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CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing) テクノロジは、もともとメトロ テレコム市場向けに開発されましたが、海底市場だけでなく、すべてのテレコム市場で広く普及しています。
CWDMは、1本の光ファイバー上で多数の信号を多重化する、費用対効果と技術効率に優れた方法です。波長数に応じて、利用可能な波長多重化技術は数多くあります。標準的なWDM（波長分割多重化）では、標準的なレーザーを用いて2つ、3つ、あるいは場合によっては4つの波長を使用します。CWDM技術は、最大18の波長を1本の光ファイバー上で多重化できます。DWDM（高密度波長分割多重化）では、通常、40または80の波長を1本の光ファイバー上で多重化できます。より高度なDWDM技術では、さらに高密度な波長多重化が可能です。海底市場における波長多重化の最も一般的な方法はCWDMです。CWDMでは、低コストのレーザーとレーザードライバーを使用しながら、多種多様な単方向および双方向信号を多重化できます。
CWDM技術はシングルモードとマルチモードの両方のシステムで利用可能ですが、多重化能力と長距離伝送能力に優れているため、シングルモードが最も一般的です。ほとんどのCWDMシステムは、4波長またはチャネル単位（4～16波長）で利用可能です。図1はCWDM波長プランを示しています。最初の波長、つまり最低波長は1270nmで、最長波長は1610nmで、20nm単位です。18波長のシステムもありますが、ほとんどのシステムでは最大16波長まで利用し、中間の2波長（1430nmと1450nm）は、下位8波長と上位8波長を組み合わせる際のガードバンドとして使用されます。
CWDM システムには、波長特定レーザー、CWDM マルチプレクサ、CWDM デマルチプレクサという 3 つの固有要素があります。
レーザー – CWDM システムで使用されるレーザーは、DFB (分布帰還型) レーザーと呼ばれるタイプです。CWDM システムで重要なこれらのレーザーの主な特性は、スペクトル幅、つまりレーザー光の波長拡散が狭いことです。多くのファイバー システムで使用されるより一般的なレーザーは、FP またはファブリ ペローです。これらのレーザーのスペクトル幅は 3 ～ 6 nm 程度ですが、DFB レーザーのスペクトル幅は 0.1 nm 以下であるため、CWDM および DWDM (高密度波長分割多重) システムでの使用に最適です。図 1 の曲線が示すように、CWDM システム用のこれらの DFB レーザーの波長範囲は 1270 nm から 1610 nm まで、20 nm 刻みです。DWDM に対する CWDM システムの利点の 1 つは、CWDM レーザーでは波長のドリフトを防ぐための温度補償が不要なことです。これらのDFBレーザーの波長は温度に依存して約0.1nm/℃で変動します。CWDMマルチプレクサとデマルチプレクサの通過帯域は、メーカーや設計によって異なりますが、約10nm～13nmです。さらに、レーザーの絶対波長は数ナノメートル変動する可能性があります。そのため、レーザーと伝送装置の動作温度範囲は約70～100℃、通常は約80℃です。各種部品の許容誤差とレーザーの温度ドリフトを考慮すると、動作温度範囲は約-10℃～+70℃となり、海中システムの範囲内となります。一方、DWDMシステムでは、温度や性能の変動によってレーザーの波長が変動しないように、複雑な波長安定化回路が必要となります。
CWDM マルチプレクサ/デマルチプレクサ – CWDM mux/demux デバイスは通常、4 または 8 チャネル単位で利用できます。
一般的なバンドは次のとおりです。
バンド1（4チャンネル）.................................. 1510～1570nm
バンド2（8チャンネル）.................................. 1470～1610nm
バンド3（12チャンネル）.................................. 1310～1370nm
バンド4（16チャンネル）.................................. 1270～1610nm
これらの波長チャネルはすべて20nm単位で区切られています。個々の波長は、1530nmや1531nmのように、偶数波長または奇数波長として記載されていることに注意してください。当初のCWDM波長プランでは、レーザーは偶数波長で識別されていました。2003年にITU（国際電気通信連合）は仕様を1nmずつ改訂し、CWDMプラン全体の波長範囲は1270～1610nmから1271～1611nmに変更されました。CWDMおよびMUX/DEMUXメーカーは、どちらの形式でも波長を指定できます。これらは互換性があります。
双方向伝送 – CWDM技術は、1本のシングルモード光ファイバーで多数の信号を双方向伝送するための優れたプラットフォームを提供します。イーサネット、データなどの信号を双方向に伝送するには、信号の方向ごとに1つずつ、合計2つの波長を割り当てる必要があります。TDM（時分割多重化）を使用することで、各波長で複数の信号をサポートできます。例えば、2つの波長を使用することで、複数のビデオ信号と、片方向のデータまたはイーサネット信号を伝送し、もう一方の波長でデータの戻り方向をサポートできます。光ファイバーは信号の種類に依存しないため、各波長は、最も単純なコンタクトクロージャやTTL信号から、より複雑な高帯域幅のHDSDI信号やGigE信号まで、あらゆるタイプの信号をサポートできます。一般的な8チャンネルCWDM mux/demuxは、大量の単方向および双方向信号をサポートできます。これらの信号には、一般的に、アナログビデオ、HDSDIビデオ、イーサネット（10/100またはGigE）、データ、TTLが含まれます。 ROV のタイプと特定のミッションに応じて、オーディオ、USB、連絡先などの他の信号が送信される場合もあります。
システムアーキテクチャ – CWDMシステムとDWDMシステムの光伝送デバイスは、それぞれが独自の構造を持っています。送信側では、各CWDMレーザーは固有の波長を持ち、CWDMマルチプレクサ上の対応する波長ポートに接続されます。一方、光受信側は、CWDM波長プラン全体（1270～1610nm）のすべての波長に反応する広帯域光検出器を使用します。波長分離はCWDMデマルチプレクサで行われます。そのため、受信側は、CWDMデマルチプレクサ上の固有の波長に対応する波長固有のデバイスを備えていません。例えば、4チャンネルCWDMシステムが4つのHDSDI信号を使用し、それぞれが異なる波長で動作する場合、これらの送信機には4つの固有の部品番号（1510～1570nmの波長ごとに1つ）が存在します。ただし、波長の多重分離はデマルチプレクサで行われるため、4台のHDSDIレシーバーはすべて同じ部品番号を持ち、互換性があります。一般的に、CWDMマルチプレクサとデマルチプレクサは同じ部品番号を使用できます。MUXデバイスとDEMUXデバイスの仕様は若干異なりますが、海底アプリケーションのほとんどは双方向信号伝送を利用するため、CWDM MUXデバイスは海底機器と地上機器の両方に適しています。
CWDM mux/demuxモジュールは小型で、これらのボードの間に収納できます。各ファイバー Tx/Rx カードからの細い 900 μm ファイバー パッチ コードは、内部の CWDM mux モジュールに接続されます。mux の出力は単一の光ポートで、上部の伝送用テザーに接続されます。テザー内のファイバーは上部の受信カードに接続され、CWDM デマルチプレクサの入力に接続されます。このモジュールは、海底伝送装置からの各波長を分離し、上部の装置から海底ユニットに送信される波長を追加します。一般的な光コネクタ インターフェイスでは、光の反射が最小限に抑えられるように、UPC (Ultra Physical Contact) 端部仕上げが一般的であることに注意してください。この UPC 仕上げが、嵌合コネクタの両方のフェルールにあることが重要です。船舶用結線では、一般的な「研磨」手法が一般的に用いられていますが、コネクタ損失と光反射が予想以上に大きくなり、異なる端面研磨のフェルールを嵌合する際にコネクタフェルールを損傷する可能性があるため、推奨されません。この点については、コネクタ結線、クリーニング、検査に関する後続の記事で詳しく説明します。
波長テスト – すべての送信波長からの電力が共通のテザー ファイバー上に同時に存在するため、テザー上の各波長の存在とその光電力レベルを識別するには、特別な電力メーターが必要です。従来の電力メーターには、広帯域で非選択的な波長検出器があります。テザー ファイバーにはすべての波長があるため、この電力メーターはこれらすべての波長の合計を読み取り、各波長に関連付けられた電力を識別しません。標準の電力メーターを使用するには、電力メーターに接続する前に、光 CWDM デマルチプレクサを使用して各波長を分離する必要があります。この方法は機能しますが、独自の光損失を持つ追加の部品 (デマルチプレクサ) が導入されるため、テスト結果が損なわれます。上記のファイバー マルチプレクサ スタックに示すように、各デマルチプレクサ ポートの出力にアクセスすることは、標準の電力メーターを使用する場合は困難な場合があります。
図3は、典型的な双方向CWDM光インターコネクトアプリケーションを示しています。波長1～5および7は、上位側への情報送信に使用され、波長6および8は上位側からのデータ受信に使用されます。これらの「戻り」信号は、イーサネットデータや接点閉鎖などです。光マルチプレクサの入力/出力の各ファイバーは、それぞれ固有の波長を持ちます。したがって、標準的なパワーメータは、対応するファイバー上の波長の光パワーを測定するのに使用できます。しかし、マルチプレクサ/デマルチプレクサの共通ポートには、1つのファイバー上のすべての波長が含まれます。CWDMパワーメータが役立つのは、まさにこの時です。
CWDMパワーメータは、テザーファイバー上の各波長を多重分離し、それぞれのパワーをグラフまたは表形式で表示します。これらのメータは、個々の波長のパワーを個別に表示したり、まとめて表示して後続処理に出力したりするなど、様々な機能を備えています。CWDMがROV市場で広く普及していることを考えると、技術者の装備リストにこれらのCWDMパワーメータを1つ含めておくことは賢明と言えるでしょう。
CWDMは、信号伝送の柔軟性を大幅に向上させます。TDMとCWDMを組み合わせることで、システムはROVのあらゆる機能を長距離にわたってゼロ遅延で監視・制御できる、ほぼ無制限の能力を実現します。この記事で強調されているように、CWDMは優れた機能と拡張性を備えた実績のある技術です。
詳細については、www.fiber-mart.com の著者にメールでお問い合わせください。
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