DWDMテクノロジーとDWDMシステムコンポーネントの概要

電気通信では、搬送波が古典的光領域に属する光技術が広く利用されています。この波長変調により、通常186～196THzという非常に高い周波数の搬送波を用いて、最大数ギガヘルツ（GHz）またはギガビット/秒（Gbps）のアナログまたはデジタル信号を伝送できます。実際、単一の光ファイバ上で大きな相互作用なく伝播する複数の搬送波を使用することで、ビットレートをさらに向上させることができます。各周波数が異なる波長に対応していることは明らかです。高密度波長分割多重（DWDM）は、非常に狭い周波数間隔に使用されます。このブログでは、DWDM技術とDWDMシステムコンポーネントの概要を説明します。各コンポーネントの動作については個別に説明し、基本的なDWDMシステムの全体構造については、このブログの最後に示します。

DWDMテクノロジーの概要

DWDM技術は光ネットワークの拡張です。DWDMデバイス（マルチプレクサ、略してMux）は、複数の光送信機からの出力を1本の光ファイバーで結合し、伝送します。受信側では、別のDWDMデバイス（デマルチプレクサ、略してDeMux）が結合された光信号を分離し、各チャネルを光受信機に渡します。DWDMデバイス間（伝送方向ごとに）で使用される光ファイバーは1本のみです。送信機と受信機のペアごとに1本の光ファイバーを使用する代わりに、DWDMでは複数の光チャネルを1本の光ファイバーケーブルで使用できます。

DWDMの主な利点は、プロトコルやビットレートに依存しないことです。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。そのため、DWDMベースのネットワークは、光チャネルを介して異なる速度で異なる種類のトラフィックを伝送できます。音声伝送、電子メール、ビデオ、マルチメディアデータは、DWDMシステムで同時に伝送できるサービスのほんの一例です。DWDMシステムは、0.4nm間隔の波長間隔でチャネルを備えています。

DWDMは周波数分割多重方式（FDM） の一種です。光の基本的な特性として、異なる波長の個々の光波が媒体内で独立して共存できることが挙げられます。レーザーは非常に正確な波長の光パルスを生成することができます。それぞれの光の波長は、異なる情報チャネルを表すことができます。異なる波長の光パルスを組み合わせることで、1本の光ファイバーで多数のチャネルを同時に伝送することができます。光ファイバーシステムは、電磁スペクトルの赤外線帯域（波長1mm～400nm）内の光信号を使用します。電磁スペクトルの光学領域における光の周波数は通常、波長によって識別されますが、周波数（波長間の距離）はより具体的な識別を提供します。

DWDMシステムコンポーネント

DWDM システムは、通常、光送信機/受信機、DWDM Mux/DeMux フィルター、光追加/削除マルチプレクサ(OADM)、光増幅器、トランスポンダ (波長変換器) の 5 つのコンポーネントで構成されます。

光送信機/受信機

送信機は、多重化されるソース信号を提供するため、DWDMコンポーネントと呼ばれます。DWDMシステムで使用される光送信機の特性は、システム設計において非常に重要です。DWDMシステムでは、複数の光送信機が光源として使用されます。入力される電気データビット（0または1）は、光ストリームの変調をトリガーします（例：光の点滅＝1、光がない＝0）。レーザーは光パルスを生成します。各光パルスは、ナノメートル（nm）単位で表される正確な波長（ラムダ）を持ちます。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信され、その出力は光ファイバーケーブルとインターフェースする光源（LEDまたはレーザー）です。このデバイスは、入力されるデジタル信号を電気（電子）から光（光子）に変換します（電気光変換、EO）。電気的な1と0は、光ファイバーのコアに光を点滅させます（例：光＝1、光がほとんどまたは全くない＝0）。 EO変換はトラフィックに影響を与えません。基となるデジタル信号のフォーマットは変更されません。光パルスは全反射によって光ファイバー内を伝播します。受信端では、別の光センサー（フォトダイオード）が光パルスを検出し、入力された光信号を電気信号に変換します。通常、2つのデバイスは2本の光ファイバー（送信用光ファイバーと受信用光ファイバー）で接続されます。

DWDMシステムは、チャネル間歪みやクロストークなしに動作するために、非常に正確な光波長を必要とします。DWDMシステムの個々のチャネルを作成するには、通常、複数の個別のレーザーが使用されます。各レーザーはわずかに異なる波長で動作します。最新のシステムは、200GHz、100GHz、50GHzの波長間隔で動作します。新しいシステムでは25GHz間隔がサポートされており、12.5GHz間隔も検討されています。現在、一般的に、100GHzと50GHzで動作するDWDMトランシーバー（DWDM SFP、DWDM SFP+、DWDM XFPなど）が市場で入手可能です。

DWDM Mux/DeMux フィルター

複数の送信機によって生成され、異なるファイバー上で動作する複数の波長 (すべて 1550 nm 帯域内) は、光フィルター (Mux フィルター) によって 1 本のファイバーに結合されます。光マルチプレクサの出力信号は、複合信号と呼ばれます。受信側では、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すべてを個々のファイバーに分離します。個々のファイバーは、逆多重化された波長を同じ数の光受信機に渡します。通常、Mux および DeMux (送信および受信) コンポーネントは、単一の筐体に収容されています。光 Mux/DeMux デバイスはパッシブ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、外部電源は不要です。次の図は、双方向 DWDM 動作です。N 個の異なる波長のN個の光パルスがN 個の異なるファイバーで伝送され、DWDM Muxによって結合されます。N個の信号は、一対の光ファイバーに多重化されます。 DWDM DeMuxは複合信号を受信し、N個の成分信号をそれぞれ分離して光ファイバーに送ります。送信信号と受信信号の矢印はクライアント側の機器を表しています。このためには、送信用と受信用にそれぞれ1本の光ファイバーが必要です。

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 (OADM) は、Mux/DeMux フィルタと比較して、「アド/ドロップ」という異なる機能を持っています。 以下は 1 チャネル OADM の動作を示す図です。 この OADM は、特定の波長の光信号のみを追加またはドロップするように設計されています。 左から右に、入力複合信号はドロップとパススルーの 2 つのコンポーネントに分割されます。 OADM は赤色の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ストリームは、クライアント デバイスの受信機に渡されます。 OADM を通過する残りの光信号は、新しいアド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の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はパススルー信号と結合され、新しい複合信号を形成します。

DWDM波長で動作するように設計されたOADMはDWDM OADMと呼ばれ、CWDM波長で動作するように設計されたOADMはCWDM OADMと呼ばれます。どちらも現在市場で入手可能です。

光増幅器

光増幅器は、信号の光子を余分なエネルギーで直接刺激することにより、光ファイバーを通過する光信号の振幅を増幅したり、ゲインを追加したりします。これらは「光ファイバー内」デバイスです。光増幅器は、広範囲の波長にわたって光信号を増幅します。これは、DWDMシステムのアプリケーションにとって非常に重要です。エルビウム添加光ファイバー増幅器（EDFA）は、最も一般的なタイプの光ファイバー内光増幅器です。DWDMシステムで使用されるEDFAは、CATVまたはSDHシステムで使用されるEDFAと比較して、DWDM EDFAと呼ばれることもあります。DWDMシステムの伝送距離を延長するために、Fiber-Martでは、DWDM EDFA、CATV EDFA、SDH EDFA、EYDFA、ラマン増幅器など、あらゆる種類の光増幅器を入手できます。（こちらは、DWDM EDFAの動作を示す図です。）

トランスポンダー（波長変換器）

トランスポンダーは、光信号をある入力波長から DWDM アプリケーションに適した別の出力波長に変換します。トランスポンダーは光-電気-光(OEO) 波長変換器です。トランスポンダーは OEO 操作を実行して光の波長を変換するため、略して「OEO」と呼ばれることもあります。DWDM システム内では、トランスポンダーがクライアントの光信号を電気信号 (OE) に戻し、2R (再増幅、再成形) または 3R (再増幅、再成形、再時間調整) 機能を実行します。次の図は、双方向トランスポンダーの動作を示しています。トランスポンダーは、クライアント デバイスと DWDM システムの間にあります。左から右に、トランスポンダーは特定の 1 つの波長 (1310 nm) で動作する光ビット ストリームを受信します。トランスポンダーは、入力ビット ストリームの動作波長を ITU 準拠の波長に変換します。出力を DWDM システムに送信します。受信側（右から左）では、プロセスが逆になります。トランスポンダーはITU準拠のビットストリームを受信し、信号をクライアントデバイスが使用する波長に戻します。

トランスポンダーは、DWDMシステムだけでなくCWDMシステムを含むWDMシステム（2.5～40Gbps）で一般的に使用されます。Fiber-Martは、さまざまなモジュールポート（SFP-SFP、SFP+-SFP+、XFP-XFPなど）を備えた様々なWDMトランスポンダー（OEOコンバータ）を提供しています。

DWDMシステムコンポーネントがDWDMテクノロジーと連携して動作する仕組み

DWDMシステムは、DWDM技術を用いて大容量データに対応する帯域幅を提供します。実際、DWDMシステムの容量は、波長間隔の短縮、ひいては波長数の増加を可能にする技術の進歩に伴い、増大しています。しかし、DWDMはトランスポートの域を超え、波長プロビジョニングとメッシュベースの保護を備えたオールオプティカルネットワークの基盤へと進化しています。この進化は、フォトニック層でのスイッチングと、現在の仮想回線とほぼ同様に光パスがネットワークを通過できるようにするルーティングプロトコルによって可能になります。技術の発展に伴い、DWDMシステムがより大きなメリットを発揮するには、より高度なコンポーネントが必要になる可能性があります。