100Gメトロデータセンター相互接続（DCI）：コヒーレントと直接検出

現在、膨大なデータが世界中で管理、分配、交換される中、データセンターネットワークの数と容量が拡大しており、それに伴いデータセンター相互接続（DCI）の需要も高まっています。直接検出方式とコヒーレント検出方式のどちらが100GメトロDCIに適しているのでしょうか？本記事では、これら二つの検出方式に焦点を当て、それぞれを比較していきます。

直接検出とコヒーレント検出: それぞれ何ですか?

直接検出方式は、受信端末において信号の振幅のみを検出することができます。一方、コヒーレント検出方式は光キャリアから振幅、周波数、位相の情報を抽出できる点で異なります。直接検出システムでは、光波を強度変調によってのみ変調することが可能です。

コヒーレント検出は、光通信システムや光計測・センサーにおいて有用な光信号検出技術です。この方式では、受信側にローカル発振器を使用することで、長距離DWDMネットワークにおいて単一波長で100Gbit/sの伝送を可能にします。コヒーレント検出変調を用いることで、光受信機は光送信機の位相を追跡し、伝送信号が持つ位相や周波数情報を抽出することができます。

直接検出とコヒーレント検出: 100GメトロDCIにどのような影響がありますか?

直接検出方式は、メトロネットワークにおける短距離およびポイントツーポイント接続向けに最適化されています。PAM4を活用することで、直接検出方式は光信号対雑音比（OSNR）の要件を満たしつつ、100Gの直接検出信号を最大80kmまで伝送することが可能です。小型化、構造の簡素化、低消費電力といった利点を持つ強度変調・直接検出（IM/DD）通信システムは、短距離光通信に最適な選択肢となります。さらに、PAM4などの技術革新により、直接検出方式はメトロDCIネットワークにおいて有力な選択肢となっています。

一方、コヒーレント検出方式は、もともと無線通信システムから派生した技術ですが、現在では光ファイバー通信に広く利用されており、長距離光ネットワークに大きなメリットをもたらしています。100GメトロDCIにおいては、コヒーレント検出方式が性能とスペクトル効率を向上させる一方で、高コストや電力消費の増加といった課題も抱えています。

直接検出とコヒーレント検出: どちらが優れていますか?

100Gデータセンター相互接続（DCI）には、直接検出方式とコヒーレント検出方式の両方が利用可能ですが、どちらがより適した選択肢なのでしょうか？以下では、関連する要素について詳しく説明します。

ファイバ容量

直接検出方式と比較して、コヒーレント検出方式は光キャリアから振幅、周波数、位相の情報を抽出できるため、同じ帯域幅ではるかに高いファイバー容量を実現できます。

シンプルさ

コヒーレント検出方式では、デジタル信号プロセッサ（DSP）を使用することで、大きな波長分散や偏波モード分散を補償でき、光増幅器や光分散補償器を必要としません。一方、直接検出方式では、ハードウェアリソースやスマートな光回線システムを使用して分散を補償する必要があるため、コヒーレント検出方式の方がシンプルな構造となります。

コスト

コヒーレント検出ネットワークでは、専用の集積回路やデジタル信号プロセッサが必要ですが、直接検出ネットワークではそれらが不要です。そのため、100Gモジュールのコストを大幅に削減できる直接検出方式は、コスト面でコヒーレント検出方式よりも魅力的な選択肢となります。

消費電力

コヒーレント検出方式では、追加の光学部品やDSPが必要となるため、コストだけでなく消費電力も増加します。一方、直接検出方式では電力を大量に消費するDSPを排除できるため、コヒーレント検出方式と比べて低消費電力で動作します。

伝送距離

技術の進化により、直接検出方式でも最大80kmの100G信号伝送が可能になっています。一方、コヒーレント検出方式は世界中で導入されており、数千kmに及ぶ長距離伝送が可能です。

結論

コヒーレント検出方式はメトロDCIアプリケーションにおいて依然として高い需要がありますが、直接検出方式も経済的に実現可能な手法として急速に台頭しており、100G直接検出技術はメトロDCI分野におけるコヒーレント検出方式の優位性に挑戦しています。どちらを選択するか迷った場合は、上記の要素を最適化し、バランスを考慮した上で選択することが重要です。