キャンパスネットワークおよびメトロポリタンネットワークのDWDMシステムコンポーネント概要

光技術は現在の電気通信分野で広く使用されており、今ではかなり成熟しています。ご存じのとおり、光信号は搬送波の形で伝搬され、波形変調によって高周波（通常は186～196 Thz）の搬送波上でアナログ信号またはデジタル信号を伝送できます。通常、その速度は最大で数ギガヘルツ（GHz）または毎秒数ギガビット（Gbps）に達します。 

ビットレートをさらに高めたい場合は、複数の特性の異なる搬送波を使用できます。これらは、相互に大きく干渉することなく単一のファイバー上で伝送する特定の搬送波です。各周波数は異なる波長に対応します。高密度波長分割多重（DWDM）は、非常に狭い周波数間隔を使用する通信技術です。この記事では、DWDM技術とDWDMコンポーネントについて詳しく説明します。

DWDM技術の概要

DWDM技術は周波数分割多重（FDM）の一種で、異なる波長を利用して1本の光ファイバー上で独立した信号を伝送します。DWDMを使用すると、最大80チャネルを1本の光ファイバー心線に多重化できます。DWDM技術には、低コスト、長距離、高帯域幅、拡張可能な容量という特長があります。DWDMデバイスは光フィルターを使用して、光ファイバー上を伝送される異なる波長の光を分離します。各波長はエルビウム添加光ファイバー増幅器（EDFA）によって増幅され、宛先へ送信されます。DWDM装置は、中央局に設置される光回線終端装置（OLT）と、顧客構内に設置される光ネットワークユニット（ONU）または光ネットワーク終端装置（ONT）の2つのコンポーネントで構成されます。 

DWDM光モジュールは、DWDMシステムでこれらの異なる波長信号の多重化および逆多重化に使用されます。DWDMデバイスは一般に、アレイ導波路回折格子（AWG）マルチプレクサ/デマルチプレクサと、2組の入出力光結合デバイスを含みます。DWDM Mux/Demuxは、Dense Wavelength Division Multiplexing Multiplexer/Demultiplexesの略です。これはWDMネットワークで使用される特殊なWDMデバイスの一種で、異なる波長の信号を分離および結合するために使われます。DWDM Muxは最大80チャネルを1本のファイバーに結合または多重化し、一方DWDM Demuxはそれらのチャネルを再び分離または逆多重化します。DWDMを使用する利点の1つは、プロトコルとビットレートに依存しないことであり、そのためDWDMベースのネットワークはIP、ATM、SONET、SDH、Ethernetでデータを伝送できます。これらの技術的利点により、DWDMコンポーネントは今日の高速データ通信ネットワークにおける主要技術の1つとなっています。

DWDMシステムコンポーネント

DWDMシステムは一般に、光送信機/受信機、DWDMマルチプレクサ/マルチプレクサフィルタ、光分岐挿入多重化装置（OADM）、光増幅器、およびトランスポンダ（波長変換器）という、以下の5つの主要コンポーネントで構成されています。

光送信機／受信機

DWDMコンポーネントの送信機はDWDMシステムに不可欠なデバイスであり、その機能はソース信号を供給し、それらの信号を多重化することです。DWDMのシステム設計は、光送信機の特性に大きく依存していると言えます。DWDM装置では、光源は複数の光送信機で構成されています。入力された電子データビット（0または1）が光の流れの変調をトリガーします。たとえば、点灯時は1、消灯時は0です。モジュール内では、レーザーが精密な光パルスを生成します。これらの光パルスは、正確な波長によって特徴付けられます。光搬送波ベースのシステムでは、デジタル情報ストリームが物理層デバイスに送られ、その出力は光ファイバーケーブルに接続された光源（LEDまたはレーザー）となります。送信機／受信機は、入力されたデジタル信号を電気信号から光信号に変換し、電子から光子への変換を完了できます。電気信号が光源をトリガーして光信号をファイバーへ伝送し、光がある場合はコード1を、光がないか光信号が非常に弱い場合はコード0を入力します。このようにして、地球都市のデジタル信号形式を変更することなく、電気から光への変換が完了します。パルス光は、全反射の形でファイバー内を伝送されます。受信側では、フォトダイオードが入力された光信号を1または0として検出し、それを電気信号に変換します。通常、一対の光ファイバーが2つの異なるデバイスに接続されます（一方は送信用ファイバー、もう一方は受信用ファイバー）

DWDMシステムでは、光の波長が正確であるため、チャネル間歪みやクロストークなしに光信号を伝送できます。通常、DWDM信号内の異なるチャネルを設定するために、複数の個別レーザーが使用されます。各レーザーの動作波長は異なります。現在のDWDMデバイスは一般に200、100、50-GHzの間隔で動作しており、25-GHz間隔および12.5-GHz間隔をサポートする新しいシステムが業界で研究されています。現在、QSFPTEKは、DWDM SFP SFP+ QSFP28などを含む、100および50-GHzで動作するDWDM機器を提供できます。

DWDM Mux/Demuxフィルター

Muxフィルターとも呼ばれる光フィルターは、異なるファイバー上で動作し、複数の波長（すべて1550nm帯）を放射する複数の送信機からの信号を、1本のファイバーに結合できます。光マルチプレクサーによって出力される信号は複合信号と呼ばれます。受信端末では、光ドロップフィルター（Demuxフィルター）が、複合信号の個々の波長信号をそれぞれ異なるファイバーに分離します。異なるファイバーは、分離された波長を可能な限り多くの光ファイバー受信機へ伝送します。一般に、MuxおよびDemux（送信および受信）アセンブリは、同じシャーシに設置されます。 

光Mux/Demuxデバイス どちらもパッシブデバイスにすることができます。コンポーネント信号は電子的ではなく光学的に多重化および逆多重化されるため、外部電源を必要としません。次の図は、双方向DWDM動作を示しています。N本の個別のファイバーによって送信された異なる波長のN個の光パルスは、DWDM Muxによって統合されます。これらのN個の信号はそれぞれ、1対のファイバーに多重化されます。複合信号はDWDMデマルチプレクサーによって受信され、N個のコンポーネント信号のそれぞれを分離し、各信号を1本のファイバーに渡します。送信信号と受信信号は、クライアントデバイスを表す矢印で示されています。使用するには1対のファイバーが必要です。1本は送信用、もう1本は受信用です。

光アド／ドロップ・マルチプレクサ

光アド／ドロップマルチプレクサは、Mux/Demuxフィルターとは異なる特殊な機能を実行し、「Add/Drop」機能を担います。下の画像は、動作中のシングルチャネルDWDM OADMを示しています。このOADMは、特定の波長の光信号を追加またはドロップする役割のみを担います。複合信号は左から右へドロップと通過の2つに分割され、OADMは赤色光信号ストリームのみをドロップします。ドロップされた信号フローは、クライアント機器の受信機に送られます。OADMを通過する残りの光信号は、新たに追加された信号ストリームと多重化されます。OADMは、ドロップされた信号と同じ波長で動作する新しい赤色光信号ストリームを追加します。新しい光信号ストリームと通過した信号を結合することで、新しい複合信号が形成されます。 

光増幅器

光増幅器 追加のエネルギーを使用して信号内の光子を励起し、振幅を増加させるか、ファイバー上の光信号の利得を高めて光信号を強化することで動作します。光増幅器はファイバー内デバイスです。非常に広い波長範囲にわたって光信号を増幅できるため、DWDM機器で広く使用されています。最も一般的なファイバー内光増幅器は、エルビウム添加ファイバー増幅器（EDFA）です。DWDM機器の伝送距離を延長するため、DWDM EDFA、CATV EDFA、SDH EDFA、EYDFA、Raman増幅器など、さまざまな種類の光増幅器が利用できます。次の図は、動作中のDWDM EDFAを示しています。

トランスポンダ（波長変換器）/OEO

光トランスポンダー は、入力されたある波長の光信号を異なる出力波長に変換できるため、DWDMコンポーネントに適しています。トランスポンダーは、光・電気・光（O-E-O）波長変換器です。トランスポンダーはO-E-O処理を実行して光の波長を変換することから、OEOと呼ばれます。DWDMデバイスでは、トランスポンダーは顧客の光信号を電気信号に変換した後、巻き戻し、波形整形、または再生、波形整形、リタイミング機能を実行します。下の図は、双方向トランスポンダーを示しています。

結論

この記事では、DWDM技術とDWDMコンポーネントについて詳しく説明します。DWDMデバイスは、音声伝送、電子メール、動画、マルチメディアデータなどに広く使用されています。DWDM技術を使用することで、より高い帯域幅を実現できます。また、光送信機/受信機、DWDM Mux/DeMuxフィルター、光アド/ドロップマルチプレクサー（OADM）、光増幅器、トランスポンダーなどのDWDMシステムコンポーネントについても説明しています。DWDMシステムについてさらに詳しく知りたい場合は、[email protected]を通じてQSFPTEKまでお問い合わせください。 QSFPTEK DWDM Mux/Demux、10G/100Gトランスポンダー、その他多くのDWDMデバイスを含む幅広い光機器を提供できます。