5G ネットワークの急速な発展に伴い、ネットワーク データ伝送の需要が飛躍的に増加しています。基盤となるキャリアネットワークとして、光ネットワークの伝送容量は5Gネットワークの開発にとって極めて重要です。
光ネットワークの伝送容量を拡大するための主要な魔法の武器は、光ファイバーの利用可能な帯域リソースを継続的に探索することであり、これは光ネットワークの伝送経路幅を継続的に拡大することを意味します。伝送路が広ければ当然、光ネットワークの伝送容量も向上します。
最近、CE、Cpp、および C+L 帯域の光ネットワークが登場し、光ネットワークの伝送容量を拡張するためにブリックとタイルが追加されています。
伝統的なバンド
光ファイバー通信は、その名前が示すように、光が情報媒体として機能し、光ファイバーが伝送媒体として機能する通信を指します。ただし、すべての光が光ファイバー通信に適しているわけではありません。光の波長が異なると（単純に色の光として理解できます）、光ファイバー内での伝送損失が異なります。伝送損失が大きい光は、光ファイバーを通じて情報を運ぶことができません。
科学者による長期の研究の結果、850nmの波長の光が光通信用の光として使用できることが初めて発見され、これは直接850nm帯とも呼ばれます。しかし、850nmの波長域では伝送損失が比較的大きく、適切なファイバアンプがありません。したがって、850nm 帯域は短距離伝送にのみ適しています。
その後、科学者たちは、光ファイバーでの伝送に最適な「低損失波長領域」の光帯域、つまり 1260nm から 1625nm の間の領域を調査しました。伝送損失と光帯域の関係を下図に示します。
1260nm～1625nmの領域はさらにOバンド、Eバンド、Sバンド、Cバンド、Lバンドの5つのバンドに分かれています。
Oバンド
Oバンドの波長範囲は1260nm～1360nmです。この帯域は光の分散による信号の歪みが最も小さく、損失も最も少ないため、初期の光通信帯域です。したがって、O は「オリジナル」を意味し、O バンドと名付けられました。
Eバンド
E バンドの波長範囲は 1360nm ～ 1460nm で、5 つのバンドの中で最も一般的ではありません。E は「拡張」を意味します。上記の伝送損失と光帯域の関係のグラフから、E バンドには明らかに不規則な伝送損失の隆起があることがわかります。この伝送損失の隆起は、水酸化物イオン（OH - ）による波長1370nm～1410nmの光の吸収によって引き起こされ、伝送損失が急激に増加します。この隆起はウォーターピークとも呼ばれます。
光ファイバー技術の初期の限界により、水 (OH ベース) 不純物が光ファイバーのガラスファイバー内に残ることが多く、その結果、ファイバー内での E バンド光伝送の減衰が最も大きくなり、通常の伝送や通信の目的に使用できなくなります。
ファイバー処理技術の向上により、ITU-T G.652.Dファイバの登場により、Eバンド光の伝送減衰がOバンド光よりも低くなり、Eバンド光のウォーターピーク問題が解決されました。
Sバンド
Sバンドの波長範囲は1460nm～1530nmです。Sは「短波長」を指します。Sバンド光はOバンド光に比べて伝送損失が小さく、PON（Passive Optical Network）システムの下り波長としてよく使用されます。
Cバンド
Cバンドの波長範囲は1530nm～1565nmです。Cは「従来型」を指します。Cバンド光は伝送損失が最も低く、首都圏ネットワーク、長距離、超長距離、海底光ケーブルシステムなどで広く使用されています。C バンドは波長分割ネットワークでもよく使用されます。
Lバンド
Lバンドの波長範囲は1565nm～1625nmです。Lは「長波長」を指します。Lバンド光の伝送損失は2番目に小さいです。C バンド光が帯域幅要件を満たすのに不十分な場合、L バンド光は光ネットワークの補助として使用されます。
Uバンド
上記の 5 つのバンドに加えて、実際にはもう 1 つのバンドが使用されます。それが U バンドです。Uバンドの波長範囲は1625nm～1675nmです。Uは「超長波長」を指します。U バンドは主にネットワーク監視に使用されます。
これらの伝統的なバンドを以下にまとめてみましょう。
CE/Cpp/C+Lバンド
光通信に一般的に使用される波長範囲は、従来の C バンドの 1529.16nm ～ 1560.61nm です。ここで言う新興バンド CE/Cpp/C+L とは、従来の C バンド伝送リソースを拡張するために現在の光通信によって導入された新しいバンド リソースを指します。
これまでの従来のバンド分析から、光通信で使用される C バンドを拡張するには、近くの短波長バンド (S バンド) と長波長バンド (L バンド) からのサポートを求めることができることがわかります。これは、既存の道路を拡張したい場合、道路の両側の荒れ地が利用できるかどうかを確認するだけでよく、荒れ地があれば道路を拡張できるようなものです。
次に、新興バンド CE/Cpp/C+L を見てみましょう。S バンドと L バンドからどのようなリソースが借用されているのでしょうか?
CEバンド
CE (C Extended) 帯域は、C+ 帯域とも呼ばれます。CE バンドは C バンドと比較してどのような波長範囲を持っていますか?C バンド リソースを 80 のチャネルに分割して情報を送信できます。各チャネルは 0.4 nm の帯域範囲を占有します。したがって、C バンドは C80 バンドとも呼ばれます。CE バンドは L バンド (つまり長波長帯) から一部の波長リソースを借用し、波長範囲は 1529.16nm ～ 1567.14nm まで拡張されます。CE 帯域リソースは、情報を送信するために 96 チャネル、つまり C96 帯域に分割できます。CEバンドの伝送容量はCバンドに比べて20％増加しました。
CPPバンド
Cpp (C プラス プラス) バンドは、C++ バンドとしても知られています。Cpp バンドは、CE バンドと同様に L バンドから波長リソースを借用するだけでなく、S バンドからも波長リソースを借用し、波長範囲を 1524.30nm ～ 1572.27nm まで拡張します。0.4nmの帯域範囲を占める各チャネルのリソース割り当てに従って、帯域リソースは情報を送信するために120のチャネルに分割できます。したがって、Cpp バンドは C120 バンドとも呼ばれます。Cppバンドの伝送容量はCバンドに比べて50％増加しました。
C+Lバンド
C+L バンドとは文字通り、C バンドと L バンドの両方のリソースが光通信に使用されることを示します。同様に、0.4 nm 帯域範囲を占める各チャネルのリソース割り当てに従って、C+L 帯域には 3 つの一般的な送信方式があります。
C120+L80：Cppバンド（120チャンネル）+Lバンド（80チャンネル）の200波システムを実現。L バンドは実際には L+ バンドであり、波長範囲は 1575.16nm ～ 1617.66nm です。C120+L80伝送方式は、Cバンドに比べて伝送容量が1.5倍に増加しました。
C96+L96：CEバンド（96チャンネル）+Lバンド（96チャンネル）の192波システムを実現。L バンドは実際には L++ バンドであり、波長範囲は 1575.16nm ～ 1626.43nm です。C96+L96伝送方式は、Cバンドに比べて伝送容量が2倍以上増加しました。
C120+L96：Cppバンド（120チャンネル）+Lバンド（96チャンネル）の216波システムを実現。L バンドは実際には L++ バンドであり、波長範囲は 1575.16nm ～ 1626.43nm です。C120+L96伝送方式は、Cバンドに比べて伝送容量が約2倍に増加しました。
最後に、写真はこれら 3 つの新興バンドを示しています。
まとめ
つまり、科学者は光ファイバーの利用可能な波長リソースを非常に広い範囲に拡大しました。ただし、これらの帯域リソースは 5G などの通信システムに実際に適用でき、次の要因にも影響されます。
光デバイスの制限により、たとえば、次の光デバイスは新しく拡張された帯域範囲を直接サポートできないため、アップグレードする必要があります。
- エルビウム添加ファイバー増幅器 (EDFA)
- 変調器などのアクティブデバイス
- 波長選択スイッチ (WSS) 受動デバイス
Lバンドの場合、伝送性能の低下により運用や保守の複雑さが増し、コスト投資が増加します。
通信事業者が既存の光ファイバーリソースを最大限に活用し、利用可能な光ファイバー帯域リソースを拡大し、伝送容量を向上させたことは喜ばしいことです。将来の光通信ネットワークの発展の目標として、一部の通信事業者は Cpp 帯域光ネットワークの展開も開始しています。
技術の急速な発展に伴い、将来的には C+L 帯域ソリューションを使用した光通信ネットワークが確実に登場するでしょう。
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