Fibra multimodo: OM1 vs OM2 vs OM3 vs OM4

La velocidad de transmisión y el ancho de banda de las fibras ópticas multimodo

Cuando el tamaño geométrico de la fibra (principalmente el diámetro del núcleo d1) es mucho mayor que la longitud de onda de la luz (alrededor de 1 micra), habrá docenas o incluso cientos de modos de propagación en la fibra. Los diferentes modos de propagación tendrán diferentes velocidades y fases de propagación, por lo que se producirán retrasos de tiempo después de la transmisión a larga distancia, lo que dará como resultado pulsos ópticos más amplios. Este fenómeno se denomina dispersión modal de la fibra óptica, también conocida como dispersión intermodal.

Habrá un parámetro de ancho de banda (ancho de banda del canal) en los parámetros de la fibra multimodo, la unidad es MHz·km, ya veces se pregunta si la velocidad de transmisión de la fibra multimodo alcanza los 200 Mbit/s. ¿Cómo entender la relación entre ambos?

Primero comprendamos el ancho de banda de la fibra multimodo.

Por lo general, la capacidad de información de la fibra multimodo se mide por el producto del ancho de banda y la longitud. ¿Por qué la unidad no es MHz, sino MHz·km? En primer lugar, debemos comprender las características de la fibra multimodo: el retraso de grupo adicional, la dispersión intermodal, la dispersión del material, la dispersión de la guía de ondas, etc. en el proceso de transmisión de señales de guía de ondas ópticas en fibra óptica multimodo provocan distorsión de la señal. Entre ellos, la dispersión intermodal es el factor decisivo para el ancho de banda. La dispersión del material y la dispersión de la guía de ondas suelen ser insignificantes en la fibra multimodo, pero tienen un impacto significativo en la fibra monomodo.

Los factores antes mencionados harán que la longitud de transmisión de la señal de la guía de onda óptica sea inversamente proporcional al ancho de banda cuando la señal se transmite en la fibra multimodo. Generalmente, cuanto mayor sea la longitud de transmisión, menor será el ancho de banda de transmisión. La unidad de MHz·km es para describir la capacidad que la fibra multimodo puede transmitir dentro de 1 KM (siempre que la señal no falle). La longitud de la fibra es un parámetro físico icónico. Una vez que se determina la distancia, el rango de selección de fibra se puede reducir de acuerdo con los requisitos de ancho de banda actuales o futuros del usuario. Por lo tanto, no tiene sentido decir simplemente el ancho de banda real de la fibra multimodo, y se debe agregar la longitud para garantizar que la señal no falle, por lo que la unidad se convierte en MHz·KM. Por ejemplo, si el ancho de banda es de 600 MHz·KM, su ancho de banda es de solo 300 M en un lugar de 2 KM. Para la fibra multimodo de índice escalonado, la influencia de varios factores hace que su producto ancho de banda-longitud esté limitado a 20MHz·KM; para la fibra de índice de gradiente, su producto ancho de banda-longitud puede ser de hasta 2.5 GHz · KM; y para la fibra monomodo, debido a factores como la pequeña dispersión y el estrecho ancho de espectro de la fuente de luz, se puede considerar que su ancho de banda de transmisión es infinito. Los estudios han demostrado que para una longitud de onda corta de 0.85 μm, si el ancho espectral de la raíz cuadrada media de la fuente de luz es de 20 nm, el ancho de banda total de la fibra en el mejor de los casos es de solo 1 GHz·km; Para una longitud de onda de 1.30 μm, si el índice de perfil está bien controlado, el ancho de banda más alto puede superar los 10 GHz·km.

(Observaciones: por ahora, el ancho espectral de la raíz cuadrada media del LED (diodo emisor de luz) es aproximadamente el 5% de la longitud de onda central. Por ejemplo, suponiendo que la longitud de onda máxima de emisión del LED es de 850 nm, su ancho espectral típico debería ser 40nm, es decir, la mayor parte de la potencia de la luz emitida se concentra en el rango de longitud de onda de 830~870nm.El ancho espectral de la fuente de luz LD (láser semiconductor) es mucho más estrecho, entre los cuales el ancho espectral típico del LD multimodo es 1~ 2 nm, mientras que el ancho espectral típico del LD monomodo es de solo 0.0001 nm).

La tasa de transmisión de fibra multimodo está relacionado con el ancho de banda de la fibra multimodo. En primer lugar, la tasa de transmisión de datos (también conocida como tasa de código, tasa de bits o ancho de banda de datos) describe el número de bits de código de datos transmitidos por segundo en la comunicación. La unidad es bit/segundo, que se puede registrar como bit/s=b/s=bps. La relación entre el ancho de banda del canal y la velocidad de transmisión de datos puede describirse mediante el criterio de Nyquist y la ley de Shannon.

El criterio de Nyquist señala que si el intervalo de tiempo es π/ω (ω=2πf–>2f=w/π), y la señal de pulso angosto se transmite a través del canal de comunicación ideal, no habrá interferencia mutua entre la anterior y la anterior. siguientes símbolos. Por lo tanto, la relación entre la velocidad máxima de transmisión de datos Rmax (en bps) de las señales de datos binarios y el ancho de banda del canal de comunicación B (B=f, en Hz) puede escribirse como: Rmax=2f. Para datos binarios, si el ancho de banda del canal B = f = 200 MHz, la velocidad máxima de transmisión de datos es de 400 Mbps, y la velocidad se puede aumentar N veces en un sistema multiario. El teorema de Nyquist describe la relación entre la velocidad máxima de transmisión de datos de un canal libre de ruido y ancho de banda limitado y el ancho de banda del canal.

El teorema de Shannon describe la relación entre la tasa de transmisión máxima de un canal con ancho de banda limitado y el ruido térmico aleatorio, el ancho de banda del canal y la relación señal/ruido. El teorema de Shannon señala que cuando se transmiten señales de datos en un canal con ruido térmico aleatorio, la relación entre la velocidad de transmisión de datos Rmax, el ancho de banda del canal B y la relación señal/ruido S/N es: Rmax=B log2(1+ S/N), la unidad de Rmax es bps, la unidad de ancho de banda B es Hz y la relación señal/ruido S/N generalmente se expresa en dB (decibelios). Si S/N=30(dB), la relación señal/ruido se puede obtener de acuerdo con la fórmula: S/N(dB)=10·lg(S/N), S/N=1000. Si el ancho de banda B=3000Hz, entonces Rmax≈30kbps.

La ley de Shannon establece un límite en la velocidad máxima de transmisión de datos para un canal con ruido térmico y ancho de banda finito. Significa que para un canal de comunicación con un ancho de banda de solo 3000 Hz, cuando la relación señal-ruido es de 30 db, sin importar que los datos se expresen en valores de nivel binario o más discretos, los datos no se pueden transmitir a una velocidad superior a 30 kbps.

"OM" significa multimodo óptico, un estándar para fibra multimodo para indicar el nivel de fibra. El ancho de banda y la distancia máxima de los diferentes niveles de transmisión son diferentes, y las diferencias se analizan desde los siguientes aspectos.

Comparación de parámetros y especificaciones de fibras ópticas OM1, OM2, OM3 y OM4

1. OM1 se refiere a fibra multimodo de 50 μm o 62.5 μm de diámetro de núcleo con un ancho de banda de inyección total de 850/1300 nm y superior a 200/500 MHz·km;
2. OM2 se refiere a la fibra óptica multimodo con un diámetro de núcleo de 50 μm o 62.5 μm con un ancho de banda de inyección total de 850/1300 nm y superior a 500/500 MHz·km;
3. OM3 es una fibra multimodo de 50 μm de diámetro de núcleo optimizada por láser de 850 nm. En Ethernet de 10 Gb/s con VCSEL de 850 nm, la distancia de transmisión de fibra puede alcanzar los 300 m.
4. OM4 es una versión mejorada de fibra óptica multimodo OM3, y la distancia de transmisión de fibra óptica puede alcanzar los 550 m.

Comparación de parámetros y especificaciones de fibras ópticas OM1, OM2, OM3 y OM4

Tipo de Propiedad	Diámetro de la fibra (μm)	Tipo de fibra optica	1 GigabitEthernet 1000BASE-SX	1 GigabitEthernet 1000BASE-LX	Ethernet de 10 Gbps BASE 10G	Ethernet de 40 Gbps 40GBASESR4	Ethernet de 100 Gbps 100GBASESR4
OM1	62.5/125	multimodo	275m	550m	33m	No se admite	No se admite
OM2	50/125	multimodo	550m	550m	82m	No se admite	No se admite
OM3 (optimizado por láser)	50/125	multimodo	550m	550m	300m	100 m (SR4)	100 m (SR4)
OM4 (optimizado por láser)	50/125	multimodo	550m	550m	400m	150 m (SR4)	150 m (SR4)
Modo singular	9/125	modo singular	5 km a 1310 nm	5 km a 1310 nm		N/A

Comparación de diseño de fibras OM1, OM2, OM3 y OM4

1. El tradicional OM1 y Fibras multimodo OM2 utiliza LED (diodo emisor de luz) como fuente de luz básica en términos de estándar y diseño, mientras que OM3 y OM4 están optimizados sobre la base de OM2, lo que los hace adecuados para la transmisión con LD (diodo láser) como fuente de luz;
2. En comparación con OM1 y OM2, OM3 tiene una velocidad de transmisión y un ancho de banda más altos, por lo que se denomina fibra multimodo optimizada o fibra multimodo 10G;
3. OM4 se vuelve a optimizar sobre la base de OM3, con un mejor rendimiento.

Comparación de funciones y características de las fibras ópticas OM1, OM2, OM3 y OM4

1. OM1: gran diámetro de núcleo y apertura numérica, con una fuerte capacidad de captación de luz y características anti-flexión.
2. OM2: el diámetro del núcleo y la apertura numérica son relativamente pequeños, lo que reduce efectivamente la dispersión modal de la fibra multimodo, aumenta significativamente el ancho de banda y reduce el costo de producción en 1/3.
3. OM3: El uso de una capa exterior ignífuga puede evitar la propagación de llamas, evitar la emisión de humo, gas ácido y gas venenoso, etc., y satisfacer las necesidades de velocidad de transmisión de 10 Gb/s.
4. OM4: Desarrollado para transmisión láser VSCEL, el ancho de banda efectivo es más del doble que el de OM3.

Comparación de aplicaciones de fibras ópticas OM1, OM2, OM3 y OM4

1. OM1 y OM2 se han implementado ampliamente en aplicaciones de construcción durante muchos años y admiten transmisión Ethernet con un máximo de 1 Gb.
2. Los cables ópticos OM3 y OM4 se utilizan generalmente en el entorno de cableado del centro de datos y admiten la transmisión de Ethernet de alta velocidad 10G o incluso 40/100G.

Diámetros de fibra de om1, om2, om3 y om4

¿Cuándo usar el puente de fibra óptica OM3?

Fibra óptica OM3 es una fibra óptica diseñada para funcionar con VCSEL, cumple con la especificación de fibra óptica OM-3 de ISO/IEC11801-2nd y cumple con los requisitos de las aplicaciones de 10 Gigabit Ethernet. Hay muchos tipos de fibra óptica OM3, incluido el tipo para interiores, la versatilidad para interiores/exteriores, etc., y la cantidad de núcleos de la fibra óptica varía de 4 núcleos a 48 núcleos. Además, se admiten todas las aplicaciones basadas en la antigua fibra multimodo 50/125, incluidas las fuentes de luz LED y las fuentes de luz láser.

1. La distancia de transmisión de Gigabit Ethernet utilizando el sistema de fibra óptica OM3 puede extenderse a 900 metros, lo que significa que los usuarios no necesitan usar costosos dispositivos láser cuando la distancia entre edificios supera los 550 metros.
2. Dentro de una distancia de 2000 metros, la fibra multimodo estándar de 62.5/125 μm se puede usar en varias situaciones dentro del rango de velocidad OC-12 (622 Mb/s), y la fibra monomodo se usará en otros casos. Sin embargo, la aparición de la fibra multimodo OM3 ha cambiado esta situación. Dado que la fibra OM3 puede aumentar la distancia de transmisión de los sistemas Gigabit y 10 Gigabit, el uso de módulos ópticos de longitud de onda de 850 nm y VCSEL será la solución de cableado más rentable.
3. Cuando la longitud del enlace supera los 1000 metros, la fibra monomodo sigue siendo la única opción en la actualidad. La fibra monomodo puede alcanzar una distancia de transmisión de 5 kilómetros a una longitud de onda de 1310nm en un sistema gigabit y una distancia de transmisión de 10 kilómetros en un sistema de 10 gigabits.
4. Cuando la longitud del enlace es inferior o igual a 1000 metros, se puede utilizar fibra multimodo OM3 de 50 μm en el sistema Gigabit y fibra monomodo en el sistema de 10 Gigabit.
5. Cuando la longitud del enlace es inferior a 300 metros, la fibra multimodo OM3 se puede utilizar en cualquier sistema Gigabit y 10 Gigabit.

¿Cuándo usar el puente de fibra óptica OM4?

Para un enlace típico, el costo del módulo óptico es muy alto. Aunque el coste de la fibra monomodo es más económico que el de la fibra multimodo, la fibra monomodo requiere un módulo óptico de 1300 nm muy caro, cuyo coste es unas 2 o 3 veces mayor que el de un módulo óptico multimodo de 850 nm. En general, el costo de un sistema de fibra multimodo es mucho menor que el del sistema de fibra monomodo.

Al invertir en cableado de fibra óptica, si consideramos aumentar la inversión inicial de algunos cableados y adoptar una mejor fibra multimodo, como fibra OM4, podemos garantizar que la tecnología de fibra multimodo actual se pueda utilizar por completo y reducir el costo total del sistema actual; Cuando el sistema necesita actualizarse a un sistema de mayor velocidad, como 40G y 100G, OM4 aún se puede usar y ahorrará más gastos.

En una palabra, cuando la tasa de transmisión es superior a 1 Gb/s, es una buena opción de sistema adoptar fibra multimodo. Cuando el sistema requiere una tasa de transmisión más alta, las siguientes son nuestras pautas para elegir fibra OM4:

1. Para los usuarios de Ethernet, en la transmisión del sistema de 10 Gb/s, la distancia de transmisión puede alcanzar de 300 a 600 m; En sistemas de 40Gb/s y 100Gb/s, la distancia de transmisión es de 100m a 125m.
2. Para los usuarios de la red del campus, la fibra OM4 admitirá una longitud de enlace de fibra de 4 Gb/s de 400 m, una longitud de enlace de fibra de 8 Gb/s de 200 m o una longitud de enlace de fibra de 16 Gb/s de 130 m.

Resumen

La tecnología de fibra multimodo se ha desarrollado desde OM1 multimodo hasta OM4, que ahora admite 10 Gbps, lo que hará que la inversión del usuario obtenga el rendimiento más efectivo y se convierta en la mejor opción para cableado troncal o fibra hasta el escritorio.