BiDiトランシーバーの究極ガイド

ペースの速い現代ネットワークの世界において、光トランシーバーはデータセンター、5G、企業ネットワークにおけるデータ伝送において重要な役割を担っており、そのコンパクトな設計と高いデータ伝送速度により、不可欠なコンポーネントとなっています。シームレスな接続性を追求する中で、BiDi（双方向）光モジュールは、光通信における光ファイバ資源の節約という利点を提供します。この記事では、BiDi光モジュールの仕組み、動作原理、最適なパフォーマンスを達成するために光ファイバの選択が果たす重要な役割について詳しく解説します。

BiDiトランシーバーとは?

BiDiトランシーバーは、1本の光ファイバで双方向の光ファイバ通信を実現し、信頼性の高い高性能ネットワーキングの代名詞となっています。BiDi光モジュールの役割を理解するには、合理化された接続性を促進するその重要性を認識する必要があります。データの送受信に別々のファイバを使用する従来の光モジュールとは異なり、BiDiモジュールは1本のファイバで双方向のデータ転送を実現するため、スペース利用を最適化し、ネットワーク効率向上の道を開きます。

BiDiトランシーバーの動作原理

光ファイバ選択の重要性を掘り下げる前に、BiDi SFP+がどのように動作するかを理解することが不可欠です。従来の光モジュールは、データの送受信に別々のファイバを使用していました。これに対し、BiDi SFP+はペアで使用する必要があり、両方の機能に1本のファイバを利用することが可能となっています。この双方向伝送は、波長分割多重（WDM）を使用することで実現され、アップストリームデータとダウンストリームデータに異なる波長が割り当てられます。その結果、利用可能なファイバリソースをより効率的に利用でき、ネットワーク容量が増大します。

例えば、A地点からB地点に向けて1310nmのTXをシングルファイバで送信するBiDiトランシーバーを設置したとします。B地点には、1310nmでRXを受信し、同じファイバ上で1550nmでA地点に送信するトランシーバーがあり、A地点ではRXの周波数は1550nmになります。また、BiDiトランシーバーはペアで配備されるべきで、それぞれが反対の波長で送信することを意味します。

BiDiトランシーバーの種類

BiDiトランシーバーは、いくつかの異なるレート、到達距離、波長で利用可能です。詳細の説明は以下の様にあります。

1G BiDiトランシーバー

1G BiDi SFPトランシーバーは、今日のネットワークで最も一般的に使用されている種類の1つです。これらは1G展開用に設計されています。伝送距離が40km以内の場合、BiDi SFP光モジュールの波長スキームは1310nm/1550nmと1310nm/1490nmです。伝送距離が40kmを超える場合、BiDi SFP光モジュールの波長スキームは1550nm/1490nmとなります。

10G BiDiトランシーバー

1G BiDi SFPトランシーバーと同様に、10G BiDi SFPトランシーバーも現在のネットワーキングで最も一般的に使用されている種類に属します。10G展開用に設計され、1550/1490nmのトランスミッターと1490/1550nmのレシーバーによる双方向10Gシリアル光通信に利用され、最大80kmの距離を実現します。BiDiのバリエーションは、10G用のXFPフォームファクターでも利用可能です。

25G BiDiトランシーバー

25G BiDiトランシーバーは、シングルモードファイバ（SMF）上で最大40kmの25GBase-BXスループットを提供し、LCシンプレクスコネクタ経由で1310nm-TX/1270nm-RXの波長を使用します。この双方向ユニットは、波長を補完する別のトランシーバーまたはネットワークアプライアンスと組み合わせて使用する必要があります。25Gイーサネット、テレコム、データセンターに25GBASEイーサネット接続オプションを提供します。

40G BiDiトランシーバー

40G QSFP+ BiDiモジュールの一般的な使用波長は850nmで、マルチモード光ファイバシステムでの安定した伝送を保証します。さらに、OM3パッチケーブルを使用すれば伝送距離は300mに達し、OM4パッチケーブルを使用すれば伝送距離は400mに伸びます。また、OM5パッチケーブルを使用することで、伝送距離は最大500mとなります。

100G BiDiトランシーバー

100G BiDi トランシーバーはイーサネットやデータセンターに最適です。LCデュプレックスコネクタインターフェースを備え、OM3パッチケーブルを使用した場合の伝送距離は75m、OM4パッチケーブルを使用した場合の伝送距離は100m、OM5パッチケーブルを使用した場合の伝送距離は最大150mとなります。

400G BiDiトランシーバー

400G BiDiモジュールに関しては、4本のファイバペア（4+4ファイバMPOのような一般的に設置されるインフラと一致）を利用する100G BiDiアプローチのクワッドバージョンで構成されます。Ciscoはすでに、最大400Gbpsの波長をサポートできるデジタルコヒーレントCFP2トランシーバーを提供しています。技術の小型化により、Ciscoは現在、Tx-Rx間のデュアイレーザー・アプローチの利用により、シングルファイバ双方向伝送に対応可能な、最大400GbpsのラインレートをサポートするCFP2 DCOを提供することができます。

BiDiトランシーバー用光ファイバケーブルの選び方

シングルファイバ/デュアルファイバ

BiDiトランシーバー用にBiDiファイバを選ぶのは簡単なことではありません。BiDiトランシーバーの種類によって、使用する光ケーブルの種類が異なるからです。

ここで10G BiDi SFP+トランシーバーを例にとって説明しましょう。一般的なSFP+トランシーバーは2つのポート（1つは信号送信用、もう1つは信号受信用）で設計されていますが、BiDi SFP+はWDM技術に基づき、送信と受信の両方に1つのポートしか使用しません。その結果、一般的なSFP+光トランシーバーが光ファイバ通信を実現するためにデュプレックスファイバを必要とするのに対し、BiDi SFP+は1本のファイバのみを使用します。

しかし、QSFP-40G-SR-BDのような40G QSFP+ BiDiトランシーバーは、2つの波長を使用して1本のMMFストランド上で同時に送受信します。40G BiDiトランシーバーの光ケーブルはデュプレックスMMFで、100G QSFP28 BiDiトランシーバーもデュプレックスMMFケーブルを使用しています。

シングルファイバ構成では、アップストリームデータとダウンストリームデータの両方が1本の光ストランド上を双方向に移動します。このアプローチは、スペース利用を最適化し、大規模なケーブル配線なしでチャンネルを追加できるため、拡張が容易で、インフラスペースが限られたシナリオに最適です。

シングルモードファイバ/マルチモードファイバ

もう一つの重要な決定は、シングルモードファイバ（SMF）とマルチモードファイバ（MMF）のどちらを選ぶかにあります。

一般的に、BiDi SFP+は10kmから100kmのリンク長をサポートするように設計されています。光ファイバケーブルの場合、信号は光としてファイバ内を伝送され、ファイバのクラッドから反射して戻ってくる。この反射の過程で、部分的に信号損失が発生します。コアが小さいほど、この跳ね返る信号損失を最小限に抑えることができ、より長い伝送距離を可能にするため、シングルモードファイバは、マルチモードファイバ（OM3/OM4）の50umと比較して、コアの直径が9umと小さいため、一般的にBiDi光リンクに使用されます。

さらに、1本のストランドで双方向伝送が可能なため、物理的なスペース要件が軽減され、大規模なケーブル配線なしにチャンネルを追加できるため、拡張性も容易になります。しかし、既存のマルチモードを使用して、伝送プロセス中にBiDiトランシーバーを接続することは可能でしょうか？

答えはYESです。マルチモードOM2ケーブル経由の短距離ではうまく動作しますが、長距離ではビット・エラー・レートになります。その結果、BiDi SFP+はマルチモードファイバ接続でも使用できますが、短距離の伝送に使用することをお勧めします。長距離のマルチモードファイバでは信号が減衰し、パフォーマンスが低下する可能性があります。

BiDiトランシーバーのアプリケーション

BiDiオプティクスは、1本のファイバによる双方向光ファイバ通信に革命をもたらし、ファイバリソースとケーブルコストを大幅に節約します。パケット・トランスポート・ネットワーク（PTN）で広く採用されているBiDiトランシーバーは、ネットワークリンク容量を強化し、ネットワークのメンテナンスを迅速化し、光ケーブルリソースを拡大するための費用対効果の高いソリューションを提供します。BiDiトランシーバーの用途は次のように結論づけられます。

データセンター

BiDi光モジュールは、高いデータ伝送速度とスペースの効率的な利用が最も重要なデータセンターにおける接続性を最適化します。

電気通信事業

電気通信ネットワークでは、BiDi技術は長距離でのコスト効率と高性能のデータ伝送を可能にします。

5Gポイント・ツー・ポイントのファイバ・ダイレクトドライブ・ソリューション

BiDi光トランシーバーは5Gフロントホールでも使用されており、特に25G BiDi SFP28トランシーバーの使用が多いです。展開ソリューションの選択は、各展開ポイントのリソース占有率と工期に大きな影響を与えます。FSは現在、ポイント・ツー・ポイントのファイバダイレクトドライブソリューション（シングルファイバ双方向）を提供しており、帯域幅、遅延、伝送距離といった5G前方伝送の性能要件を満たすことができます。

結論

要約すると、BiDi光モジュールの採用と適切な光ファイバの選択により、ネットワーク全体のパフォーマンスが大幅に向上します。BiDi技術は、1本の光ファイバでの双方向データ伝送を最適化し、ネットワーク効率を向上させる技術であり、多様な産業で成功を収め、その汎用性と信頼性を実証しています。FSは、様々なアプリケーションに対応する包括的なBiDiトランシーバーを提供しています。