光トランシーバーとは？初心者ガイド (2024)

光トランシーバーとは？

光トランシーバーまたは光モジュールとも呼ばれる光トランシーバーは、光ファイバー技術を使用してデータを送受信する小型のパッケージ・デバイスです。

トランシーバー」とは、「トランスミッター」と「レシーバー」を組み合わせたものです。つまり、光トランシーバーは通常、光送信器と光受信器から構成され、それらが組み合わされ、共通の回路または単一の筐体を共有します。

光トランシーバーは、光ネットワーク機器に不可欠な部品である。データを光パルスに変換し、エンコード/デコードし、電気信号として相手側に送るための電子部品です。

データを光として送るには、電子部品によって制御されるVSCEL、FP、DFB、EMLレーザーなどの光源を使い、PinやAPDなどの光パルスを受け取るにはフォトダイオード半導体を使う。

図1：光トランシーバーの分解図

光トランシーバーの種類

光トランシーバーは、多様な要件を満たすために、さまざまな方法に基づいて様々なタイプに分類されます。しかし、ほとんどの場合、我々はフォームファクターに基づいてそれらを分類します。

トランシーバー・フォームファクターによる分類

フォームファクターの違いにより、以下のタイプに分類される：

1×9トランシーバー: 1×9」という名前の通り、9本のピンが1列に並んでいるのが最大の特徴だ。ほとんどのメーカーは1×9トランシーバーの使用をやめ、SFPやSFP+など、より一般的なタイプを選んでいる。
GBICトランシーバー: ギガビット・インターフェイス・コンバーターの略で、ホットプラグ可能なフォーム・ファクターだが、サイズが大きいため、現在では古代のスイッチや機器にしか見られない。
SFFトランシーバーはスモール・フォーム・ファクターの略です。通常、2×5 または 2×7 ピンを持ちますが、1×9 トランシーバーより小さいです。SFFはホットプラガブルをサポートしていないことに注意してください。
SFP (mini-GBIC)トランシーバー：スモールフォームプラガブルの略で、現在までに最も成功したフォームファクターです。そのため、トランシーバー業界で最も普及しているタイプである。このため、トランシーバー業界では最も普及しているタイプです。後発のトランシーバーのほとんどは、これをベースに開発され、より高速でコンパクトなフォーム・バリエーションにアップグレードされています。
SFP+トランシーバー: これらの強化されたSFPは、8Gや10Gなどの高速をサポートします。ほとんどの場合、ユーザーは10G SFP+と呼ぶかもしれません。
XFPトランシーバー:これは10ギガビットのスモールフォームファクタープラガブルの略で、この単語の「X」は10Gを意味します。
SFP28 トランシーバー：これは、25Gから28Gbpsの速度をサポートするSFP +のアップグレード版です。これは、静電気によって発生し得る損傷からマザーボードとその他のパーツを守る効果があります。
QSFPトランシーバー：クアッド・スモール・フォーム・プラガブルの略で、4レーンの信号を提供し、合計40Gbpsの速度を実現します。
QSFP28 トランシーバー：QSFP設計を基盤にしたこれらのトランシーバーは、4x25Gまたは4x28Gの速度をサポートし、最新のデータセンターアプリケーションにおいて多用途で強力なツールとなります：CFPトランシーバー：CFP MSAで定義されたこのトランシーバーは、40G/100Gの速度をサポートし、82 mm×13.6 mm×144.8 mmです。
CFP2トランシーバー：CFPに似ていますが、41.5 mm×12.4 mm×107.5 mmと小型で、消費電力も低くなっています。
CFP4トランシーバー： CFP4は、CFP2をベースに高密度化と低消費電力化を図ったもので、標準サイズは21.5 mm×9.5 mm×92 mmです。
CFP8トランシーバー
CXPモジュール: CXPは120Gb/s 12x Small Form-factor Pluggableで、12x10Gレーンをサポートし、合計120Gbpsの速度に達します。
CSFPトランシーバー：これらは、SFPサイズに2つのBOSAを搭載し、ある程度のポート密度で2倍の帯域幅容量を提供するコンパクトな小型フォームファクター・プラガブル・デバイスです。
QSFP56トランシーバ
QSFP-DDトランシーバー
OSFPトランシーバー
CDFPトランシーバー
X2トランシーバー
XENPAKトランシーバ
XPAKトランシーバ
SFP56トランシーバ
SFP56-DDトランシーバ
ミニSFPトランシーバ
COBO (Consortium for On-Board Optics)

多くのトランシーバー・フォーム・ファクターが利用可能ですが、その多くは時間の経過とともに更新が必要になります。例えば、より一般的に使用されているSFP+やQSFPポートの代わりにXpak、X2、XENPAKポートを備えたスイッチの供給は、ほとんどのメーカーが停止している。そのため、これらのトランシーバーをまだ提供しているサプライヤーを見つけるのは難しいことです。

実際、いくつかのフォーム・ファクタは、メーカーがほとんど注意を払わなくても、まだ使用されている。その一例が1×9 SIPパッケージで、一部の産業用イーサネットスイッチやメディアコンバーターでファイバーI/Oインターフェースとして使用されている。そのため、一般のエンドユーザーはその存在を知らないのかもしれない。

インターネットへの依存度が高まるにつれ、信頼性の高い高速接続の必要性も高まっている。そのため、高速光トランシーバーに依存するファイバー・ケーブルが大幅に増加しました。その結果、SFP+、QSFP+、QSFP28、QSFP-DDといった新しいフォームファクターが人気を集め、市場を席巻しています。

トランシーバーの伝送速度による分類

伝送速度は1秒間に伝送されるビット数。伝送速度の単位はMbps（メガビット/秒）またはGbps（ギガビット/秒）。

伝送速度によって、光ファイバートランシーバーは以下のタイプに分類される：

0.5Mbps
2Mbps
10Mbps
52Mbps
84Mbps
100Mbps (155Mbps)
622Mbps
1Gbps (1.25Gbps)
2G/4G/8G/16G/32G Fibre Channel
2.5Gbps
3Gbps
6Gbps

10Gbps
25Gbps
40Gbps
50Gbps
56Gbps
100Gbps
120Gbps
200Gbps
400Gbps
800Gbps
1.6Tbps

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ファイバーモードの種類による分類

光ファイバーは次のように分けられる：シングルモードファイバ（SMF）とマルチモードファイバ（MMF）に分けられます。そのため、光トランシーバーもシングルモードトランシーバーとマルチモードトランシーバーに分類されます。

シングルモード・トランシーバの伝送距離は通常10kmから160kmである。シングルモード・ファイバーは、1310nm、1490nm、1550nmの中心波長で動作する。したがって、長距離伝送や大容量伝送に適している。

マルチモード・トランシーバは、0.5kmから2kmの短い伝送距離に利用される。マルチモード・ファイバー上の中心波長850nmで動作し、低コストの短距離伝送に適しています。

トランシーバー用途による分類

トランシーバーには様々な用途に対応したものがある。用途別に分類すると、以下のようになる。

SONET/SDH
FE/GE/10G/40G/100G/400G Ethernet
ブロードキャスト・ビデオ
CPRIおよびLTE
ファイバーチャネル
PON
CWDM/DWDM

光トランシーバーの構造

最もポピュラーなSFP/SFP+を例にとると、光トランシーバーは以下の部品で構成されている。他のQSFP-DD、QSFP28、XFP、QSFP、CFP、CFP2、GBICトランシーバーも同様の構造です。

1	ラッチ
2	光レシーバー
3	光送信機
4	トランシーバー・シェル
5	ラベル
6	ダストプラグ
7	春

表1：典型的なトランシーバーの構造

光トランシーバー・アプリケーション

光ファイバートランシーバーは、イーサネット、ファイバーチャネル、SONET/SDH/ONT、CPRI、FTTx、InfiniBandなどの有線ネットワーキング・アプリケーションで広く使用されている。プラットフォームには、イーサネット・スイッチ、ルーター、ファイアウォール、ネットワーク・インターフェース・カード、ファイバー・メディア・コンバーターなどがあります。

HBAまたはファイバー・チャネル・ストレージ・スイッチと呼ばれるストレージ・インターフェース・カードは、2Gb、4Gb、8Gb、16Gbなどの速度で光ファイバートランシーバーを使用する。

光トランシーバーの主なパラメータ

• データ・レート：1秒間に送信されるビット数。

伝送距離：光信号が伝送できる最大距離。光ファイバーの分散や減衰などの悪影響により、異なる種類の光源から送信された光信号は、異なる距離で伝送される可能性があります。光インタフェースを接続する際には、最大信号伝送距離に基づいて光モジュールと光ファイバを選択してください。

– 中心波長：中心波長は光信号伝送の波長帯域を表す。現在、標準的な光ファイバートランシーバーモジュールの中心波長は主に3種類あります：それぞれ850nm、1310nm、1550nmで、3つの波長帯を表しています。

• 光送信パワー： 光トランシーバーが正常に動作したときの出力光パワー。2つの光トランシーバーを接続する場合、一方の送信光パワーが他方の受信光パワーの範囲内である必要があります。

• 受信感度：光ファイバー・トランシーバーの受信機が、ビット誤り率（BER = 10^-12）の範囲内で光信号を受信できる電力のことで、単位はdBm。

• 光ファイバのモード 光ファイバのモードは、光ファイバのコア径と特徴に基づいて定義される。光ファイバはシングルモード（SMF）とマルチモード（MMF）に分類されます。マルチモードファイバーはコア径が大きく、複数のモードで光を伝送できる。しかし、モード間の分散が大きいため、短距離の光信号伝送に使用される。シングルモード・ファイバー（SMF）は、コア径が小さく、1つのモードのみで光を伝送でき、分散も小さいため、長距離通信用の光信号を伝送することができる。

• コネクター・タイプ ファイバーを収容するための光トランシーバー上のインターフェース。一般的に使用されるコネクタタイプは、LC コネクタ（QSFP、SFP、SFP+、SFF、および XFP トランシーバーに適用）、SC コネクタ（BIDI SFP、GBIC、X2、XENPAK、および 1×9 トランシーバーに適用）、ST および FC コネクタ（1×9 トランシーバーに適用）、および MPO コネクタ（QSFP+、 SR4、および CXP モジュールに適用）です。