パラレルオプティクスによる高データレート伝送へのアップグレード

パラレルオプティクスは、光通信技術 の一種であり、リンクの両端で情報を送受信するデバイス（パラレル光トランシーバとも呼ばれます）を指します。従来の光通信と比較して、パラレル光通信は信号伝送に異なるケーブル構造を採用し、300メートル未満の短距離マルチモード光ファイバーによる大容量データ伝送を実現します。従来の光ファイバートランシーバは、40GbEのような高速伝送の需要の高まりに対応できませんが、パラレルオプティクス技術は40/100GbE伝送において費用対効果の高いソリューションとなります。

パラレルオプティクス技術と従来のシリアル光通信を比較することで、パラレルオプティクスとは何か、そしてそれが高データレート伝送において費用対効果の高いソリューションである理由をより明確に理解することができます。本稿では、接続方法と主要コンポーネントという2つの側面から、2つの光通信技術を比較します。

接続方法

文字通り、パラレルオプティクスとシリアルオプティクスは信号の伝送方法が異なります。従来のシリアル光通信では、リンクの両端にそれぞれ1つの送信機と1つの受信機が存在します。例えば、エンドAの送信機はエンドBの受信機と通信し、1本の光ファイバーを介して単一のデータストリームを送信します。そして、エンドBの送信機とエンドAの受信機の間には別の光ファイバーが接続されます。このようにして、2本の光ファイバーによって二重チャネルが実現されます。

一方、パラレル光通信では、デュプレックス伝送は異なる方法で実現されます。信号は複数の経路を介して送受信されるため、パラレル光通信は従来の光通信よりも高いデータレートをサポートできます。これは、リンクの両端にあるパラレル光通信デバイスが複数の送信機と受信機を備えているためです。例えば、2010年にIEEE 802.3baは、8本の光ファイバを使用して4つのデュプレックスチャネルをそれぞれ10ギガビットイーサネットで伝送する、物理媒体依存型マルチモードパラレル光ソリューションである40GBASE-SR4を承認しました。この場合、エンドAの4つの10Gbps送信機がエンドBの4つの10Gbps受信機と通信し、単一のデータストリームを4本の光ファイバに分散させ、合計40Gbpsのデータレートを実現します。

主要コンポーネント

複数の光ファイバーを介して信号を伝送するパラレル光通信は、従来のシリアル光通信に比べて大きな利点があります。しかし、その高データレート伝送をサポートするには、異なるコンポーネントが必要になります。

コネクタ：前述の通り、シリアル光通信におけるデュプレックス伝送では、デュプレックスLCコネクタなどの2芯デュプレックスコネクタを使用して光ファイバを他のデバイスに接続します。一方、パラレル光通信では、より高いデータレートを実現するために多芯ファイバが使用されます。そのため、12芯MPOコネクタなどの多芯ファイバコネクタが他のデバイスとの接続に使用されます。MPOコネクタは、パラレル光通信を支える重要な技術の一つです。この接続方法は次の図に示されています（Txは送信、Rxは受信を表します）。

光トランシーバー光源：並列伝送のもう1つの補完技術は、並列光学系の光源であるVCSEL（垂直共振器面発光レーザー）です。従来の光学系の端面発光半導体レーザーと比較して、VCSELは光出力の形成が優れているため、そのエネルギーをより効率的に光ファイバーに結合できます。さらに、VCSELは上面から放射されるため、個々のデバイスに切断される前に、大規模な生産バッチ（ウェーハ）の一部としてテストできるため、レーザーのコストが大幅に削減されます。次の図は、VCSELと端面発光半導体レーザーの比較です。製造コストが安く、テストが容易で、必要な電流が少なく、より高いデータレートをサポートするVCSELを使用した並列光学系は、従来のシリアル光学系と比較して、40/100GbE伝送を実現するためのより良い選択肢となる可能性があります。

40/100GbE伝送用パラレルオプティクス

IEEEは既に、光ファイバーケーブルを介した40Gbpsおよび100Gbps動作のための物理層仕様と管理パラメータを規定しています。ここでは、マルチモードファイバーを介した40Gbpsおよび100Gbpsを実現する、2つの一般的なパラレルオプティクスソリューションを紹介します。40Gでは通常、40GBASE-SR4トランシーバーが使用され、送受信リンクに最低8本のOM3/OM4ファイバー（送信用4本、受信用4本）が必要です。100GBASE-SR10トランシーバーは100Gbps伝送用で、送受信リンクに最低20本のOM3/OM4ファイバーが必要で、そのうち10本は送信用、残りの10本は受信用です。

結論

パラレルオプティクスとMPO技術 の機能と用途は進化を続け、40/100GbEを含む高速光ファイバー伝送の実現に向けて具体化されつつあります。パラレル光通信が将来のトレンドとなるかどうかは不透明ですが、多くのケーブル配線およびネットワーク専門家は、MPO技術を活用したパラレル光通信が、現時点では40/100GbE伝送に適した環境を整える手段の一つであると指摘しています。