データリンク用光ファイバートランシーバー

データリンク

光ファイバーデータリンクは、電子サブシステムの入出力（I/O）を接続し、それらの信号を光ファイバーを介して伝送する通信サブシステムです。この機能において、光ファイバーデータリンクは銅線ケーブルや無線サブシステムの代替として機能します。一般的な用途では、光ファイバーデータリンクは、リンクを介した通信に必要なその他のサービスを提供する電子機器に接続された通信媒体として機能します。OSI（開放型システム間相互接続）ネットワークモデルでは、データリンクは基本的に物理層（PHY）と呼ばれる最初の層にあたります。

信号とプロトコル

光ファイバーデータリンクは、サポートする通信システムに応じて、アナログまたはデジタルの信号、そして通常は標準化された様々なプロトコルの信号を伝送します。データリンクはプロトコル透過的である場合もありますが、より堅牢なデータ通信を実現するためにデータエンコーディングを含む場合もあります。データリンクは、サポート対象のアプリケーションや標準化されたネットワーク（例：イーサネット）、あるいは伝送対象としている信号の種類や帯域幅によって指定される場合があります。

光ファイバーデータリンクは、光ファイバーを介して伝送する光ファイバートランシーバー、または両端に独立した送信機と受信機で構成されます。典型的なデータリンクは、全二重リンクの場合、各方向に1本のファイバーを使用し、2本のファイバーを介して伝送します。ファイバーの種類は、マルチモード（グレーデッドインデックスまたはステップインデックス）またはシングルモードなど、任意です。

一部のリンクでは、FTTH（PON）（パッシブ光ネットワーク、OLAN、光LAN）のように、カプラと波長分割多重化を用いて単一の光ファイバーで双方向伝送を行う場合があります。また、波長分割多重化と呼ばれる、単一の光ファイバーで複数の波長の光を同時に各方向に伝送できるリンクもあります。

ケーブル敷設距離が非常に長い場合、中継器（基本的には直列接続されたデータリンク）を用いた再生が必要となる場合があります。長距離シングルモードシステムでは、光ファイバー増幅器を中継器として使用できます。光ファイバー増幅器と波長分割多重化を用いたシングルモードシステムでは、高光パワーによる非線形効果への配慮が必要となる場合があります。

データリンク用光ファイバートランシーバー

リンクの両端で使用される光ファイバートランシーバーは、光ファイバー経由で伝送するために、電気信号を光信号に変換し、またその逆に変換する送信機と受信機を備えています。データリンクには、接続する電気信号と光信号に適合する適切なインターフェースが組み込まれています。これらは通常、標準化された電気コネクタと光ファイバーコネクタです。

送信機は、光源を駆動するための電気入力および信号調整回路、電気から光への変換を提供する発光ダイオードまたはレーザー、および伝送用光ファイバーに光信号を結合するための調整ハードウェアで構成されています。

受信機は、光ファイバーに接続して光信号を受信し、光ファイバーを介して送信された光信号を電気信号に変換し、通信システムと互換性のある電気出力を生成する調整回路を備えた検出器で構成されています。

トランシーバーは、伝送距離と帯域幅に応じて、1種類の光ファイバー専用です。マルチモード光ファイバーは短距離または低速のデータリンクに使用され、シングルモード光ファイバーは長距離のデータリンクに使用されます。トランシーバー内の光源もアプリケーションによって異なります。

LEDは低速（100 Mb/s未満）のマルチモードリンクに使用され、VCSELは高速マルチモードリンクに使用されます。一部の標準ネットワークでは、マルチモードファイバーでシングルモードの1310nmレーザーを使用するオプションがあります。現在、データリンクに使用されるマルチモードファイバーには、OM1～4と呼ばれる4種類があります。OM-1は、コア径が62.5ミクロンのファイバーで、主に850nmまたは1300nmの波長でLEDを使用する旧来のシステムで使用されています。より高速なマルチモードリンクでは、コア径が50ミクロンのOM-2、OM-3、またはOM-4ファイバーが使用されます。一般的に、850nmのVCSELに最適化されているOM-3またはOM-4と呼ばれる高速ファイバーが使用されます。

シングルモードシステムでは、1310nmまたは約1550nmのレーザーを使用します。1310nmのレーザーは短距離リンクに使用され、1550nm付近の長波長は長距離リンクや波長分割多重方式を使用するリンクに使用されます。特殊な用途向けに最適化された、特殊なシングルモード光ファイバーもいくつかあります。

パフォーマンス

銅線や無線伝送と同様に、光ファイバーデータリンクの性能は、受信機から出力された再変換された電気信号が送信機への入力とどれだけ一致するかによって決まります。データリンクの性能に関する議論は、光から電気への変換を行うトランシーバーにも直接適用されます。

トランシーバーのメーカーは皆、製品の受信感度（おそらく必要最小電力）と、光源から光ファイバーに結合される最小電力を規定しています。これらの仕様は、最終的に現場で使用される製品のデータリンク仕様となります。

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