DWDMテクノロジー：その開発と応用

2022 年 4 月 20 日

キャサリン

光通信エンジニア

DWDM の基本概要

波長分割多重 WDM は、異なる波長の光信号を XNUMX 本のファイバーに多重化して伝送する技術です。

CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing) は、通常 20nm の広い波長間隔を使用します。
DWDM (高密度波長分割多重) は、通常 0.8 ～ 2nm の狭い波長間隔を使用します。

ここでは、WDM における高密度波長分割多重 (DWDM) テクノロジーの導入に焦点を当てます。

DWDM は、光キャリアを XNUMX 本のファイバに結合して伝送し、各ファイバの伝送容量を増加します。 DWDM は、SDH サービス、IP サービス、および ATM サービスを伝送できます。

DWDM 波長に関する ITU 国際電気通信連合標準は 1528.77nm ～ 1563.86nm で、主に減衰と分散が低い C バンドにあります。 100GHz (0.8nm) 波長間隔では 40 チャネル、50GHz (0.4nm) 波長間隔では 80 チャネルを持つことができます。

DWDMユニットの構造

高密度波長分割多重 (DWDM) は、現在、比較的高度な光ファイバー通信技術です。経済と技術の発展に伴い、データ伝送速度に対する人々の要求も比較的高いレベルに達しており、DWDM技術の明るい見通しをもたらしています。

光トランスポンダ: 波長光信号を変換します。
光マルチプレクサおよびスプリッタ: 固定波長の光信号を結合および分割します。
光増幅器 (OLA): 光伝送セクションの中央に位置し、OLA は光信号を増幅します。
光監視チャネル: DWDM システムの管理と監視を行うために使用され、ネットワーク管理システムが DWDM システムを効果的に管理できるようにします。

DWDM システムの動作原理

デュアルファイバー単方向伝送

単方向 WDM システムは XNUMX 本の光ファイバーを使用します。 XNUMX つのファイバは一方向の光信号の伝送のみを完了し、逆方向の光信号の伝送はもう XNUMX つのファイバによって完了します。

利点: 各信号は異なる波長で伝送されるため、干渉がなく、同じ波長を両方向で再利用できます。

短所: ファイバーおよび光デバイスのリソースの使用率が低い。

単心双方向伝送

双方向波長分割多重 (WDM) システムは、単一のファイバーを使用して信号を両方向に送信し、異なる波長で各方向に信号を伝送し、全二重通信を実現します。

利点: 使用するファイバーとラインアンプの数を減らし、コストを節約できます。

短所: 高い要件、マルチチャネル干渉を解決する必要がある、伝送距離を延長するには光増幅が必要。

DWDM システムの分類

オープン DWDM システム

送信側では、OTU を使用して非標準波長を標準波長に変換します。このデバイスの主な機能は、システムの波長互換性を満たすために、非標準波長を ITU-T によって指定された標準波長に変換することです。

統合型 DWDM システム

サービス信号自体はすでに標準波長を満たしているため、トランシーバーとトランスミッターに OTU は必要ありません。

DWDM の主要コンポーネント

光源：

光源の機能はレーザーまたは蛍光を生成することであり、光ファイバー通信システムにおける重要なデバイスです。

DWDMシステムの光源は比較的大きな分散耐性と標準的で安定した波長を持っています。

レーザーには直接変調と間接変調の XNUMX つの変調方式があります。

光検出器：

光検出器の役割は、受信した光信号を対応する電気信号に変換することです。

ファイバーを介して送信される光信号は一般に非常に弱いため、光検出器には高い要件が課されます。

光アンプ：

光増幅器は光信号を強化するために使用され、主にエルビウムドープファイバ増幅器（EDFA）とラマンファイバ増幅器が含まれます。

光マルチプレクサおよび光デマルチプレクサ:

WDM システムのコアコンポーネントは波長分割マルチプレクサ、つまり光マルチプレクサと光デマルチプレクサであり、実際には光フィルタです。その特性はシステム全体の性能を大きく左右し、十分な多重チャンネル数、小さい挿入損失、広い通過帯域幅などが要求されます。

光波長分割多重器には多くの種類があり、干渉フィルター型、ファイバカプラ型、グレーティング型、アレイ導波路グレーティング型のXNUMXつに大別されます。

ネットワークの種類

ポイントツーポイントネットワーク

メッシュネットワーク

リングネットワーク

DWDM テクノロジーの利点

超大容量: DWDM テクノロジーはファイバーの帯域幅リソースを最大限に活用し、XNUMX 本のファイバーに数十、さらには数百のチャネルを多重化するため、XNUMX 本のファイバーの容量が大幅に向上します。
データの「透過的」伝送: DWDM システムは「データ」に対して透過的であり、信号速度や電気変調方式には依存しません。したがって、レート、フォーマット、特性がまったく異なる複数のビジネス信号を同時に送信できます。
便利で柔軟なシステムのアップグレードと拡張: 既存のサービスを中断することなく波長を追加することで新しいサービスを導入でき、既存の投資を最大限に保護します。
経済的で信頼性の高いネットワーク： DWDM この技術は、従来の電気時分割多重技術で構成されるネットワークよりもはるかに単純で、ネットワーク階層が明確です。簡素化されたネットワーク構造、明確な階層、便利なビジネススケジューリングにより、ネットワークの経済性と信頼性は明らかです。
全光ネットワークの形成: DWDM 技術は全光ネットワークを実現するための重要な技術の XNUMX つであり、DWDM システムは将来の全光ネットワークと互換性があります。将来的には、すでに構築されている DWDM ネットワークをベースにして、透過的で生存性の高い全光ネットワークを実現できる可能性があります。

DWDM テクノロジと CWDM テクノロジは、波長分割多重テクノロジの XNUMX つの異なる製品であり、それぞれ異なるネットワーク層で利点があります。

CWDM テクノロジーは、低コストで構造が単純であるため、マルチサービス機能を備えた都市圏ネットワークのアクセス層での応用が期待されています。一方、DWDM テクノロジーは、その大容量と長距離伝送特性により、バックボーンネットワーク、コア都市圏ネットワーク、およびローカルネットワークのバックボーン伝送装置に適しています。

CWDM/DWDM ソリューションを選択する場合は、プロジェクトの要件と予算を考慮し、それぞれの特性と違いを組み合わせて、最適なソリューションを選択する必要があります。

DWDM テクノロジーに関するディスカッション

DWDM は波長分割多重 (WDM) 技術に属し、光ファイバー通信伝送の分野で広く使用されている成熟した技術です。 WDM は、光波の伝送特性を利用して、光多重システムを通じて異なる波長と周波数の光波を圧縮し、単一の光ファイバーを通じてデータを伝送できるようにします。そのシステム構成の概略図を図に示します。

WDM技術の伝播図

光合波器と光分波器は、WDM システム全体の中核となります。現在、波の多重化と逆多重化の XNUMX つの機能を XNUMX つのマシンに統合することができ、初期の銅線伝送システムで変調と復調の両方の機能を実行できるモデムと同様に、光多重化システムと見なされます。科学技術の発展により、光合波システム関連機器の感度が向上し、波長や周波数がよく似た光信号の合分波ができるようになり、光合波システムの基盤が整いました。 DWDM テクノロジーの幅広い応用。

チャネル	中心周波数（THz）	波長（nm）	チャネル	中心周波数（THz）	波長（nm）	チャネル	中心周波数（THz）	波長（nm）	チャネル	中心周波数（THz）	波長（nm）
21	192.1	1560.61	31	193.1	1552.52	41	194.1	1544.53	51	195.1	1536.61
22	192.2	1559.79	32	193.2	1551.72	42	194.2	1543.73	52	195.2	1535.82
23	192.3	1558.98	33	193.3	1550.92	43	194.3	1542.94	53	195.3	1535.04
24	192.4	1558.17	34	193.4	1550.12	44	194.4	1542.14	54	195.4	1534.25
25	192.5	1557.36	35	193.5	1549.32	45	194.5	1541.35	55	195.5	1533.47
26	192.6	1556.55	36	193.6	1548.51	46	194.6	1540.56	56	195.6	1532.68
27	192.7	1555.75	37	193.7	1547.72	47	194.7	1539.77	57	195.7	1531.9
28	192.8	1554.94	38	193.8	1546.92	48	194.8	1538.98	58	195.8	1531.12
29	192.9	1554.13	39	193.9	1546.12	49	194.9	1538.19	59	195.9	1530.33
30	193	1553.33	40	194	1545.32	50	195	1537.4	60	196	1529.56

DWDM波長：40波DWDM 100Gの波長割り当て

DWDMシステムでは、2.5本の光ケーブルが異なる波長と周波数の複数の光波を伝送でき、これらの光波は光ファイバーで分割された異なる光チャネルに沿って伝搬します。光ケーブルは何倍にもなります。現在、400 本のファイバーで伝送できる最大データトラフィックは XNUMXGb/s に達しています。 DWDM システムには、アプリケーションで比類のない利点があります。

まず、複数の光信号が XNUMX つのチャネル上で結合されて送信されるため、データの送信効率が効果的に向上します。第二に、この技術は、特に伝送キャリアとして光ファイバーを使用する長距離データ伝送プロセスにおいてコストを効果的に削減できます。光多重化技術、特にDWDM技術は、光ファイバや光信号再生装置を大幅に節約できると同時に、EDFA技術、外部変調、電界吸収などの伝送技術によりホップの許容損失や分散を実現します。伝送システム全体の面積が大きくなり、伝送距離を効果的に延長します。

同時に、DWDMシステムは、XNUMX本の光ファイバーで複数の光ファイバーチャネルを仮想化することに相当するため、さまざまなデータの伝送に優れた互換性があり、光ファイバー伝送システム全体の存続可能性を効果的に改善し、非常に便利です.拡張操作用。

DWDM テクノロジーの理論システム図

DWDM のネットワーク分析

光ファイバーの特性上、光ファイバー網の敷設完了後の修正は困難です。 DWDM ネットワークにはさまざまな技術が関係しているため、設計プロセスではより慎重に扱う必要があります。

全体的な構造は、 DWDMシステム N波長多重化には、主に次のものが含まれます。

光トランスポンダユニット (OTU);
波長分割マルチプレクサ: 光デマルチプレクサ/マルチプレクサ (ODU/OMU);
光アンプ (BA/LA/PA);

N波長多重DWDMシステムの全体構成

DWDM ネットワークの分類は複雑で、サービスを運ぶ方法、波長を変換できるかどうか、伝送過程で光電変換があるかどうかなど、さまざまな分類基準があります。デザイン。

従来のデータ伝送ネットワークと同様に、DWDM ネットワークもトポロジ構造でメッシュ、リング、スター、およびバスネットワークに分割されます。現在のアプリケーション環境では、メッシュおよびリングネットワーク方式がより一般的です。ネットワークモードを決定する際に考慮する必要がある主な要因には、コストとネットワークパフォーマンスが含まれます。具体的には、ネットワークが送信できるポイントツーポイントデータの最大量、ネットワークルーティング機能、ネットワークセキュリティ、ネットワーク自律回復力などを含める必要があります。

上記の問題の全体的な考慮に基づいて、ネットワークの最終的な形式と関連パラメータは、さまざまなトポロジ構造の特性に従って決定されます。一般に、設計プロセス全体をいくつかの段階に分割することを避けるために、統一された設計スキームを採用することをお勧めします。これにより、Web サイト全体の計画の一貫性が効果的に維持され、ネットワークの包括的な通信能力が向上します。

メッシュファイバーネットワークを例にとると、設計者は環境ニーズに特別な注意を払い、将来の開発プロセスにおける需要環境全体の変化を考慮し、サイズなどのニーズに応じて対応するパラメーターを見積もる必要があります。異なるノードにある OXC の数、ファイバの数、およびノード間の波長要件。メッシュトポロジの自己修復能力が弱いため、設計プロセスで決定する必要がある問題は、基本的にネットワークの容量、特にネットワーク内の関連する道路やノードに障害が発生した場合、転送ベアラーの問題に集中します。データ要件に関連することが考慮すべき主なポイントです。

対照的に、リングネットワークの自己回復能力はわずかに優れているため、ネットワークレベルの設計に注意が払われます。リング内ルーティングと波長割り当てに基づいて、リングネットワーク構造と機能をセグメント化して配置する問題にも特別な注意を払う必要があります。メッシュファイバーネットワークとは異なり、リングネットワークは、アイドル容量自体がリングネットワークに組み込まれているため、アイドルネットワーク容量の割り当てを考慮する必要がありません。ネットワーク設計プロセスの後、DWDM ネットワークの最適化の問題も考慮する必要があります。これには、ネットワーク内の実際のパラメーターに従って各リンクの構成を最適化する必要があり、ネットワーク全体が敷設されるまでプロセスが実行されました。

以上の通信速度の環境では、 10Gb / s、信号の歪みなどの問題は伝送品質に大きな影響を与えるため、ネットワークの最適化が重要です。このプロセスでは、プロジェクト入札時の基本構成の決定、プロジェクト実行時の実際のパラメータの測定、DCMモジュールとポンプカードの調整、測定結果に応じた各特定セグメントの実際のパラメータ設定が含まれます。、信号プリエンファシスの調整、その他多くの側面。各リンクを注意深く実装することによってのみ、高品質の信号伝送サービスを得ることができます。

低コストでファイバ容量の拡張を実現するDWDM光モジュール

従来の伝送モードでは、XNUMX 本のファイバーは XNUMX 種類の情報を伝送する光搬送波信号のみを伝送できます。

通常のデュアルファイバー光モジュール (2 コアファイバーで伝送)。

追加のサービスが必要だがファイバーリソースが限られている場合は、BIDI 光モジュール (シングルコアファイバー経由で送信) に置き換えることができます。

サービスの数が増え続け、BIDI だけでは十分ではなくなった場合には、今回紹介する DWDM SFP 光モジュールと DWDM SFP+ 光モジュールである WDM 光モジュール (主に DWDM) を使用できます。

波長分割多重 (DWDM) について

DWDM 波長分割多重化は WDM であり、異なる波長の光信号を XNUMX 本のファイバーに多重化して伝送します。

従来の伝送モードでは、XNUMX 本のファイバーは XNUMX 種類の情報光搬送信号のみを伝送できます。サービスが異なる場合、伝送には異なるファイバーが必要になります。 DWDM 波長分割多重技術は、単一の物理ファイバー上に複数の仮想ファイバーチャネルを提供できます。

DWDM チャネルはより高密度に配置されており、CWDM 波長範囲内から取り出された小さなセグメントである C バンド (1525nm ～ 1565nm) および L バンド (1570nm ～ 1610nm) の送信ウィンドウを使用します。 DWDM チャネル間隔は 0.4nm、0.8nm、1.6nm など (CWDM 帯域間隔は 20nm) ですが、これより小さく、追加の波長制御デバイスが必要です。

DWDM光トランシーバモジュール

DWDM 光モジュールは、カラー光光モジュールとしても知られており、光電子信号を変換するための光モジュールの重要なコンポーネントです。通常の光モジュールと同様に、DWDM 光モジュールは DWDM 波長分割マルチプレクサと併用して、異なる波長の光信号を XNUMX 本のファイバに多重して伝送する必要があります。リンクの受信端では、ファイバ内の混合信号が光デマルチプレクサによって異なる波長信号に分離され、長距離通信伝送が実現されます。

DWDM 光モジュールの一般的なパッケージタイプには、SFP、SFP +、XFP、SFP28、QSFP +、および QSFP28 があり、高伝送容量、小型サイズ、低消費電力、LC デュプレックスインターフェイス、DDM (デジタル診断機能)、等

一般的な DWDM 光モジュールには、1.25G SFP DWDM、10G SFP+ DWDM、10G XFP CWDM、 25G SFP28 DWDM、40G QSFP+ DWDM、および 100G QSFP28 DWDM。 DWDM光モジュールの伝送距離は40kmが一般的ですが、オプションで80km、120kmも用意しています（複数の中継局を使用することで120km以上の伝送距離を延長可能）。

DWDM 光トランシーバモジュール用の XNUMX つのアプリケーションソリューション

デュアルファイバー単方向 DWDM 伝送ソリューション

デュアルファイバー単方向とは、単一ファイバー上ですべての光パスを同じ方向に同時に伝送することを指します。異なる波長は異なる光信号を伝送し、送信側で多重化され、XNUMX 本のファイバーを介して送信されます。受信側では、それらは逆多重化されて複数の光信号の伝送が完了し、反対方向は別のファイバーを介して伝送されます。 XNUMX 方向の伝送は XNUMX 本の別々のファイバーによって行われます。