Multimode-Faser: OM1 vs. OM2 vs. OM3 vs. OM4

Die Übertragungsrate und Bandbreite von Multimode-Glasfasern

Wenn die geometrische Größe der Faser (hauptsächlich der Kerndurchmesser d1) viel größer ist als die Lichtwellenlänge (etwa 1 Mikron), gibt es Dutzende oder sogar Hunderte von Ausbreitungsmoden in der Faser. Unterschiedliche Ausbreitungsmodi haben unterschiedliche Ausbreitungsgeschwindigkeiten und -phasen, sodass nach der Übertragung über große Entfernungen Zeitverzögerungen auftreten, die zu breiteren optischen Impulsen führen. Dieses Phänomen wird als modale Dispersion von Glasfasern bezeichnet, auch bekannt als intermodale Dispersion.

In den Parametern der Multimode-Faser wird es einen Bandbreitenparameter (Kanalbandbreite) geben, die Einheit ist MHz·km, und manchmal wird gefragt, ob die Übertragungsrate der Multimode-Faser 200 Mbit/s erreicht? Wie kann man die Beziehung zwischen den beiden verstehen?

Lassen Sie uns zunächst die Bandbreite von Multimode-Fasern verstehen.

Normalerweise wird die Informationskapazität von Multimode-Fasern durch das Produkt aus Bandbreite und Länge gemessen. Warum ist die Einheit nicht MHz, sondern MHz·km? Zunächst müssen wir die Eigenschaften von Multimode-Fasern verstehen: Die zusätzliche Gruppenverzögerung, intermodale Dispersion, Materialdispersion, Wellenleiterdispersion usw. bei der Übertragung von Lichtwellenleitersignalen in Multimode-Glasfasern führte zu Signalverzerrungen. Dabei ist die intermodale Dispersion der entscheidende Faktor für die Bandbreite. Die Materialdispersion und die Wellenleiterdispersion sind in der Regel bei Multimode-Fasern vernachlässigbar, wirken sich jedoch erheblich auf Singlemode-Fasern aus.

Die oben erwähnten Faktoren bewirken, dass die Übertragungslänge des optischen Wellenleitersignals umgekehrt proportional zur Bandbreite ist, wenn das Signal in der Multimode-Faser übertragen wird. Im Allgemeinen ist die Übertragungsbandbreite umso geringer, je länger die Übertragungslänge ist. Die Einheit MHz·km soll die Kapazität beschreiben, die Multimode-Fasern innerhalb von 1 km übertragen können (vorausgesetzt, dass das Signal nicht ausfällt). Die Faserlänge ist ein ikonischer physikalischer Parameter. Sobald die Entfernung bestimmt ist, kann der Faserauswahlbereich gemäß den aktuellen oder zukünftigen Bandbreitenanforderungen des Benutzers eingeengt werden. Daher ist es sinnlos, einfach die tatsächliche Bandbreite der Multimode-Faser anzugeben, und die Länge muss hinzugefügt werden, um sicherzustellen, dass das Signal nicht ausfällt, sodass die Einheit MHz·KM wird. Wenn beispielsweise die Bandbreite 600 MHz·KM beträgt, beträgt ihre Bandbreite nur 300 M an einer Stelle von 2 KM. Bei Stufenindex-Multimode-Fasern begrenzt der Einfluss verschiedener Faktoren das Bandbreiten-Längen-Produkt auf 20 MHz·KM; bei einer Gradientenindexfaser kann ihr Produkt aus Bandbreite und Länge bis zu 2.5 GHz·KM betragen; und für Singlemode-Fasern kann aufgrund von Faktoren wie geringer Streuung und schmaler Lichtquellenspektrumsbreite davon ausgegangen werden, dass ihre Übertragungsbandbreite unendlich ist. Untersuchungen haben gezeigt, dass für eine kurze Wellenlänge von 0.85 μm, wenn die quadratische mittlere spektrale Breite der Lichtquelle 20 nm beträgt, die Gesamtbandbreite der Faser im besten Fall nur 1 GHz km beträgt; Bei einer Wellenlänge von 1.30 μm kann, wenn der Profilindex gut gesteuert wird, die höchste Bandbreite 10 GHz·km überschreiten.

(Anmerkungen: Im Moment beträgt die spektrale Breite des quadratischen Mittelwerts von LEDs (lichtemittierende Diode) etwa 5 % der zentralen Wellenlänge. Wenn man beispielsweise annimmt, dass die Emissionsspitzenwellenlänge von LEDs 850 nm beträgt, sollte ihre typische spektrale Breite so sein 40 nm sein, das heißt, die meiste Leistung des emittierten Lichts konzentriert sich im Wellenlängenbereich von 830 bis 870 nm. Die spektrale Breite der LD-Lichtquelle (Halbleiterlaser) ist viel schmaler, wobei die typische spektrale Breite der Multimode-LD 1~ beträgt 2 nm, während die typische Spektralbreite von Singlemode-LD nur 0.0001 nm beträgt.)

Die Übertragungsrate von Multimode-Faser hängt mit der Bandbreite von Multimode-Fasern zusammen. Zunächst einmal beschreibt die Datenübertragungsrate (auch als Coderate, Bitrate oder Datenbandbreite bezeichnet) die Anzahl der Datencodebits, die pro Sekunde bei der Kommunikation übertragen werden. Die Einheit ist Bit/Sekunde, was als Bit/s=b/s=bps aufgezeichnet werden kann. Der Zusammenhang zwischen der Kanalbandbreite und der Datenübertragungsrate kann durch das Nyquist-Kriterium und das Gesetz von Shannon beschrieben werden.

Das Nyquist-Kriterium weist darauf hin, dass, wenn das Zeitintervall π/ω ist (ω=2πf–>2f=w/π) und das schmale Impulssignal über den idealen Kommunikationskanal übertragen wird, es keine gegenseitige Interferenz zwischen dem vorhergehenden und gibt folgende Symbole. Daher kann die Beziehung zwischen der maximalen Datenübertragungsrate Rmax (in bps) von binären Datensignalen und der Kommunikationskanalbandbreite B (B = f, in Hz) geschrieben werden als: Rmax = 2f. Wenn für binäre Daten die Kanalbandbreite B = f = 200 MHz ist, beträgt die maximale Datenübertragungsrate 400 Mbps, und die Rate kann in einem mehrstufigen System um das N-fache erhöht werden. Das Nyquist-Theorem beschreibt den Zusammenhang zwischen der maximalen Datenübertragungsrate eines bandbreitenbegrenzten, rauschfreien Kanals und der Kanalbandbreite.

Das Theorem von Shannon beschreibt die Beziehung zwischen der maximalen Übertragungsrate eines Kanals mit begrenzter Bandbreite und zufälligem thermischen Rauschen, der Kanalbandbreite und dem Signal-Rausch-Verhältnis. Der Satz von Shannon weist darauf hin, dass bei der Übertragung von Datensignalen auf einem Kanal mit zufälligem thermischem Rauschen die Beziehung zwischen der Datenübertragungsrate Rmax, der Kanalbandbreite B und dem Signal-Rausch-Verhältnis S/N wie folgt lautet: Rmax=B log2(1+ S/N), ist die Einheit von Rmax bps, die Einheit der Bandbreite B ist Hz und das Signal-Rausch-Verhältnis S/N wird normalerweise in dB (Dezibel) ausgedrückt. Wenn S/N = 30 (dB), dann kann das Signal-Rausch-Verhältnis gemäß der Formel erhalten werden: S/N (dB) = 10·lg (S/N), S/N = 1000. Wenn die Bandbreite B=3000Hz ist, dann Rmax≈30kbps.

Das Gesetz von Shannon gibt eine Grenze für die maximale Datenübertragungsrate für einen thermisch verrauschten Kanal mit begrenzter Bandbreite an. Dies bedeutet, dass für einen Kommunikationskanal mit einer Bandbreite von nur 3000 Hz, wenn das Signal-Rausch-Verhältnis 30 dB beträgt, Daten nicht mit einer Rate von mehr als 30 kbps übertragen werden können, unabhängig davon, ob die Daten in binären oder diskreteren Pegelwerten ausgedrückt werden.

„OM“ steht für Optical Multimode, ein Standard für Multimode-Fasern zur Angabe des Faserpegels. Die Bandbreite und die maximale Entfernung unterschiedlicher Übertragungsebenen sind unterschiedlich, und die Unterschiede werden anhand der folgenden Aspekte analysiert.

Vergleich der Parameter und Spezifikationen der optischen Fasern OM1, OM2, OM3 und OM4

1. OM1 bezieht sich auf Multimode-Fasern mit 50 μm oder 62.5 μm Kerndurchmesser und einer vollen Injektionsbandbreite von 850/1300 nm und über 200/500 MHz·km;
2. OM2 bezieht sich auf die optische Multimode-Faser mit 50 μm oder 62.5 μm Kerndurchmesser und einer vollen Injektionsbandbreite von 850/1300 nm und über 500/500 MHz·km;
3. OM3 ist eine Multimode-Faser mit einem Kerndurchmesser von 50 μm, die durch einen 850-nm-Laser optimiert wurde. Bei 10-Gb/s-Ethernet mit 850-nm-VCSEL kann die Glasfaserübertragungsdistanz 300 m erreichen.
4. OM4 ist eine aktualisierte Version der OM3-Multimode-Glasfaser, und die Glasfaserübertragungsentfernung kann 550 m erreichen.

Vergleich der Parameter und Spezifikationen der optischen Fasern OM1, OM2, OM3 und OM4

Typ	Faserdurchmesser (μm)	Optische Fasertyp	1 Gigabit-Ethernet 1000BASE-SX	1 Gigabit-Ethernet 1000BASE-LX	10 Gbit/s Ethernet 10GBASE	40-Gbit/s-Ethernet 40GBASE SR4	100-Gbit/s-Ethernet 100GBASE SR4
OM1	62.5/125	Multimode	275m	550m	33m	nicht unterstützt	nicht unterstützt
OM2	50/125	Multimode	550m	550m	82m	nicht unterstützt	nicht unterstützt
OM3 (Laser-optimiert)	50/125	Multimode	550m	550m	300m	100 m (SR4)	100 m (SR4)
OM4 (Laser-optimiert)	50/125	Multimode	550m	550m	400m	150 m (SR4)	150 m (SR4)
Einspielermodus	9/125	Einspielermodus	5 km bei 1310 nm	5 km bei 1310 nm		N / A

Designvergleich von OM1-, OM2-, OM3- und OM4-Fasern

1. Die traditionellen OM1 und OM2 Multimode-Fasern verwenden LED (Light Emitting Diode) als Basislichtquelle in Bezug auf Standard und Design, während OM3 und OM4 auf der Basis von OM2 optimiert sind, wodurch sie für die Übertragung mit LD (Laserdiode) als Lichtquelle geeignet sind;
2. Im Vergleich zu OM1 und OM2 hat OM3 eine höhere Übertragungsrate und Bandbreite, daher wird es als optimierte Multimode-Faser oder 10G-Multimode-Faser bezeichnet.
3. OM4 wurde auf Basis von OM3 neu optimiert, mit besserer Leistung.

Vergleich der Funktionen und Eigenschaften der Lichtwellenleiter OM1, OM2, OM3 und OM4

1. OM1: Großer Kerndurchmesser und numerische Apertur, mit starker Lichtsammelfähigkeit und Anti-Biege-Eigenschaften.
2. OM2: Der Kerndurchmesser und die numerische Apertur sind relativ klein, was die modale Dispersion von Multimode-Fasern effektiv reduziert, die Bandbreite erheblich erhöht und die Produktionskosten um 1/3 senkt.
3. OM3: Die Verwendung einer flammhemmenden Außenhaut kann die Ausbreitung von Flammen verhindern, die Emission von Rauch, Säuregas und giftigem Gas usw. verhindern und die Anforderungen einer Übertragungsrate von 10 Gb/s erfüllen.
4. OM4: Entwickelt für die VSCEL-Laserübertragung, die effektive Bandbreite ist mehr als doppelt so hoch wie die von OM3.

Anwendungsvergleich von OM1-, OM2-, OM3- und OM4-Lichtwellenleitern

1. OM1 und OM2 werden seit vielen Jahren in Gebäudeanwendungen eingesetzt und unterstützen Ethernet-Übertragungen mit maximal 1 Gb.
2. Optische OM3- und OM4-Kabel werden normalerweise in der Verkabelungsumgebung des Rechenzentrums verwendet und unterstützen die Übertragung von 10G- oder sogar 40/100G-Hochgeschwindigkeits-Ethernet.

Faserdurchmesser von om1, om2, om3 und om4

Wann ist der OM3-Glasfaser-Jumper zu verwenden?

OM3 Glasfaser ist eine Glasfaser, die für den Betrieb mit VCSEL entwickelt wurde, der OM-3-Glasfaserspezifikation von ISO/IEC11801-2nd entspricht und die Anforderungen von 10-Gigabit-Ethernet-Anwendungen erfüllt. Es gibt viele Arten von OM3-Glasfasern, einschließlich Innentyp, Vielseitigkeit im Innen- und Außenbereich usw., und die Anzahl der Kerne der Glasfaser reicht von 4 Kernen bis 48 Kernen. Darüber hinaus werden alle Anwendungen unterstützt, die auf der alten Multimode 50/125-Faser basieren, einschließlich LED-Lichtquellen und Laserlichtquellen.

1. Die Übertragungsreichweite von Gigabit-Ethernet mit OM3-Glasfasersystem kann auf 900 Meter erweitert werden, was bedeutet, dass Benutzer keine teuren Lasergeräte verwenden müssen, wenn die Entfernung zwischen Gebäuden 550 Meter überschreitet.
2. Innerhalb einer Entfernung von 2000 Metern kann Standard-62.5/125-μm-Multimode-Glasfaser in verschiedenen Situationen innerhalb des OC-12-Ratenbereichs (622 Mb/s) verwendet werden, andernfalls wird Singlemode-Glasfaser verwendet. Das Aufkommen von OM3-Multimode-Fasern hat diese Situation jedoch geändert. Da OM3-Fasern die Übertragungsreichweite von Gigabit- und 10-Gigabit-Systemen erhöhen können, ist die Verwendung von optischen Modulen mit 850 nm Wellenlänge und VCSEL die kostengünstigste Verkabelungslösung.
3. Wenn die Verbindungslänge 1000 Meter überschreitet, ist Singlemode-Glasfaser derzeit noch die einzige Wahl. Singlemode-Glasfaser kann eine Übertragungsentfernung von 5 Kilometern bei einer Wellenlänge von 1310 nm in einem Gigabit-System und eine Übertragungsentfernung von 10 Kilometern in einem 10-Gigabit-System erreichen.
4. Wenn die Verbindungslänge kleiner oder gleich 1000 Meter ist, kann OM3 50 μm Multimode-Glasfaser im Gigabit-System verwendet werden, und Singlemode-Glasfaser sollte im 10 Gigabit-System verwendet werden.
5. Wenn die Verbindungslänge weniger als 300 Meter beträgt, kann OM3 Multimode-Glasfaser in allen Gigabit- und 10-Gigabit-Systemen verwendet werden.

Wann ist der OM4-Glasfaser-Jumper zu verwenden?

Für eine typische Verbindung sind die Kosten des optischen Moduls sehr hoch. Obwohl die Kosten für Singlemode-Fasern niedriger sind als für Multimode-Fasern, erfordert Singlemode-Fasern ein sehr teures optisches 1300-nm-Modul, dessen Kosten etwa das 2- bis 3-fache eines optischen 850-nm-Multimode-Moduls betragen. Im Allgemeinen sind die Kosten eines Multimode-Fasersystems viel niedriger als die eines Singlemode-Fasersystems.

Wenn wir bei der Investition in Glasfaserkabel in Betracht ziehen, die Anfangsinvestition für einige Kabel zu erhöhen und bessere Multimode-Glasfasern einzuführen, wie z OM4-Faser, können wir sicherstellen, dass die aktuelle Multimode-Fasertechnologie vollständig genutzt werden kann, und die Gesamtkosten des aktuellen Systems senken; Wenn das System auf ein System mit höheren Raten wie 40G und 100G aufgerüstet werden muss, kann OM4 weiterhin verwendet werden und spart weitere Ausgaben.

Kurz gesagt, wenn die Übertragungsrate größer als 1 Gb/s ist, ist es eine gute Systemwahl, Multimode-Glasfaser einzusetzen. Wenn das System eine höhere Übertragungsrate erfordert, gelten die folgenden Richtlinien für die Auswahl von OM4-Fasern:

1. Für Ethernet-Benutzer kann die Übertragungsentfernung bei einer 10-Gb/s-Systemübertragung 300 m bis 600 m erreichen; Bei 40-Gb/s- und 100-Gb/s-Systemen beträgt die Übertragungsentfernung zwischen 100 m und 125 m.
2. Für Benutzer von Campus-Netzwerken unterstützt OM4 Fiber eine 4-Gbit/s-Glasfaserverbindung mit einer Länge von 400 m, eine 8-Gbit/s-Glasfaserverbindung mit einer Länge von 200 m oder eine 16-Gbit/s-Glasfaserverbindung mit einer Länge von 130 m.

Zusammenfassung

Die Multimode-Glasfasertechnologie wurde von OM1 Multimode zu OM4 entwickelt, das jetzt 10 Gbit/s unterstützt, wodurch die Investition des Benutzers die effektivste Rendite erzielt und zur besten Wahl für Backbone-Verkabelung oder Glasfaser zum Desktop wird.