コヒーレント光学システムは長距離ネットワークに適しています

 

コヒーレント光学システムは、光の振幅、位相、偏光を変調することにより、1,000 キロメートルを超える距離でのデータ伝送を可能にします。これらのシステムは、デジタル信号プロセッサを使用してファイバーの障害を補償し、波長あたり 100G ～ 1.6 Tbps の伝送速度をサポートします。

 

コヒーレント光学システムの仕組み

 

 

従来の光学システムは、バイナリ データを表すために光のオンとオフを切り替える強度変調に依存しています。このアプローチでは、伝送が毎秒約 10 ギガビットに制限され、数百キロメートルを超える距離では困難になります。コヒーレント光学システムは、光波の複数の特性を同時に操作することで、これらの制約を打ち破ります。

この技術は、振幅 (信号強度)、位相 (波の位置)、偏光 (電磁場の向き) の 3 つの次元にわたって情報をエンコードします。 3 つの特性をすべて変更することにより、コヒーレント システムは各光パルスに大幅に多くのデータを詰め込みます。 16-QAM 変調を使用する単一波長は、従来のオンオフ キーイングではシンボルあたり 1 ビットしかエンコードできないのに対し、シンボルあたり 4 ビットをエンコードできます。

デジタル シグナル プロセッサは、これらのシステムの電子的心臓部を形成します。 DSP は、電気信号と光信号の間の変換、色および偏波モード分散の補償、前方誤り訂正アルゴリズムによる伝送エラーの修正、リンク パフォーマンスの継続的な監視など、複数の重要な機能を実行します。 3- ナノメートル CMOS テクノロジーを使用した最近の DSP 実装により、消費電力が 25 ワット未満でありながら、QSFP-DD フォーム ファクタに適合する 800G コヒーレント プラガブル モジュールが可能になりました。

受信機でのコヒーレント検出では、受信信号と同じ周波数に調整された局部発振器レーザーが使用されます。この局部発振器は光ハイブリッドで受信信号と混合し、すべての符号化情報を保存する中間周波数信号を生成します。次に、光検出器がこの混合信号を電気領域に変換し、DSP がエンコード プロセスを逆転させ、蓄積された歪みを補償する高度なアルゴリズムを通じて元のデータを再構築します。

 

長距離ネットワークがコヒーレント システムを必要とする理由

 

長距離ネットワークは、コヒーレントなテクノロジーを不可欠にする特有の課題に直面しています。これらのリンクは通常 1,000 ～ 10,000 キロメートルに及び、地上ファイバー ルートと海底ケーブルを通じて都市、国、大陸を接続します。

信号の減衰は距離に応じて直線的に増加します。 1 キロメートルあたり 0.18 dB を達成する最新の超低損失ファイバーでも、2,000- キロメートルの距離では 360 dB の損失が蓄積されます。エルビウム-をドープしたファイバー増幅器を 50-100 キロメートルごとに配置すると信号が増幅されますが、各増幅段でノイズが追加され、信号対雑音比が低下します。--。コヒーレント光システムは、直接検出システムと比較して 20 dB 高い受信感度を実現し、高価な光 - 電気 - 光の再生を必要とする前に、より多くの蓄積ノイズを信号が許容できるようにします。

波長分散により、異なる波長の光がわずかに異なる速度でファイバーを通過します。長距離では、この影響によりパルス拡散が発生し、隣接するビットが一緒にぼやけます。偏光モード分散は、光の 2 つの偏光状態が異なる速度で伝わるときに同様の問題を引き起こします。従来のシステムでは、数スパンごとに物理分散補償モジュールが必要であり、コストと複雑さが増大していました。コヒーレント DSP は、両方のタイプの分散を純粋に電子領域で処理するため、これらの光学コンポーネントの必要性がなくなり、以前は使用できなかったファイバーを介した展開が可能になります。

コヒーレント技術に対する経済的議論は、200 キロメートルを超える距離では説得力を持ちます。 400G ZR コヒーレント プラガブル モジュールは、同等の PAM4 モジュールよりも高価ですが、直接検出システムに必要な複数の増幅および再生サイトが不要になります。ネットワーク事業者は、コヒーレント システムにより長距離ルートでインライン再生装置の数が 40{6}}60% 削減され、再生サイトが回避されるごとに、設備と不動産のコストが 50 万ドルから 200 万ドル節約されると報告しています。

最新の長距離システムは、高密度波長分割多重を使用して複数の波長を同時に運用します。-一般的な C- バンド DWDM システムは、50 GHz 間隔で 80 ～ 96 のチャネルを伝送します。コヒーレント技術の優れたスペクトル効率により、干渉することなくより狭いチャネル間隔が可能になります。柔軟なグリッド アーキテクチャを使用したネットワークは、各チャネルが必要とするスペクトル幅を正確に割り当てることができ、チャネルの間隔を 37.5 GHz まで近づけることができ、固定グリッド システムと比較して総ファイバー容量を 25 ～ 30% 増加させることができます。

 

コヒーレント光学システムの技術アーキテクチャ

 

完全な長距離コヒーレント リンクは、送信機、ファイバー スパン、インライン アンプ、連携して動作する受信機のコンポーネントで構成されます。{0}}

送信機は、通常 1550-C- バンドの狭い線幅のコヒーレント光を生成する調整可能な外部共振器レーザーから始まります。{0} 100 kHz 未満の線幅により、伝送距離全体にわたって位相の安定性が保証されます。 IQ 変調器-実際には 2 つのネストされたマッハ-ツェンダー変調器-は、光信号の同相成分と直交成分を個別に制御します。- DSP は、リンク バジェットに応じて DP-QPSK、16-QAM、または 64-QAM などの変調形式を使用してデータをエンコードする、注意深く形成された電気波形でこの変調器を駆動します。

地上ネットワークのファイバ スパンは通常、アンプ サイト間で 80-100 キロメートルですが、累積損失と利用可能なアンプ ゲインによって制限されます。海底システムは、ファイバー配線の制御の向上とコネクタ損失の削減により、100{6}}120 キロメートルというわずかに長いスパンを実現します。ファイバー自体は大幅に進化しており、G.654.​​E 仕様では、非線形効果を低減する大有効断面積ファイバーと、1 キロメートルあたり 0.16 dB を達成する超低損失ファイバーが定義されています。

インラインアンプは、電気ドメインに変換することなく、スパンごとに信号をブーストします。エルビウム-ドープのファイバー増幅器は C- 帯域システムで主流であり、20-30 dB のゲインを提供します。 L-帯域EDFAは容量を1565-1625ナノメートルの範囲に拡張し、分布ラマン増幅は伝送ファイバ自体を介して逆方向に電力をポンプし、より低い雑音指数で利得を提供します。高度なシステムは、ハイブリッド EDFA{10}} ラマン構成を使用して、リンク全体の信号対雑音比を最適化します。

受信機は送信機の複雑さを反映します。統合コヒーレント受信機には、局部発振器レーザー、90 度光ハイブリッド、平衡型光検出器、トランスインピーダンス アンプが含まれています。高速アナログ - デジタル コンバータは、1 秒あたり 100 ギガサンプルを超える速度で検出された信号をサンプリングします。その後、DSP はクロック リカバリ、色および偏波モード分散を補償するためのブラインド イコライゼーション、搬送波位相リカバリ、および前方誤り訂正デコードを実行します。

前方誤り訂正はますます洗練されています。確率的コンスタレーション整形などの軟判定 FEC アルゴリズムは、11 dB を超える正味符号化ゲインを実現し、FEC 前の誤り率が 10^-2 を超えている場合でも、信号を 10^-15 未満のビット誤り率で動作させることができます。これらの高度なコードには、通常 20 ～ 27% の追加のオーバーヘッドがかかりますが、パフォーマンスの向上により、長いルートではこの容量の犠牲が正当化されます。

 

コヒーレント光学システムの性能仕様

 

現代のコヒーレント システムは、テクノロジーの世代ごとに改善を続ける優れた仕様を実現しています。

伝送容量は積極的に拡大されました。市場は 2010 年頃の 100G コヒーレント システムから、2015 年までに 200G、2020 年までに 400G に移行しました。現在の第 6- 世代コヒーレント DSP は波長あたり 800G をサポートしており、主要ベンダーは 2024 年のフィールド トライアルで 1.2 Tbps と 1.6 Tbps システムを実証します。96 チャネルを備えた完全な DWDM システムです。 400G は、単一のファイバー ペアで 38.4 テラビット/秒を実現します。 8 本のファイバーペアを備えた海底ケーブルは、合計 300 Tbps を超える容量を実現します。

到達能力は変調フォーマットとボーレートによって異なります。 DP-16QAM を使用する 400G ZR モジュールは、インライン増幅なしで 120 キロメートルに到達し、大都市地域ネットワークに適しています。 400G ZR+仕様では、増幅によりこれを500キロメートルに延長します。より低いボーレートで DP-QPSK を使用する長距離最適化システムは、2,000～3,000 キロメートルの非再生距離を達成します。海底システムは通常、陸揚げステーション間の距離が 6,000 ～ 10,000 キロメートルに及び、最長のケーブル システムでは複数の陸揚げポイントを含めて 20,000 キロメートルを超えます。

スペクトル効率は、スペクトルの各単位が伝送するデータ量を測定します。初期のコヒーレント システムは、ヘルツあたり 2 ～ 3 ビット/秒を達成しました。高度な変調、確率的整形、および狭いチャネル間隔を使用する最新のシステムは、地上ルートで 5 ～ 7 ビット/秒/Hz に達します。この効率の向上は、ネットワークが追加のファイバーを敷設することなく容量をアップグレードできることを意味し、都市部でのファイバー敷設に 1 キロメートルあたり 50,000 ドルから 150,000 ドルの費用がかかる場合には、これは重要な利点となります。

性能が向上したにもかかわらず、消費電力は大幅に減少しました。第 1 世代のコヒーレント ラインカードは、100G 容量で 300～500 ワット、つまりギガビットあたり 3～5 ワットを消費しました。-現在の 400G プラグ可能モジュールは 15 ～ 20 ワットを消費し、ギガビットあたり 50 ～ 80 ミリワットを達成します。この電力効率の 50 倍の向上により、電力が厳しく制限されているネットワーク機器室と海底中継器の両方で運用コストと冷却要件が削減されます。

コヒーレント システムを介した遅延により、ファイバー内の基本的な光速度と比較して、最小限のオーバーヘッドが追加されます。 DSP 処理により、実装に応じて 50 ～ 200 マイクロ秒の遅延が発生します。基本伝播遅延が 15 ミリ秒である 3,000 キロメートルのリンクでは、これはわずか 0.3 ～ 1.3% のオーバーヘッドに相当します。高度な実装により、金融取引や 5G フロントホール アプリケーションにとって重要な遅延変動が 10 ナノ秒未満に抑えられます。

 

導入シナリオと使用例

 

長距離コヒーレント システムは、それぞれ特定の要件を持ついくつかの異なるネットワーク セグメントに対応します。-

地上波コア ネットワークは、大都市圏を接続するバックボーンを形成します。 AT&T、Verizon、China Telecom などのサービス プロバイダーは、これらのネットワークを運用して、メトロ ネットワークからのトラフィックを集約し、全国的な接続を提供します。通常、ルートは主要都市間で 1,000-2,500 キロメートルに及び、再構成可能な光アドドロップ マルチプレクサを使用した中間アドドロップ ポイントがあります。{6}}これらのルート上のコヒーレント光システムは通常 400G 波長を導入しており、トラフィックの増加に応じて 800G にアップグレードする予定です。ネットワーク オペレータは、変調形式とボー レートを調整して、実際のファイバの状態に基づいて容量と到達距離を最適化できるコヒーレント トランシーバのプログラマビリティを重視しています。

海底ケーブル システムは、最も要求の厳しいコヒーレント展開です。最新の大洋横断ケーブルは、複数の着地点で全長 15,000 ～ 20,000 キロメートルに達します。バージニア州とスペインを接続する MAREA ケーブルは全長 6,600 キロメートルで、100G コヒーレント チャネルを使用して 200 Tbps の容量を提供します。 2024 ～ 2025 年に導入される新しいシステムは、400G および 800G 波長を使用して 500+ Tbps の容量に達します。これらのシステムは、平均故障間隔が 25 年を超える優れた信頼性を必要とします。これは、海中での修理には 1 件あたり 100 ～ 300 万ドルの費用がかかり、深海では完了までに数か月かかる場合があるためです。 50 ～ 80 キロメートルごとに配置された中継器は、数十年間メンテナンスなしで動作します。

ハイパースケーラーがグローバル施設を接続するプライベート ネットワークを構築するにつれて、データセンターの相互接続ではコヒーレント テクノロジーの採用が増えています。 Meta、Google、Amazon、Microsoft は共同で、数十のデータセンター キャンパスを相互接続する数千キロメートルの長距離ファイバーを運用しています。-これらのネットワークは、コスト効率よりも低遅延と大容量を優先します。 200-500 キロメートルの地域リンクでは、ルーターとスイッチに直接統合された 400G ZR+ プラガブルを使用し、個別のトランスポンダ シェルフを排除します。より長いバックボーン ルートには、800G ～ 1.6 Tbps の波長を備えた高性能の組み込みコヒーレント システムが導入されます。

研究と教育のネットワークは、もう 1 つの重要な展開分野を提供します。米国の Internet2 や欧州の GÉANT などの組織は、大学や研究機関の接続をサポートする長距離ネットワークを運用しています。-これらのネットワークは、多くのコヒーレント テクノロジーの導入の先駆けとなり、新しい変調形式とソフトウェア デファインド ネットワーキング機能のテストベッドを提供しました。-科学界では大規模なデータセットの転送が必要であり、-素粒子物理学実験では 1 日あたりペタバイトのデータが生成されます-が、継続的な容量アップグレードを推進しています。

 

 

市場の成長と経済的推進力

 

コヒーレント光機器市場は、飽くなき帯域幅需要によって力強い成長を示しています。

正確な市場の定義に応じて、市場規模は 2024 年に 169 億ドルから 288 億ドルに達し、2032 年から 2033 年までに 297 億ドルから 514 億ドルに成長すると予測されています。これは、年間複合成長率 5.3 ～ 12.4% を表しており、コヒーレント プラガブルなどのより狭く定義されたセグメントではより高い成長率を示します。推定値のばらつきは、市場境界を定義するためのさまざまな方法論的アプローチを反映していますが、すべての分析は 2 桁の力強い成長で一致しています。

シスコの分析によると、インターネット トラフィックは指数関数的に拡大を続けており、毎年 25 ～ 30% 増加しています。ビデオ ストリーミングは消費者向けインターネット トラフィックの 82% 以上を占めており、4K および新興の 8K フォーマットではストリームあたり 15 ～ 45 Mbps が必要です。クラウド ゲーム、仮想現実、および新たなメタバース アプリケーションには、低遅延で持続的な高帯域幅が必要です。 2020 年から 2022 年にかけてリモートワークへの移行により、ビジネスのビデオ会議トラフィックとクラウド サービスの使用率が恒久的に増加しました。

5G ネットワークの展開により、ネットワーク エッジとバックホール インフラストラクチャで大規模な帯域幅要件が生じます。単一の 5G セル サイトはピーク時に 10 ～ 100 Gbps のトラフィックを生成する可能性があるため、このトラフィックをコア ネットワークに向けて集約するにはコヒーレント光トランスポートが必要です。世界の 5G 接続は 2024 年に 15 億を超え、2028 年までに 59 億に達し、それに対応して光伝送容量の増加を促進します。

ハイパースケーラーが人工知能のトレーニングと推論をサポートする分散コンピューティング インフラストラクチャを構築するにつれて、データセンターの拡張により一貫した機器の需要が高まります。大規模な言語モデルをトレーニングするには、超高帯域幅ネットワークで相互接続された数万の GPU にわたる並列処理が必要です。--データセンター事業者は 2024 年に 2,000 億ドルを超える設備投資を行い、光インターコネクトはこの支出の 8 ～ 12% を占めました。

クラウド サービスの移行は減速する兆しがありません。エンタープライズ ワークロードのクラウド プラットフォームへの移行はパンデミック中に加速し、組織がハイブリッド クラウドやマルチクラウド アーキテクチャを採用するにつれて継続しています。-この構造的な変化により、主要なクラウド プロバイダ ネットワークにトラフィックが集中します。そのネットワークはすべて、グローバルに分散されたインフラストラクチャを相互接続するために長距離コヒーレント光システムに大きく依存しています。{3}}

インターネット インフラストラクチャの地理的拡大により、発展途上地域での一貫した展開が推進されます。東南アジア、アフリカ、ラテンアメリカは、地域の接続性を向上させるために、海底ケーブル陸揚げ局と地上長距離ネットワークを構築しています。-これらの地域における海底ケーブルへの投資は年間 50 億ドルを超えており、ほとんどの新しいシステムでは、レガシー システムからのアップグレードではなく、最初からコヒーレント テクノロジーが使用されています。

 

競争環境と主要ベンダー

 

一貫した光機器市場には、確立された通信機器ベンダーと専門の光部品サプライヤーが混在しているのが特徴です。

Ciena は、2008 年にコヒーレント 40G テクノロジーを導入して商用コヒーレント システムの先駆者となり、WaveLogic の歴代世代を通じてテクノロジーのリーダーシップを維持してきました。 2024 年に発表された WaveLogic 6 プラットフォームは、波長あたり 1.6 Tbps を達成し、組み込みラインカードとプラグ可能モジュールの両方に電力を供給します。 Ciena は、コヒーレント光伝送システムで約 18 ～ 22% の市場シェアを保持しています。

Nokia の Photonic Service Engine (PSE) プラットフォームは、地上アプリケーションと海底アプリケーションの両方にサービスを提供します。ネットワーク設計と統合における同社の強みは、一貫したテクノロジー ポートフォリオを補完します。ノキアは特に海底システムで優位に立ち、2022年から2024年に受注した新規海底ケーブルプロジェクトの70％以上に光回線端末を設計または供給した。

ファーウェイは世界全体で 25-30% という最大の市場シェアを維持していますが、その地位は地政学的な要因により地域によって大きく異なります。ネットワーク インフラストラクチャと光システムに対する同社の統合アプローチは、単一ベンダーのソリューションを求める通信事業者にとって魅力的です。- Huawei の OptiXtrans プラットフォームは、メトロ、地域、長距離アプリケーション全体で 400G ～ 1.6 Tbps の波長をサポートします。

Infinera は光ネットワーキングのみに焦点を当てており、光コンポーネントの垂直統合の先駆けとなっています。同社は独自のフォトニック集積回路を製造し、単一チップ上に複数の光機能を組み合わせてコストを削減し、性能を向上させています。 Infinera の ICE6 コヒーレント テクノロジーは 800G 波長をサポートし、サービス プロバイダーとデータセンター市場の両方をターゲットとしています。

シスコは、2021 年の Acacia Communications の買収を通じてコヒーレント市場に参入し、業界をリードするコヒーレント DSP テクノロジーを獲得しました。- Acacia のシリコン フォトニクス アプローチにより、コヒーレント モジュールの大量生産、低コストの製造が可能になります。{3}シスコはこれらのモジュールを自社のルーティング プラットフォームに統合し、ウェブ-規模のデータセンター オペレータに人気のある、密結合された IP{6}}over-DWDM ソリューションを作成します。

プラグイン可能なコヒーレント モジュール セグメントは、さまざまな競争力学を示しています。 Marvell は、コヒーレント プラガブル モジュールの 40% 以上で使用される DSP チップを供給し、複数のモジュール メーカーに対するマーチャント シリコン プロバイダーとしての役割を果たしています。 Coherent Corp (旧 II- VI)、Lumentum、Broadcom は、さまざまな DSP およびシリコン フォトニクス サプライヤーを使用して完全なモジュールを製造しています。 2022 年に Broadcom に買収された NeoPhotonics は、調整可能なレーザーとフォトニック統合における強力な機能をもたらしました。

HiSilicon、ZTE、Fiberhome などの中国の新興ベンダーは、中国が技術の独立性を追求する中、中国国内の展開でシェアを獲得しています。これらのベンダーは、国産の光学技術開発に対する政府の多大な支援と、中国の巨大な国内市場への優先アクセスの恩恵を受けています。

 

テクノロジーの進化と今後の方向性

 

コヒーレント光テクノロジーは、多次元にわたって急速な進化を続けています。

変調フォーマットの進歩により、複雑さを管理しながらスペクトル効率が向上します。確率的コンスタレーション シェーピングは、送信シンボルの分布を最適化してチャネル容量にさらに一致させ、均一なコンスタレーション フォーマットよりも 0.5-1.5 dB 優れたパフォーマンスを実現します。幾何学的整形は、シンボル確率ではなくコンスタレーション ポイントの配置を変更し、実装の複雑さを軽減しながら同様の利益を提供します。研究システムでは 256-QAM 以降のフォーマットが実証されていますが、実際の展開ではノイズの影響を受けやすいため、64-QAM を超えることはほとんどありません。

デジタル副搬送波技術は、各波長を複数の狭い副搬送波に分割し、それぞれが独立した変調と符号化を行います。このアプローチにより、等化が簡素化され、より細かい容量粒度が可能になり、ファイバの非線形性に対する耐性が向上します。波長ごとに 2 ～ 8 個の副搬送波を使用するシステムが商用導入されており、研究デモンストレーションでは最大 16 個の副搬送波で利点が示されています。

空間分割多重化は、容量拡張の次のフロンティアを表します。マルチコア ファイバは、単一のファイバ クラッド内に 4-12 個の独立したコアを配置し、それに比例して容量を倍増します。バンドルされていないファイバー リボンは、従来のシングルコア ファイバーと同様の利点を実現します。{6}}コアあたり 3{11}}6 空間モードをサポートするモード ファイバーはほとんどありませんが、モード結合によりイコライゼーションの問題が発生します。商用展開は依然として特殊なアプリケーションに限定されていますが、2025 年以降に展開される海底システムでは、容量と距離の積を最大化するためにマルチコア ファイバーが採用される可能性があります。

C バンドを超えるスペクトル拡張により、既存のファイバー インフラストラクチャを使用して容量が追加されます。{0} C+L バンド システムは、1530-1625 ナノメートルから 10-11 THz のスペクトルで動作し、C- バンド-のみのシステムと比較してチャネル数が 2 倍になります。 S バンド (1460 ～ 1530 ナノメートル) はさらに 7 THz のスペクトルを提供しますが、アンプ技術はまだ成熟していません。研究では、S+C+L バンドを組み合わせた 16 THz での伝送が実証されており、C バンドのみと比較して容量が 4 倍になります。

ソフトウェア定義ネットワーキングとネットワークの分離により、通信事業者によるコヒーレント システムの導入と管理の方法が再構築されています。{0}オープン ライン システムは、光回線端末ハードウェアを管理ソフトウェアから分離し、マルチベンダーの相互運用性を可能にします。- Telecom Infra Project の OOPT (Open Optical Packet Transport) イニシアチブでは、コヒーレント トランシーバーを制御するためのオープン API を定義しています。これらの開発により、ベンダー ロックインが軽減され、通信事業者は実際のトラフィック パターンに基づいてキャパシティ リーチのトレードオフを動的に最適化できます。{6}

人工知能と機械学習は、一貫したシステムの最適化に応用されています。 AI アルゴリズムは最適な変調形式を予測し、リアルタイムのファイバー状態に基づいて出力を開始することができ、静的構成と比較して容量を 5{4}} 向上させます。-機械学習モデルは、受信信号品質の微妙な劣化パターンを検出し、サービスに影響を与える障害を防ぐ予知メンテナンスを可能にします。{6}}強化学習を使用したネットワーク全体の最適化により、個々のリンクの制約を尊重しながら、ネットワーク全体のスループットが最大化されます。

量子通信とポスト量子暗号は、将来のコヒーレント システム設計に影響を及ぼします。{0}量子鍵配布システムは、同じファイバー上で従来のコヒーレント チャネルと並行して実行できますが、その非常に低い電力レベルでは慎重なクロストーク管理が必要です。ポスト-量子暗号アルゴリズムにはより高い計算能力が必要であり、将来のシステムではラインレートで暗号化と復号化を実行するためにより高性能な DSP が必要になる可能性があります。

 

導入の課題と解決策

 

長距離コヒーレント システムを導入するには、いくつかの技術的および運用上の課題を解決する必要があります。{0}

ファイバープラントの変動により、システムのパフォーマンスに不確実性が生じます。 1990 年代から 2000 年代初頭に設置されたファイバーは、現代のファイバーと比較して、損失、分散スロープの変動、偏波依存の損失が高くなります。{3}}通信事業者がファイバープラント全体の正確な特性を把握していることはほとんどないため、容量計画が困難になっています。ソリューションには、ファイバーパラメータを継続的に測定する自動テストシステムや、実際のリンク状態に基づいて動作モードを調整する適応型トランシーバーが含まれます。

ネットワーク事業者は、容量のニーズ、テクノロジーの成熟度、予算の制約のバランスを考慮して、アップグレードに関する難しい決定を迫られています。 100G から 400G システムにアップグレードすると、容量が 4 倍になりますが、新しい端末機器への投資が必要になります。 800G テクノロジーを待ちたいという誘惑により、計画の麻痺が生じ、ネットワークが混雑したままになる可能性があります。実用的なアプローチには、負荷の軽いルートでは低容量のシステムを維持しながら、混雑したルートでは選択的なアップグレードが含まれます。-ベンダーは、ハードウェアが 400G 機能で出荷され、最初は 100G または 200G でアクティブ化される容量{9}}オンデマンド ライセンス-を積極的に提供することで、リスク管理に役立ちます。-

標準化の取り組みにもかかわらず、ベンダー機器間の相互運用性は依然として不完全です。 OIF 400ZR および 800ZR 仕様では相互運用可能なプラグ可能モジュールが定義されていますが、ベンダーによってオプション機能の実装方法が異なります。ネットワーク タイミング配信やエイリアン波長サポートなどの高度な機能には、慎重な検証が必要です。賢明な事業者は、本番環境への展開前に相互運用性を検証するテスト設備を維持しており、多くの事業者は、標準に準拠したインターフェースを使用している場合でも、リンク エンドポイントで一致するベンダー ペアを使用しています。-

ネットワーク施設の電力と冷却の制約により、大容量システムの導入が制限されます。{0}完全に装備された高密度波長システムは、ラックあたり 10- 20 キロワットを消費する可能性があり、多くの古い中央局の電力供給能力を超えています。低電力機器用に設計された冷却システムは、熱負荷に対処できません。最新のコヒーレント機器をサポートするための施設のアップグレードには、1 サイトあたり 50 万ドルから 200 万ドルの費用がかかり、場合によっては光機器自体のコストを超えます。

 

よくある質問

 

コヒーレント光学システムの最大距離はどれくらいですか?

最大非再生距離は、変調形式とライン レートによって異なります。 DP-QPSK 変調を使用するシステムは、光-電気-光再生なしで 2,000-3,000 キロメートルまで到達できます。海底システムは、最適化された DSP と高度な FEC を使用して、再生ポイント間で 6,000-10,000 キロメートル以上を定期的に運用します。最長の海底ケーブルはエンドツーエンドで 20,000 キロメートルを超えますが、中間の再生サイトが含まれます。

コヒーレント技術は PAM4 変調とどのように比較されますか?

PAM4 変調は、100 キロメートル未満の距離ではコストと消費電力が低いため、データセンターの相互接続に最適です。コヒーレント技術はコストは高くなりますが、200 キロメートルを超える距離に対して優れた到達距離とスペクトル効率を提供します。クロスオーバー ポイントは特定のリンク要件によって異なりますが、500 キロメートルを超えるほとんどの長距離アプリケーションでは、適切な信号対雑音比を達成するためにコヒーレント テクノロジーが必要です。{{7}{8}

最新のコヒーレント システムではどのような変調フォーマットが使用されますか?

一般的な形式には、最大到達距離を実現する DP-QPSK (シンボルあたり 4 ビット)、バランスの取れたパフォーマンスを実現する DP-16QAM (シンボルあたり 8 ビット)、短距離での最大容量を実現する DP-64QAM (シンボルあたり 12 ビット) があります。高度なシステムは、確率的コンスタレーションシェーピングを使用してシンボルの分布を最適化します。最適なフォーマットはリンク距離、ファイバーの品質、および容量要件によって異なり、多くのシステムはフォーマットを動的に切り替えることができます。

コヒーレントシステムは既存のファイバープラントをアップグレードできますか?

コヒーレント テクノロジーは、1990 年代以降に設置されたファイバーで動作します。ファイバーが元々 2.5G または 10G システム用に設計されていた場合でも同様です。 DSP は波長分散と偏波の影響を電子的に補償し、従来のシステムで必要とされていた分散補償モジュールを不要にします。 1980 年代の非常に古いファイバーには過剰な損失や偏波依存の損失があり、使用可能な容量が制限される場合がありますが、1995 年以降のほとんどの商用ファイバーは最新のコヒーレント伝送をサポートしています。

ネットワーク容量は、ビデオ ストリーミング、クラウド サービス、リモート ワークによって促進され、2020 年から 2024 年にかけて毎年 25 ～ 30% 増加しました。サービスプロバイダーは、2028 年まで年間 20 ～ 25% の成長が続くと予測しており、AI アプリケーションによってこれがさらに加速する可能性があります。 100G から 400G コヒーレント システムへの移行は主要ルートでほぼ完了しており、800G の導入は 2024 ～ 2025 年に始まります。

コヒーレント光システムは、過去 15 年間にわたって長距離ネットワーク機能を根本的に変革してきました。{0}このテクノロジーは、ビットあたりのコストを低下させながら、数千キロメートルにわたって 100G から 1.6 Tbps を伝送する能力を備えており、最新のアプリケーションが要求するグローバル接続を可能にします。帯域幅の要件が容赦なく増大し続ける中、コヒーレント光システムはデジタル経済をサポートする不可欠なインフラストラクチャであり続けるでしょう。