5分でわかるイベントレポート！[数式を使わず解説]デジタルコヒーレント方式が長距離大容量通信に向いているワケ - 半導体事業

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基礎ネットワークモジュール Coherent

数式をできるだけ使わずに解説しました

近年の急激なネットワークトラフィック増加に伴い、光通信に「デジタルコヒーレント方式」を採用するケースが増えていますが、原理や従来方式であるNRZやPAM4との違いをしっかり理解して導入・運用されている方は少ないのではないでしょうか。

そんな思いから、本セミナーではJANOG54のBoFにて当社エンジニアが講演した内容を中心に、デジタルコヒーレントとはどのような技術なのか、なぜ長距離・大容量伝送に向いているのかを、数式をできるだけ使わずに分かりやすく解説しました。本記事では、その概要を資料を用いながらご紹介します。

簡単なご登録で当日の動画をご覧いただけますので、是非記事末尾までご確認ください。

当日のアジェンダ

時間

内容

2024/8/8(木)
13:00～14:00

・JANOG54＠奈良の振り返り

・デジタルコヒーレント方式が長距離大容量通信に向いているワケ

　・JANOG50＠函館での発表

　・電気側（ホスト）と光側（メディア）のデータレート

　・変調の方法（送信側）

　・検出の方法（受信側）

・FECはどこでかけるのか

・動画による100G DCOの動作デモ

まずは400G-ZR/ZR+の技術解説を理解

400G-ZR/ZR+が出始めたころ、函館で開催された「JANOG50」にて、どのように400G伝送を実現するか検証した内容を数社から共同で発表しました。当社からは、400G-ZR/ZR+の仕様やブロック図について技術解説をしました。今回のセミナーは、函館で発表した内容をより深く理解することを目標としました。

電気側と光側のデータレート

デジタルコヒーレントオプティクスの紹介の前に、400G-ZR/ZR+のブロック図を用いて電気信号のデータレートがなぜ400Gbpsの通信を使用しているのに425Gbpsに増えているのか、光信号のデータレートがなぜ478.75Gbpsに増えているのか、についてご説明しました。

変調の方法（送信側）

光信号にデジタルデータを乗せて送出する場合の変調方式で、一番基本的なものはNRZ（Non Return to Zero）といいデジタル信号をそのまま光の振幅にのせます。この方式は色々な製品で採用されています。また、より複雑なPAM4（Pulse Amplitude Modulation, 4-level）は、同じようにデジタル信号を光の振幅にのせますが、１つの信号レベルに対してビットが2つマッピングされるような形式になっています。そのため、同じ信号の繰り返し周期でも2倍のデータ容量を送ることができます。

400G-ZR/ZR+で使用される変調方式は、16QAM（16 Quadrature Amplitude Modulation）といい、デジタル信号を光の振幅だけでなく位相にものせています。ボーレートを低く保ちつつビットレートを早くできるため、たくさんのデータを送る大容量通信に向いている変調方式になります。

具体的にどうやって変調信号をつくっているのか、また、I信号やQ信号とは何か、について複数の図を用いながら解説しました。また、1度に2倍の容量で通信ができる仕組み「偏波多重技術」についても、解説しました。

変調の方法（受信側）

受信側の解説では、受信した光信号をどのように処理して電気信号に変換するか、また、ローカル光と干渉させること（コヒーレント検出）で受信感度を向上させる方法についても詳しく説明しました。

FECはどこでかけるのか？

400G以上の通信では、ホスト側でRS-FECを必ずかけるようになっています。そのためホスト側から光トランシーバーがもらう送信電気信号は、RS-FECがかかっています。ただし、400G-ZR/ZR+のようなデジタルコヒーレントオプティクスの場合は、ホストのRS-FECを一旦終端し、より強力なFECをかけるため別途光専用のFEC（400G ZRの場合はC-FEC、400G ZR+の場合はO-FEC）をかけます。このため、より長距離の伝送に寄与していると考えられます。