コヒーレント光通信と長距離伝送設計

10G でおよそ 80 km を超えると — そして 100G 以上の波長ではすべて — DWDM リンクはもはやパワーバジェットだけの問題ではなくなります。分散、ノイズの蓄積、変調方式が支配的になり、それらに対処する技術がコヒーレント伝送であり、現在ではプラガブルモジュールとして利用できます。

直接検波とコヒーレントの比較

長距離リンクの2つの限界

1. 波長分散。 信号内の異なる波長はわずかに異なる速度で伝わり、パルスをにじませます。G.652 の C バンドでは ~17 ps/nm/km。直接検波の 10G は 80–100 km 付近で限界に達します。DCM はこれを延伸し、コヒーレントはこの限界そのものを取り除きます。
2. OSNR。 EDFA はどれもノイズを加えます。受信器における光信号対雑音比は、フォーマットの要求値を上回る必要があります（目安：10G OOK ~20 dB、100G QPSK ~13–15 dB、400G 16-QAM ~24 dB、いずれも 0.1 nm あたり）。高次の変調ほど多くのビットを運べますが、より多くの OSNR を必要とします — そのため 400ZR は ~120 km までしか届かない一方、同じ設備上の 100G QPSK ははるかに遠くまで届きます。

コヒーレントプラガブル

• 400ZR（OIF）— QSFP-DD/OSFP 上の 400G 16-QAM。増幅されたポイントツーポイント DCI 用に設計され、~120 km まで、75/100 GHz グリッド。
• ZR+／OpenZR+— より強力な FEC と追加のモード（100G/200G/300G/400G、QPSK から 16-QAM まで）を備えた同種のモジュールで、数百 km のメトロ／リージョナル伝送に対応します。
• C バンド全体で波長可変であり、CMIS（周波数、出力パワー、変調／アプリケーションの選択）を通じて管理されます。

これらのモジュールは 15–20 W を消費し、ルーター内で最も発熱する光学部品です — ホストの熱設計が重要になります（CMIS の問題を参照）。

スパンの設計

1. 合分波器、コネクター、光ファイバーを含むスパンごとの損失バジェット（CWDM と同じ計算に EDFA の利得を加えたもの）。
2. ~80–120 km ごとの増幅器の配置。チャネルあたりの送出パワーを非線形限界内（通常 −3…+3 dBm/ch）に収めます。
3. 選択した変調方式に対するエンドツーエンドのOSNR バジェット。経年劣化分のマージンを加えます。
4. 分散 — 10G 直接検波には DCM が必要、コヒーレントには不要です。
5. ITU グリッド上のチャネルプラン。OSC 用のガードチャネルを含みます。

CodingBox では

コヒーレントおよび 10G DWDM のプラガブルは、他のモジュールと同様に読み取れます。識別情報、波長／チャネル、DDM、そして波長可変モジュールについてはチャネル設定そのものです。CodingBox は波長可変 SFP+/QSFP モジュールでチャネルを設定し、CMIS で管理されるコヒーレントモジュールの状態とアプリケーションを読み取ることで、線路システムに組み込む前のベンチでの状態を確認できます。

仕様としての 400ZR、OpenZR+、OpenROADM — 適用範囲、策定団体、コードについては、他のインターフェース MSA と併せて光インターフェース MSAを参照してください。

スパン設計の背景にある OSNR の計算、増幅器の種類、非線形限界については増幅と OSNRを、プラガブルを取り巻くネットワーク — ROADM、OTN、オープン線路システムについてはDWDM ネットワーク設計を参照してください。

コヒーレント光を通す前に光ファイバーを測定する方法 — CD、PMD、スペクトル減衰、ORL、遅延、光ファイバー種別の識別、サービスごとの限界については光ファイバー特性評価を参照してください。