようにする別のソリューションを提供します。 このソリューションは O バンドの 200 GHz グリッドに基づいており、ユーザーは最大 30 km の距離で作業できます。 O バンドでの動作により、波長分散補償器を排除できます。 波長分散のグラフ (図 1) によると、最も一般的なファイバ (G.652) では、1300 nm 付近で分散がほぼ 0 に等しくなります。 200 GHz グリッドの使用により、最大 16 の独立した伝送チャネルを作成できます。

O バンド ソリューションの最大の利点の 1 つは、PAM4 および直接検出変調の使用です。これにより、1 つおよび 2 つのファイバーでの伝送に GBC フォトニクス モジュールを使用できるようになります。 正しい PAM4 変調を実装するために、PH18 シリコン フォトニクス タワー セミコンダクター プラットフォームに基づく特許取得済みの nCP4™ プロセッサが使用されました。 nCP4™ プロセッサを使用すると、オペレータは 56 ボー ストリームの N 個の電気回線を最大 800 Gb/s の速度で N 個の光回線に変換できます。 いくつかの光電子素子を統合すると、従来の個別素子の結合と比較して、より優れたパラメータが得られます。

PH18 シリコン フォトニクス タワー セミコンダクター ソリューションは、リン化インジウム技術と並行した技術開発トレンドです。 また、APD受信ダイオードの採用により受信感度の向上が得られました。 その結果、PAM4 と Direct Detect 変調を組み合わせる主な利点は、シングル ファイバ アプリケーションとダブル ファイバ アプリケーションの両方でモジュールを実装できることです。

同じ光ファイバーのペアで複数の伝送を実行するには、ネットワーク オペレーターはマルチプレクサーを使用する必要があります。 この場合に O バンドを使用すると、チャネル間の距離とチャネル数のみが変化します。

GBC Photonics の O バンド マルチプレクサを使用すると、オペレータは 200 GHz に等しいチャネル間隔で 16 チャネルを実行できます。 各ポートは 1 つの特定のチャネルを伝送し、その幅は中心波長から ± 0.12 nm です。 GBC フォトニクスは、もう少し安価な 8 チャネル バージョンも開発しました。 同じモジュールを使用しますが、マルチプレクサ自体のチャネル数は 400 GHz 間隔で半分になるため、コストが削減されます。

マルチプレクサ自体は 100% 受動デバイスであり、電源やソフトウェア接続は必要ありません。 2 つのマルチプレクサをリンクすると、各チャネルのフィルタの特別なカスケードのおかげで、約 4 dB の同じ減衰が得られます。 O バンド WDM テクノロジーの場合、この減衰は伝送可能な距離を制限するため、最も重要なパラメータです。

各光モジュールには独自のパワーバジェットがあり、これは送信信号のパワーと受信ダイオードの感度の差です。 O バンド モジュールの電力バジェットは 15 dB です。 これに基づいて、モジュール自体が最大 30 km までのサービスを提供できると計算できます。 ただし、波増倍システムを構築する場合、計算では光ファイバー回線やマルチプレクサーなどのすべての受動素子の減衰を考慮する必要があります。 この場合、最大 25 km の距離でサービスを実行できます。

波長分割多重システムは、1 つまたは 1 組のファイバー接続エッジ位置を使用して伝送を実現できます。 二重システムは、送信と受信に同じ波長を使用し、異なるファイバーで伝送されます。 しかし、このようなシステムを1本の光ファイバーで実現する場合、送信用と受信用の2つの異なる波長を使用します。 こうすることで、実行できるサービスの数が半分に減ります。

O バンド テクノロジーのおかげで、光ファイバーのペアで最大 16 x 100 GbE を実行することで、そのペアの機能を向上させることができます。 このシステムは彼らにあります。 このシステムは最大 25 km までサービスを提供できます。 ソリューション全体は完全にパッシブであり、波長分散補償器を必要としません。 光モジュールは、ルータやスイッチなどのネットワーク デバイスに直接取り付けることもできます。

DWDM ソリューションと比較すると、伝送ラインの両側にある 10 ～ 20 W のアンプと 40 ～ 150 W のシャーシが不要になります。 さらに、コヒーレント テクノロジと比較して、ネットワーク デバイス間の接続を確立するためにトランスポンダ/マックスポンダやグレー オプティクスを使用する必要がなくなります。 このような手順により、オペレーターは電力消費を最大 80% 削減できます。

O バンド ソリューションは、100 Gb/s に移行する簡単かつ経済的な方法を提供し、アクセスおよびモバイル基地局のアップリンク ネットワーク専用です。 O バンド ベースのマルチプレクサとモジュールを使用すると、通信事業者は最大 30 km の距離をカバーできると同時に、必要なパッシブ インフラストラクチャを維持して管理が容易になり、エネルギー消費が削減されます。

この記事は、Salumanus の伝送システム部門と光トランシーバー部門のプロダクト マネージャーである Jakub Kolasiak と Michal Owca によって執筆されました。 詳細については、ここを参照してください。

この記事は、Photonics & Imaging Technology Magazine の 2023 年 1 月号に初めて掲載されました。

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