CWDMテクノロジーについて知っておくべきこと

光ファイバ配線は、その優れたデータスループットと長距離伝送能力により、通信分野で高く評価されています。しかし、普遍的な導入には高額なコストがかかります。波長分割多重（WDM）技術は、この課題に対するコスト効率の高い代替手段として、異なる波長の光を用いて複数の信号を1本の光ファイバに統合する技術です。WDMには、大まかな波長間隔を持つCWDM（粗波長分割多重）と、高密度な波長間隔を持つDWDM（高密度波長分割多重）の2種類があり、CWDMは企業ネットワークや都市部の短距離伝送に最適で、DWDMは大容量のチャネルを活用した長距離伝送に適しています。本記事では、WDM技術が現代のネットワークをどのように強化し、多様な用途で活用されているかについて掘り下げて解説します。

CWDMテクノロジー - 伝送容量を増やすための代替手段

CWDM（粗波長分割多重：Coarse Wavelength Division Multiplexing）を理解することは、その技術的および実用的な利点を正しく把握するうえで非常に重要です。CWDMは、ITU-T G.694.2規格に基づき、1270nm～1610nmの範囲で20nm間隔のグリッド（波長分離）として標準化されています。これにより、1対の光ファイバ上で最大18のCWDM波長を伝送することが可能です。各信号は異なる光の波長に割り当てられ、各波長は互いに影響を与えないため、信号が干渉することはありません。また、各チャネルは通常、データの速度や種類に依存せず透過的であるため、SAN、WAN、音声、ビデオなどのさまざまなサービスを、単一の光ファイバまたはファイバ対で同時に伝送することができます。

図1 : CWDMシステム

CWDMは、アクセスネットワークにおける容量拡張を低コストで実現できるソリューションです。既存のインフラを過度に増設することなく、増加するトラフィック需要に対応できます。例えば、一般的な8チャネルのCWDMシステムは、同じ光ファイバを使用し、同じ伝送速度で動作するSONET/SDHシステムと比較して、8倍の帯域幅を提供できます。そのため、既存の光ネットワークの容量を拡大したい通信事業者にとって、高速伝送対応の新しい機器に置き換えることなく、また新たな光ファイバを敷設することなく、最適な代替手段となります。

主要なCWDMネットワークコンポーネント - CWDM Mux Demux

Mux（マルチプレクサ）は、複数の波長チャネルを1本の光ファイバに統合する装置として広く知られており、Demux（デマルチプレクサ）はその逆に、受信側でそれぞれの波長に分離する役割を担います。Mux/Demuxのセットアップは、既存の光ファイバの端から端までの伝送容量を拡大するのに特に有効です。通常、Muxは中央局（センターオフィス）に設置され、Demuxはキャビネットやスプライスケースに配置され、そこからスター型トポロジーで各宛先へと光ファイバが延びていきます。CWDM光ファイバとCWDM Mux/Demuxを統合することで、帯域幅の要件を満たすためのコスト効率が高く、効果的なソリューションを実現できます。

図2 : CWDM Mux Demux

デュアルファイバCWDM Mux/Demux

デュアルファイバCWDM Mux/Demuxは、ネットワーク容量を拡張するために波長を多重化および逆多重化するパッシブデバイスで、デュアルファイバ上の双方向伝送用にペアで動作する必要があります。1270 nm―1610 nmの波長を使用して、18種類の信号を送受信するための最大18チャネルを可能にします。 光ファイバMuxポートに挿入されたCWDMトランシーバは、信号伝送を終了するために、Muxポートと同じ波長を持つ必要があります。

シングルファイバCWDM Mux/Demux

シングルファイバCWDM Mux/Demuxもペアで使用する必要があります。1つは、複数の信号を多重化し、それらを単一のファイバを介して一緒に送信し、ファイバの反対側の別の1つは、統合された信号を多重分離します。シングルファイバCWDM Mux/Demuxが同じファイバを介して統合された信号を送受信することを考慮すると、シングルファイバCWDM Mux/Demux上の同じポートのRXとTXの波長は異なるはずです。シングルファイバCWDM Mux/Demuxの動作原理は、デュアルファイバの場合よりも複雑です。

下記の図に示すように、左から右への送信では、1470 nm、1510 nm、1550 nm、および1590 nmを使用して信号を多重化し、単一ファイバで送信し、同じ4波長を使用して信号を多重分離します。反対の伝送は1490nm、1530nm、1570nmおよび1610nmの信号を同一ファイバ上に伝送します。トランシーバの波長は、CWDM Mux/Demux上のポートのTXと同じ波長を使用する必要があります。たとえば、シングルファイバCWDM Mux/DemuxのポートにTXが1470 nm、RXが1490 nmの場合、1470 nm CWDMトランシーバを挿入する必要があります。

図3 : デュアルファイバCWDM Mux Demux VS. シングルファイバCWDM Mux Demux

CWDM技術の応用

CWDMの技術的特性のために、CWDMは主に2つの広い分野、すなわちメトロネットワークとアクセスネットワークに適用されます。常に2つの機能があります。1つの機能は、各光チャネルを使用して個別の入力信号を個別のレートで搬送することです。もう1つは、CWDMを使用して高速信号をより経済的に伝送できる低速コンポーネント、たとえば10Gトランシーバなどに分解することです。

メトロポリタンエリアネットワーク（MAN）におけるCWDM

メトロポリタンエリアネットワーク（MAN）は、都市とその郊外をカバーするネットワークを指し、メトロポリタンエリア向けの統合された伝送プラットフォームを提供します。CWDMネットワークは、大規模なメトロエリアに波長サービスをプロビジョニングすることを可能にし、完全な論理メッシュ接続、波長再利用、および低エンドエンドのレイテンシの機能的および経済的利点を提供します。これらの機能は、メトロネットワークのオフィス間（CO-CO）およびFTTB（ビルへのファイバ）セグメントに適用されます。CWDMの低遅延の利点は、ESCONおよびFICON/ファイバチャネルベースのSANアプリケーションで特に魅力的です。CWDMの低スペース、電力、およびコストメリットにより、メトロ市場の外部プラント（OSP）またはリモートターミナル（RT）セグメントへの展開も可能になります。

図4 : メトロポリタンエリアネットワークにおけるCWDM

LANおよびSAN接続におけるCWDM

CWDMには、ポイントツーポイント、リング、メッシュなどの豊富なネットワークトポロジがあります。リングネットワークは自己回復保護機能を提供できます。復元のスタイルには、リンク切断保護とノード障害分離があります。CWDMリングとポイントツーポイントリンクは、地理的に分散したLAN（ローカルエリアネットワーク）とSAN（ストレージエリアネットワーク）を相互接続するのに適しています。企業は、複数のギガビットイーサネット、10ギガビットイーサネット、およびファイバチャネルリンクを1本の光ファイバでポイントツーポイントアプリケーションまたはリングアプリケーションに統合することにより、CWDMの恩恵を受けることができます。

10ギガビットイーサネットに内蔵されたCWDM

インプリメンテーションコストが低く、インストールと保守が比較的簡単で堅牢で、メトロ/アクセスシステムで広く使用されています。帯域幅が増加するにつれて、より高いデータレートの10ギガビットイーサネットが提唱されました。CWDMと統合されたイーサネットは、最良の実装方法の1つです。IEEE 802.3aeの10ギガビットイーサネット規格の1つに、4チャネルの1300nm CWDMソリューションがあります。ただし、CWDMが10チャネルの1 Gbpsに基づいている場合は、200 nmの波長スペクトルが使用されます。TDM（送信時分割多重）と比較して、10G CWDM技術は初期コストが高くなる可能性がありますが、TDMより優れたスケーラビリティと柔軟性を提供できます。

PON（パッシブ光ネットワーク）におけるCWDM

PONは、既存のファイバを使用するポイントツーマルチポイント光ネットワークです。ラストマイルに帯域幅を提供するのは経済的な方法です。 そのコスト削減は、コストの高いアクティブエレクトロニクスではなく、カプラとスプリッタの形でパッシブデバイスを使用することからもたらされます。PONはエンドポイントの数を拡張し、ファイバの容量を増やします。しかし、PONはサポートできる帯域幅の量に限りがあります。CWDMは複数の帯域幅をコスト効率良く組み合わせることができるため、それらを組み合わせると、追加のラムダはそれぞれ、セントラルオフィスからエンドユーザへの仮想ポイントツーポイント接続になります。元のPON配置の1人のエンドユーザが自らのファイバが必要な場所に成長する場合、PONファイバにCWDMを追加すると、そのユーザの仮想ファイバが作成されます。トラフィックが割り当てられたラムダに切り替えられると、PONから取得された帯域幅が他のエンドユーザに利用できるようになりました。したがって、アクセスシステムはファイバ効率を最大化することができます。

図5 : PONにおけるCWDM

CWDMとDWDMの違い

波長間隔

CWDMは、1270nmから1610nmのスペクトルグリッドにおいて、20nmのチャネル間隔で最大16波長を伝送することが可能です。一方、DWDMは、1525nm～1565nm（Cバンド）または1570nm～1610nm（Lバンド）の波長範囲で、0.8nm、0.4nm、または0.2nmのより狭い間隔で40、80、最大160の波長を伝送することができます。

図6 : CWDM波長グリッド

伝送距離

DWDM多重化システムは、波長を密接に配置することで、長距離伝送が可能になります。CWDMシステムと比べて、より多くのデータを長距離にわたって伝送でき、干渉も少なく抑えられます。一方、CWDMシステムは波長の増幅が行われないため、長距離伝送には適していません。通常、CWDMは最大100マイル（160km）までのデータ伝送が可能です。

変調レーザー

CWDMシステムは非冷却レーザーを使用するのに対し、DWDMシステムは冷却レーザーを採用しています。レーザー冷却とは、原子や分子の試料を複数のレーザー場と相互作用させることで、ほぼ絶対零度まで冷却する技術の総称です。冷却レーザーは温度調整機能を備えており、DWDMシステムの性能向上、安全性の強化、寿命の延長に貢献します。しかし、CWDMシステムで使用される電子調整式の非冷却レーザーに比べて、消費電力が大きくなるというデメリットもあります。

価格

DWDMのコストは、レーザーに関連するいくつかの重要な要因により、通常、CWDMの4 ～ 5倍高くなります。DWDMレーザーの製造波長許容誤差は±0.1nm程度ですが、CWDMレーザーの許容誤差は±2 ～ 3 nmと緩いため、ダイの歩留まりが低下し、コストが高くなります。さらに、DWDMレーザーは、CWDMレーザーの非冷却パッケージとは異なり、ペルチェクーラーとサーミスターを使用した温度安定化のための高価なパッケージが必要です。その結果、CWDMは多くのアクセスアプリケーションやエンタープライズアプリケーションにとってコスト効率の高いオプションとなり、最適化するパラメーターが少なくなり、ネットワーク設計、実装、操作が簡単になります。一方、DWDMシステムでは、チャネルごとの電力バランスの計算が複雑になり、チャネルの追加や削除、または光増幅器を使用したリング ネットワークでは計算が複雑になります。次の表は、CWDMとDWDMを比較したものです。

仕様/特徴	CWDM	DWDM
完全な形式	粗波長分割多重方式、光ファイバあたり8波長未満の有効波長を持つWDMシステム	高密度波長分割多重、光ファイバあたり8つ以上のアクティブ波長を持つWDMシステム
特性	波長による定義	周波数による定義
容量	より低い	より高い
コスト	低い	高い
距離	近距離通信	長距離通信
周波数	幅広い周波数を使用する	狭い範囲の周波数を使用する
波長間隔	もっと	同じ周波数範囲のCWDMと比較して、少ないため40以上のチャネルを詰め込むことができる
増幅	ここでは光信号は増幅されない	ここでは光信号増幅を使用することができる

結論

WDMは、貴重な光ファイバの使用を最小限に抑えながら、現在および将来のトラフィック需要に対応するためにネットワークをアップグレードしようとする通信事業者にとって魅力的なソリューションです。FSのCWDM Mux Demuxは、ネットワーク性能を最適化するための多用途でコスト効率の高い方法を提供します。最大18チャネルに対応し、シングルファイバおよびデュアルファイバの両構成をサポートしているため、スケーラブルなネットワークの拡張が可能です。この柔軟性により、CWDMデバイスは高需要なアクセスネットワークやメトロネットワーク環境に最適です。業界がコスト削減と容量拡大を進める中で、FSのMux Demux製品は、より高度で統合された回路ネットワークへの移行を支援するための適切なソリューションであり、通信事業者が増加するトラフィック需要を効率的に管理できるようにします。