DWDM の出現は、光ファイバー伝送技術の開発における最新かつ重要な現象の 1 つです。このチュートリアルでは、コンポーネント、DWDM システムで使用される光増幅器など、DWDM テクノロジの基礎を紹介します。

コンポーネントと操作

DWDM は、光伝送ネットワークのコア技術です。 DWDM の必須コンポーネントは、システム内の位置によって分類できます。送信側には、正確で安定した波長を持つレーザーがあります。リンク上には、関連する波長スペクトルで低損失および伝送性能を示す光ファイバと、より長いスパンで信号をブーストするためのフラットゲイン光増幅器があります。受信側には、薄膜フィルタまたは回折素子を使用した光検出器とデマルチプレクサがあります。これらのコンポーネントに加えて、光アド/ドロップ マルチプレクサおよび光クロスコネクト コンポーネントを使用することができます。

光ファイバーの主な役割は、最小限の減衰 (信号の損失) で光波を導くことです。マルチモード ファイバとシングルモード ファイバは、現在使用されている光ファイバの一般的な 2 つのカテゴリです。シングルモード ファイバのコアは非常に小さく、一度に 1 つのモードの光だけがコアを通過します。その結果、信号の忠実度が長距離にわたって維持され、モード分散が大幅に減少します。これらの要因は、マルチモード ファイバーよりも高い帯域幅容量に起因します。情報伝送容量が大きく、本質的な損失が少ないため、シングルモード ファイバーは、DWDM などの長距離および高帯域幅のアプリケーションに適しています。

エルビウム添加ファイバー増幅器 (EDFA)

DWDM が長距離伝送できる大きな負荷を運ぶことを可能にすることで、EDFA は重要な実現技術でした。エルビウムは希土類元素で、励起されると約 1.54 マイクロメートルの光を放出します。これは、DWDM で使用される光ファイバーの低損失波長です。下の図は、EDFA の簡略図を示しています。弱い信号がエルビウム ドープ ファイバーに入り、そこにポンプ レーザーを使用して 980 nm または 1480 nm の光が注入されます。この注入された光は、エルビウム原子を刺激して、蓄積されたエネルギーを追加の 1550 nm 光として放出します。このプロセスがファイバーを進むにつれて、信号が強くなります。

マルチプレクサとデマルチプレクサ

DWDM システムは複数のソースから信号を 1 本のファイバーで送信するため、着信信号を結合する何らかの手段を備えている必要があります。これは、複数のファイバーから光波長を取得し、それらを 1 つのビームに収束するマルチプレクサーで行われます。受信側では、システムは光の成分を分離して、それらを目立たないように検出できる必要があります。デマルチプレクサは、受信したビームを波長成分に分離し、それらを個々のファイバーに結合することによって、この機能を実行します。光検出器は本質的に広帯域デバイスであり、単一の波長を選択的に検出できないため、光を検出する前に逆多重化を行う必要があります。

単方向システムでは、次の図に示すように、送信側にマルチプレクサがあり、受信側にデマルチプレクサがあります。双方向通信には両端に 2 つのシステムが必要であり、2 つの別個のファイバーが必要になります。

双方向システムでは、各端にマルチプレクサ/デマルチプレクサがあり、通信は 1 対のファイバーで行われます。

マルチプレクサとデマルチプレクサは、設計上パッシブまたはアクティブにすることができます。パッシブ設計はプリズム、回折格子、またはフィルターに基づいていますが、アクティブ設計はパッシブ デバイスと調整可能なフィルターを組み合わせています。

光アド/ドロップ マルチプレクサ (OADM)

DWDMシステムの合波点と分波点の間には、複数の波長が存在する領域があります。多くの場合、このスパンに沿ったあるポイントで 1 つまたは複数の波長を削除または挿入できることが望ましいです。光アド/ドロップ マルチプレクサがこの機能を実行します。 OADM は、すべての波長を結合または分離するのではなく、一部を除去し、他の波長を通過させることができます。 OADM は、オールオプティカル ネットワークの目標に向かって前進するための重要な部分です。

OADM には 2 つの一般的なタイプがあります。第 1 世代は、特定の所定の波長をドロップし、他の波長を追加するように物理的に構成された固定デバイスです。第 2 世代は再構成可能で、どの波長を追加および削除するかを動的に選択できます。

トランスポンダベースの DWDM システムの操作

DWDM システム内では、トランスポンダがクライアントの光信号を変換します。次の図は、単方向 DWDM システムのエンドツーエンドの動作を示しています。

次の手順では、上の図に示されているシステムについて説明します。

1. トランスポンダは、標準のシングルモードまたはマルチモード レーザーの形式で入力を受け入れます。入力は、さまざまな物理メディア、さまざまなプロトコル、およびトラフィック タイプから取得できます。

2. 各入力信号の波長は、DWDM 波長にマッピングされます。

3. トランスポンダからの DWDM 波長は、単一の光信号に多重化され、ファイバに送り出されます。システムには、マルチプレクサへの直接光信号を受け入れる機能も含まれる場合があります。このような信号は、たとえば衛星ノードから来る可能性があります。

4. ポストアンプは、システムから出る光信号の強度を高めます (オプション)。

5. 光増幅器は、必要に応じてファイバ スパンに沿って使用されます (オプション)。

6. プリアンプは、エンド システムに入る前に信号をブーストします (オプション)。

7. 着信信号は、個々の DWDM ラムダ (または波長) に逆多重化されます。

8. 個々の DWDM ラムダは、必要な出力タイプ (OC-48 シングルモード ファイバーなど) にマッピングされ、トランスポンダーを介して送信されます。