WDMシステム
WDMシステム（波長分割多重）は、単一の光ファイバに複数の波長（λ）を同時に載せて伝送容量を飛躍的に高める技術である。長距離バックボーン、メトロ、データセンター間（DCI）などで広く用いられ、波長は独立した論理チャネルとして扱われる。送受信の安定化には狭線幅レーザの温度制御、波長多重・分離にはAWGや薄膜フィルタが用いられ、監視には光スペクトラム解析やモノクロメーターが役立つ。光路や素子の設計には屈折率分散の理解が不可欠で、発振源の安定度はレーザ発振や共振器の特性に強く依存する。
原理と基本構成
光送信機は各チャネルごとに所定のλへ変調を施し、MUX（多重器）で合波してファイバへ投入する。受信側ではDEMUX（分波器）でλごとに分離し、各受信機で復調する。多重・分離にはAWG、インターリーバ、薄膜バンドパスフィルタが使われ、実装はラックマウントのトランスポンダ／ラインカードとして提供される。電気層ではOTNやEthernetが上位フレームを担い、光層は波長とパスを保証する。
CWDMとDWDM
WDMは大別してCWDMとDWDMがある。CWDMは20 nm間隔の粗間隔で1271–1611 nmに分布し、装置が簡素でコスト効率に優れるためメトロ系に適する。一方DWDMは100/50/25 GHz間隔などの狭間隔でC/Lバンドに高密度配置し、EDFAやRaman増幅と併用して長距離・大容量に対応する。チャネル数や拡張性、OSNR要求はDWDMの方が厳格である。
変調方式とコヒーレント受信
従来のIM-DDに加え、長距離や400G/800G級ではDP-QPSKや16QAMなどのコヒーレント変調が主流である。受信側はローカルレーザを用いて位相・偏波を復元し、DSPでCD/PMD補償やクロック回復、FEC処理を行う。コヒーレント化によりOSNR耐性とスペクトル効率が向上し、高密度DWDMでのスぺクトラム最適化がしやすくなる。
光増幅とリピータ設計
長距離区間ではEDFAが標準であり、利得平坦化（GAIN FLAT）やASE雑音低減がOSNR設計の要となる。分散や非線形（SPM/XPM/FWM）を考慮してスパン長・光出力・チャネル間隔を設定し、必要に応じて分布ラマン増幅を併用する。OEO中継は再定時・再整形に有効だが、レイテンシとコストが増すため近年は全光中継の比率が高い。
ROADMと光レイヤ制御
OADM/ROADMは任意波長の通過・分岐・追加を実現し、WSSを用いたCDC（Colorless/Directionless/Contentionless）構成により柔軟なメッシュ網を構築できる。SDN/NMSからの波長パス制御、障害時の自動リルート、容量拡張時のオンデマンドなλ追加が可能となる。監視はOCMやスペクトラム監視で行う。
設計指針（損失・分散・非線形）
リンク設計はスパン損失、コネクタ・スプライス損、MUX/DEMUX挿入損、増幅器NFを積み上げOSNR余裕度を確保する。CDはG.652D/655などファイバ種類で異なり、DCFやDSPで補償する。高出力化はFWM等の非線形を誘発するため、チャネル間隔や発信光パワーの計画が重要である。必要に応じてガードバンドを設ける。
利点と課題
- 利点：既設ファイバの増設不要で容量拡大、λ単位のトラフィック工学、障害局所化が容易。
- 課題：温度ドリフトやλ安定化、OSNR確保、非線形抑制、ネットワーク全体の光層最適化など設計自由度が高い分、検討項目が多い。
測定・保守
導入・運用ではOTDRによる区間損失・イベント検知、光スペクトラムアナライザでのチャネル電力・OSNR測定、トランスポンダ側のPRBS/BERT試験が基本である。周波数グリッドの確認や波長精度の校正にモノクロメーターを活用し、NMSはソフトウェア連携でアラーム収集や可視化を行う。
適用分野と装置インタフェース
DCIではZR/ZR+の相互接続が普及し、フロントホール/バックホールではeCPRIやOTNフレーミングが用いられる。トランシーバはQSFP-DD/CFP2等を採用し、ライン側はコヒーレント、クライアント側はEthernetが一般的である。電源設計では装置全体の効率や力率改善が求められる。
波長計画と保護設計
運用波長の割当てはL0/L1/L2の経路衝突回避、保護切替のパス独立性、メンテナンス時のλ退避を考慮する。保護は1+1、1:1、共有メッシュなどを使い分け、制御面での収束時間と光層での瞬断時間を整合させる。DWDMでは周波数グリッド（例えば100 GHz）準拠の割当てが基本となる。
材料・デバイスの視点
AWGやWSSは導波路・回折光学の設計が鍵で、温度係数や製造ばらつきがチャネル特性に影響する。レーザは狭線幅・低RIN・高直線性が求められ、温調と組合せてλドリフトを抑制する。これらの要素は屈折率分散や共鳴条件（共振器）の制御に直結する。
実務上の注意点
- 清掃・接続：フェルール端面の汚れは反射・挿入損増大の主因であり、清浄保持と検査を徹底する。
- 電力配分：各λの光パワー均一化（パワーイコライゼーション）と増幅器の利得平坦化を併用する。
- 障害対応：スペクトラム変動やλ消失は即座にOCMで把握し、ROADMの切替で迂回する。
補足：標準化・安全・関連規格
周波数グリッドはITU-T G.694.1（DWDM）/G.694.2（CWDM）に規定され、ファイバはG.652/G.654/G.655/G.657が広く用いられる。装置はレーザ安全に配慮し、IEC準拠のクラス分類を満たす。発振源や共振構造の理解にはレーザ発振の基礎が有用である。
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