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調整可能なDWDMオプティクス

従来の光トランシーバーは、ファイバー通信用にバイナリ値を光パルスにエンコードするオンオフキーイング(OOK)を利用することがよくあります。OOKは効率的にデータを送信できますが、帯域幅容量によって制限されます。対照的に、波長分割多重方式(DWDM)光ファイバーは、デジタル信号プロセッサ(DSP)による高度な変調およびイコライゼーション技術を使用して、伝送障害をより効果的に処理し、より多くのデータを光波にエンコードします。

波長可変 DWDM 光の変調技術

調整可能なDWDMオプティクスと変調フォーマットは互いに独立しています。10G波長可変DWDM光インターフェイスは広く導入されており、シンプルなOOK変調を使用します。400G波長可変調DWDM光インターフェイスは、直交振幅変調(QAM)のみを使用します。QAMは位相状態に振幅変動を追加し、より高いデータレートを可能にします。高次QAM(16-QAMなど)はデータ容量を増加させますが、高いS/N比を必要とします。

16-QAM変調は、光フィールドの同相成分と直交成分の両方の4レベル変調を使用して、シンボルあたり4ビットをエンコードします。これは、偏波多重化によって再び8ビット/シンボルに倍増されます。400G チューナブル DWDM モジュールの場合、DP-16QAM などのより高度な変調も使用されます。DP-16QAMでは、400Gを1つの波長にエンコードすることができます。

注:

PSK変調は、波長可変DWDM光インターフェイスでは使用されません。代わりに、QAMの方が普及しています。
表1:QAMガイダンス

モジュレーション

シンボルあたりのビット数

シンボルレート

4QAM

2

1/2 xビットレート

8QAM

3

1/3 xビットレート

16QAM

4

1/4 xビットレート

調整可能なDWDMオプティクスは、ZRおよびOpenZR+規格に準拠しています。ZR規格は、OIF(Optical Internetworking Forum)によって開発されています。対照的に、OpenZR+ は OpenZR+ マルチソース契約 (MSA) によって標準化されており、元の ZR 標準の機能に基づいて構築されています。ジュニパーのZRおよびOpenZR+波長可変DWDM光インターフェイスは、これらの規格に準拠しています。

パケット光統合

パケット光統合とは、高密度波長分割多重方式(DWDM)とルーティングおよびスイッチング機能をシームレスに組み合わせて、統一されたシステムにするネットワークアーキテクチャです。これらの要素を統合することで、パケット光アーキテクチャでは、外部のサードパーティ製 DWDM トランスポンダを別途設置する必要がなくなり、ネットワーク管理へのアプローチが合理化されます。この統合により、運用が簡素化されるだけでなく、設備投資 (CAPEX) と営業費用 (OpEx) も大幅に削減されます。

JCO400などのジュニパーの400G波長可変DWDM光技術モデルは、CORA(統合型光ルーティングアーキテクチャ)に準拠しています。CORAは、IPルーティングと高密度波長分割多重方式(DWDM)をIP-over-DWDM(IPoDWDM)と呼ばれる単一の統合型アーキテクチャに直接統合する包括的なソリューションです。IPoDWDMにより、CORAはデバイスポートに直接差し込むジュニパーの調整可能なDWDM光トランシーバー(JCO400プラガブル)を使用して、IPトラフィックをDWDMネットワーク上で直接送信できます。要約すると、CORAは複数のネットワーク要素を排除し、IPルーティングレイヤーと光トランスポートレイヤーを1つのシステムに統合することでネットワークを簡素化するのに役立ちます。CORAを使用すると、ファイバーネットワークを介して伝送するためにIPトラフィックを光信号に変換するために従来使用されていた個別のDWDMトランスポンダは必要ありません。

400G伝送用のジュニパーのDWDMベースのZRおよびOpenZR+光トランシーバは以下の通りです。

ZR、ZR-M、ZR-M-HPの比較

  • 400ZR光インターフェイスは、OIF 400ZR実装契約で標準化されており、主にシングルスパンアプリケーションに使用されます。400ZRオプティクスは、オプティクスの消費電力を最小限に抑えるために、ナノメートルあたり最大2400ピコ秒の色分散仕様に制限されています。400ZRオプティクスは、CFEC(Concatenated Forward Error Correction)と呼ばれるFECコードを使用します。CFEC は、内側のソフト ディシジョン ハミング (128,119) コードと外側の階段 BCH (255, 239) ハード ディシジョン外側のコードの 2 つの FEC コードを相互に連結します。この連結は、OIF 400ZR導入契約に規定されている光学性能を得るのに役立ちます。したがって、このような光学系は約 120 キロメートルの距離に適しています。CFECは、ZR光学で使用される唯一のFEC方式です。

  • ZR+またはZR-M光インターフェイスは、通常、メトロおよび地域ネットワークのマルチスパンアプリケーションに使用されます。これは、より高い色分散補償仕様やより高度なFECなど、より高度なデジタル信号処理によって可能になります。400G ZR+(またはZR-M)光インターフェイスは、オープンフォワードエラー訂正(OFEC)として知られるFECコードを使用します。OFECは、拡張BCH(256, 239)コードを使用したターボ製品コード(TPC)と3反復のソフト決定デコードで構成されています。OpenZR+ MSAで規定されているより高い光学性能を実現するためには、CFECと比較してOFECの性能が向上することが不可欠です。OpenZR+ MSAは、ZR-MやZR-M-HPなどの400G OpenZR+光インターフェイスのOFECを定義しています。OFECは、ZR-MおよびZR-M-HP光学で使用される唯一のFEC方式です。

  • ZR-M-HPオプティクスはZR-Mと同じですが、より高い送信電力(Tx)または出力電力を備えています。これらの光インターフェイスは、Tx パワーが高いため、非増幅リンクにも最適です。

注:

400G ZR/ZR+ 光トランシーバには、0 dBm の波長可変 DWDM 機能が搭載されています。光用語では、0 dBmは光信号のパワーレベルを示します。これは、1 ミリワットの電力レベルを表します。0 dB TX出力電力(ZR-M-HP)のZR+光インターフェイスは、既存のトランスポートDWDMプラットフォーム、特に再構成可能な光アドドロップマルチプレクサ(ROADM)との下位互換性に使用されます。さらに、高いTX出力電力は、ダークファイバーリンクが長距離を横断する場合にも重要です。

波長可変 DWDM 光インターフェイスを含む、400G 光インターフェイスで使用される FEC 方式の概要は次のとおりです。

表2:400G光インターフェイスにおけるFEC技術

FEC技術

使用

標準

アプリケーション

連結型フォワードエラー訂正(CFEC)

ZRオプティクスで使用

光インターネットワーキングフォーラム400ZR(OIF 400ZR)

最大40キロメートルの増幅されていないリンクと最大120キロメートルのシングルスパンデータセンター相互接続をサポート

オープンフォワードエラー訂正(OFEC)

ZR+またはZR-MおよびZR-M-HP光インターフェイスで使用

OpenZR+によって定義 マルチソースアグリーメント(MSA)

 定期的なインライン増幅により、DWDMトランスポートプラットフォーム上で最大距離数百キロメートルのメトロおよび地域ネットワークをサポートします。
FEC119

主に400Gグレー光インターフェイスで使用

IEEE 802.3ファミリー規格で定義されています。119 は、IEEE 802.3 規格の 119 番目の項を指します。

リード・ソロモン符号化RS(544, 514)を使用

最大距離40キロメートルのクライアントオプティクスをサポート(400G ER4-30オプティクスの場合)

高密度波長分割多重方式

調整可能な DWDM 光は、高密度波長分割多重方式(DWDM)を使用します。このテクノロジーは、1本の光ファイバーで送信できるデータ量を増やします。DWDM は、複数の光波長またはチャネルを使用することでこれを実現します。ジュニパーの400GチューナブルDWDM光ファイバーで使用される2種類のDWDM接続は次のとおりです。

  • 非増幅リンク(制限された光電力)—非増幅リンクでは、光信号は増幅なしでファイバーを介して送信されます。このタイプの波長可変 DWDM 光インターフェイスでは、信号がファイバー内を移動する際の光電力の自然損失によって最大伝送距離が制限されます。増幅しないと、光信号が徐々に弱まり、移動できる距離が制限されます。したがって、非増幅リンクはより短い距離に適しており、しばしば電力制限光信号と呼ばれます。

  • 増幅されたリンク(限られた光信号対雑音比と色分散)—増幅されたリンクでは、光増幅器を使用して光信号強度を高めます。増幅されたリンクの信号強度を高めると、信号は長距離を伝送できます。ただし、ノイズや信号品質の損失を引き起こす可能性もあります。Erbium-Doped Fiber Amplifier(EDFA)を使用している場合、ノイズはより顕著になります。光信号対雑音比(OSNR)は、信号の信号品質を指します。OSNR値が高いため、ノイズが少なく、信号品質が許容範囲内であることが保証されます。

    色分散は、異なる波長の光が異なる速度でファイバー内を移動するために発生します。これにより、特に長距離では信号の歪みが発生する可能性があります。光伝送中、複数の波長または色で構成される短時間の入力光信号が光ファイバーに入射します。光信号内の色付きの線は、異なる波長に対応しています。光信号のこれらのさまざまな波長は同時に光ファイバーに入りますが、独自の屈折率により異なる速度で伝播します。光ファイバーを通過した後、出力光信号が広がり、異なる色や波長が広がります。これは、長い波長が短い波長とは異なる速度で移動したことを示しています。

    図1:色分散Chromatic Dispersion
    注:

    OSNRの制限を克服するために、RAMANアンプを使用できます。RAMAN アンプは、ファイバーに沿って信号を増幅するため、有効雑音指数が低くなります。

最大色分散と最小 rOSNR 値については、 ハードウェア互換性ツールを参照してください。

図2:調整可能なDWDM光アーキテクチャTunable DWDM Optics Architecture