光モジュールのアプリケーションシナリオ-インターネットデータセンター、メトロポリタンエリアネットワーク光伝送ネットワーク、5Gベアラーネットワーク通信ネットワーク
テクノロジーの急速な発展により、人々の生活は日々変化しています。5G、ビッグデータ、ブロックチェーン、クラウドコンピューティング、モノのインターネット、人工知能などのアプリケーション市場の急速な発展により、データトラフィックは爆発的に増加しています。データセンターと相互接続は、光通信の研究ホットスポットへと徐々に発展しています。現在の高速光モジュールアプリケーションシナリオは、主に5Gベアラーネットワークに代表されるインターネットデータセンターネットワークとメトロポリタンエリアネットワークの光伝送ネットワークと通信ネットワークに分けられます。
データセンターへの光モジュールの応用
今日のデータセンターは、1つまたは複数のコンピュータールームではなく、データセンタークラスターのグループになっています。さまざまなインターネットサービスおよびアプリケーション市場の正常な動作を実現するために、データセンターは連携して動作する必要があります。データセンター間でのリアルタイムの大量情報交換により、データセンター相互接続ネットワークの需要が生まれ、光ファイバー通信は相互接続の必要な手段になりました。
従来のテレコミュニケーションアクセスネットワーク伝送装置とは異なり、データセンターの相互接続には、より大規模で高密度の情報伝送が必要です。そのため、スイッチング装置には高速、低消費電力、小型化が必要です。これらのパフォーマンスを達成できるかどうかを決定する中心的な要素は、光モジュールです。情報ネットワークは、主に光ファイバを伝送媒体として使用しますが、現在の計算や解析も電気信号に基づく必要があり、光モジュールは光電変換を実現するコアデバイスです。
データセンター通信光モジュールは、接続タイプに応じて3つのカテゴリに分類できます。
（1）データセンターからユーザーまで、Webの閲覧、電子メールの送受信、クラウドを介したビデオストリーミングなどのエンドユーザーの行動によって生成されます。
（2）データセンターの相互接続。主にデータ複製、ソフトウェア、システムのアップグレードに使用されます。
（3）データセンター内では、主に情報の保存、生成、マイニングに使用されます。予測によると、データセンターの内部通信はデータセンター通信の70％以上を占めており、データセンター構造の大幅な発展により、高速光モジュールの開発も生まれました。
データトラフィックは増加を続けており、データセンターの大型化とフラット化の傾向により、次の2つの方法で光モジュールの開発が推進されています。
•増加する伝送速度要件
•数量の需要の増加
データセンターの大規模化に伴い、伝送距離の要件が高まり、マルチモードファイバの伝送距離は、信号レートの増加により制限され、シングルモードファイバへの代替が期待されています。光ファイバーリンクのコストは、光モジュールと光ファイバーの2つの部分で構成され、距離に応じて異なるソリューションが提供されます。データセンターの通信に必要な中距離および長距離の相互接続に関して、MSAから生まれた2つの革新的なソリューションがあります。
•PSM4（パラレルシングルモード4レーン）
•CWDM4（Coarse Wavelength Division Multiplexer 4レーン）
その中でも、PSM4ファイバーの使用はCWDM4の4倍であり、リンクの距離が長い場合、CWDM4ソリューションのコストは比較的低くなります。
光モジュールのアプリケーションには、国内と海外のデータセンターでの違いがあります。
米国のデータセンターでは、内部スイッチの相互接続はシングルモードの光ファイバーで占められています。100G時代では、CWDM4 / PSM4光モジュールが広く使用されています。400G時代では、DR4が主流であり、サーバーとスイッチの相互接続はほとんどケーブルDACを使用しています。時間の経過とモジュール速度の向上に伴い、米国のデータセンターの内部相互接続方式におけるマルチモードファイバーと直接接続ケーブルDACの比率は、ますます低くなります。
中国のデータセンター内のスイッチの相互接続はマルチモードファイバーによって支配されており、シングルモードファイバーの割合は徐々に増加しています。現在、中国では400Gの需要はほとんどなく、100G時代にはSR4 / CWDM4モジュールが使用されており、サーバーとスイッチ間の相互接続のほとんどはアクティブ光ケーブルAOCを使用しています。
光ファイバー伝送ネットワークのリーダー：CWDM光モジュール
CWDM光モジュールは、CWDMテクノロジーを使用します。これは、外部波長分割マルチプレクサーを介して異なる波長の光信号を結合し、単一のファイバーを介して送信できるため、ファイバーリソースを節約できます。同時に、受信機は、複雑な光信号を分解するために波分波器を使用する必要があります。
CWDM光モジュールは通常、CWDMシステムで使用されます。CWDMシステムは、DWDM光モジュールよりもコストが低く、広く使用されています。CWDMシステムでは、CWDM光モジュールがスイッチに挿入され、CWDM光モジュールがCWDMデマルチプレクサまたはジャンパー付きOADM光アド/ドロップマルチプレクサに接続されて機能します。
CWDM光モジュールはCWDMシステムで大きな役割を果たし、光ファイバー伝送ネットワークの問題を解決しました。CWDM光モジュールには、次の8つの利点があります。
1.データの「透過的」送信。
2.超大容量、光ファイバーの巨大な帯域幅リソースを最大限に活用します。
3.光ファイバーリソースを大幅に節約し、建設コストを削減します。
4.高いネットワークの柔軟性、経済性、信頼性。
5.全光ネットワークを交換して、電気のない長距離リレー伝送を実現できます。
6.機器のサイズを縮小し、機器室のスペースを節約する簡素化されたレーザーモジュール。
7.光学層の回復は、ビジネスや速度に依存せず、データを効果的に保護できます。
8.半導体冷蔵庫や温度制御機能が不要なため、消費電力を大幅に削減でき、DWDMの12.5％にすぎません。
5Gベアラー光モジュールのアプリケーションシナリオ
5G時代が到来し、光通信の分野に無限のビジネスチャンスがもたらされ、5G基地局ベースの光モジュールは、過去2年間で研究のホットスポットになりました。5Gベアラネットワークは、一般に、メトロアクセスレイヤー、メトロコンバージェンスレイヤー、メトロコアレイヤー/州内幹線に分割され、5Gサービスのフロントホールおよびミッドバックホール機能を実現します。これらの中で、機器の各レイヤーは主に相互接続用の光モジュールに依存しています。
5Gフロントホールネットワークの条件下では、25Gb / s（eCPRI / CPRI）レートモジュールは主にSFP28に基づいています。デュアルファイバー双方向、シングルファイバー双方向、25G WDM（調整可能な波長調整可能を含む）モジュールおよびその他のソリューションは、ファイバーの使用量を削減し、建設コストを大幅に削減できます。
Transitは既存の成熟した25G光デバイスを使用し、PAM4テクノロジーを使用して光デバイスの帯域幅を2倍にすることができます。10kmおよび40kmの伝送距離はアプリケーションシナリオの90％以上をカバーし、80kmを超える伝送距離はコヒーレントテクノロジーを使用します。
5G光モジュールの一般的なアプリケーションシナリオと要件分析を表1に示します。
5Gフロントホールの一般的なアプリケーションシナリオを図2に示します。これには、直接ファイバー接続、パッシブWDM、アクティブWDM /光伝送ネットワーク（OTN）/スライスパケットネットワーク（SPN）が含まれます。光ファイバー直接接続のシナリオでは、一般に25Gb /秒のグレーライトモジュールを使用します。これは、主に300mと10kmの2つの伝送距離を含む、2種類のデュアルファイバー双方向およびシングルファイバー双方向をサポートします。パッシブWDMシナリオには、主にポイントツーポイントパッシブWDMやWDM-PONなどが含まれ、ペアまたは1つの光ファイバーを使用して複数のAAUからDUへの接続を実現します。通常、10 Gb / sまたは25 Gb / sのカラー光モジュールが必要です。アクティブなWDM / OTNシーンの場合、一般に、AAU / DUからWDM / OTN / SPN機器まで、およびWDM / OTN / SPN機器間にN×10/25/50の10 Gb /秒または25 Gb /秒の短距離グレーライトモジュールが必要です。 / 100Gb / s等速度デュアルファイバー双方向またはシングルファイバー双方向カラーライトモジュール。
図2 | 5Gフロントホールの一般的なアプリケーションシナリオ
5Gフロントホールアプリケーションシナリオでの光モジュールの一般的な要件は次のとおりです。
（1）工業用グレードの温度範囲と高信頼性要件を満たす：AAU全屋外アプリケーション環境を考慮すると、前面の光学モジュールは、工業用グレードの温度範囲-40°C〜+ 85°Cと防塵要件を満たす必要があります。
（2）低コスト：5G光モジュールの総需要は4Gを超えると予想され、特に数千万の注文があるフロントホール光モジュールでは、低コストが光モジュールの業界の主要な需要の1つです。5Gバックホールは、メトロアクセスレイヤー、コンバージェンスレイヤー、コアレイヤーをカバーします。必要な光モジュールは、既存の伝送ネットワークやデータセンターで使用されているものと大差ありません。アクセスレイヤーは主に25Gb /秒、50Gb /を使用しますs、100Gb / sなどのグレーまたはカラーライトモジュールの場合、100Gb / s、200Gb / s、400Gb / sおよびその他のレートのDWDMカラーライトモジュールがコンバージェンスレイヤー以上で使用されます。
5Gベアラ光モジュール開発状況
現在、国内外の標準化団体であるITU（ITU-T）、電気電子学会（IEEE）、光インターコネクションフォーラム（OIF）、4WDMなどのマルチソース協定（MSA）、中国通信規格協会（CCSA）などが実施しています5Gベアラ関連の光モジュールの仕様が策定されており、関連するモジュールのタイプとインターフェイス特性は異なり、さまざまです。フロントホール光モジュールは、主に25Gb / sと100Gb / sの2つの主要な速度タイプを含み、数百メートルから20kmの典型的な伝送距離をサポートします。具体的な技術的ステータスを表2に示します。
5Gバックホール光モジュールには、主に25Gb / s、50Gb / s、100Gb / s、200Gb / s、400Gb / sなどのレートが含まれています。通常の伝送距離は数キロから数百キロです。CPRI、eCPRI、イーサネットをサポートしています、OTN、その他のインターフェイスプロトコル、NRZ、PAM4、DMT、その他の変調フォーマット、特定の技術ステータスを表3に示します。
光デバイスチップテクノロジー、規格、およびアプリケーション要件の発展に伴い、光モジュールのタイプは将来増加する可能性があります。製品タイプと仕様が多すぎると、光モジュール産業市場全体が細分化され、産業チェーンの上流と下流でのR＆D、製造、運用、保守などの多くのリンクにおけるリソースの浪費につながります。
