다중 모드 광섬유: OM1 대 OM2 대 OM3 대 OM4

다중 모드 광섬유의 전송 속도 및 대역폭

섬유의 기하학적 크기(주로 코어 직경 d1)가 빛의 파장(약 1미크론)보다 훨씬 크면 섬유에 수십 또는 수백 개의 전파 모드가 있습니다. 다른 전파 모드는 다른 전파 속도와 위상을 가지므로 장거리 전송 후 시간 지연이 발생하여 광 펄스가 더 넓어집니다. 이 현상을 광섬유의 모달 분산이라고 하며 모드간 분산이라고도 합니다.

다중 모드 광섬유의 매개변수에 대역폭(채널 대역폭) 매개변수가 있을 것입니다. 단위는 MHz·km이며, 때때로 다중 모드 광섬유의 전송 속도가 200 Mbit/s에 도달하는지 묻습니다. 둘 사이의 관계를 이해하는 방법?

먼저 다중 모드 광섬유의 대역폭을 이해해 봅시다.

일반적으로 다중 모드 광섬유의 정보 용량은 대역폭과 길이의 곱으로 측정됩니다. 단위가 MHz가 아닌 MHz·km인 이유는 무엇입니까? 우선, 우리는 다중 모드 광섬유의 특성을 이해해야 합니다: 다중 모드 광섬유에서 광 도파관 신호를 전송하는 과정에서 추가적인 그룹 지연, 모드 간 분산, 재료 분산, 도파관 분산 등이 신호 왜곡을 초래합니다. 그 중에서 모드 간 분산은 대역폭에 대한 결정적인 요소입니다. 재료 분산 및 도파관 분산은 일반적으로 다중 모드 광섬유에서 무시할 수 있지만 단일 모드 광섬유에 상당한 영향을 미칩니다.

위에서 언급한 요인으로 인해 광 도파관 신호의 전송 길이는 신호가 다중 모드 광섬유에서 전송될 때 대역폭에 반비례합니다. 일반적으로 전송 길이가 길수록 전송 대역폭은 낮아집니다. MHz·km 단위는 다중 모드 광섬유가 1KM 내에서 전송할 수 있는 용량을 나타냅니다(신호가 실패하지 않는 경우). 섬유 길이는 상징적인 물리적 매개변수입니다. 거리가 결정되면 사용자의 현재 또는 미래 대역폭 요구 사항에 따라 광섬유 선택 범위를 좁힐 수 있습니다. 따라서 단순히 다중 모드 광섬유의 실제 대역폭을 말하는 것은 의미가 없으며 신호가 실패하지 않도록 길이를 추가해야 하므로 단위는 MHz·KM이 됩니다. 예를 들어 대역폭이 600MHz·KM이라면 300KM 지점에서 대역폭은 2M에 불과하다. 스텝 인덱스 다중 모드 광섬유의 경우 다양한 요인의 영향으로 인해 대역폭 길이 곱이 20MHz·KM으로 제한됩니다. 그래디언트 인덱스 광섬유의 경우 대역폭 길이 곱은 2.5GHz·KM만큼 높을 수 있습니다. 단일 모드 광섬유의 경우 작은 분산 및 좁은 광원 스펙트럼 폭과 같은 요인으로 인해 전송 대역폭이 무한하다고 생각할 수 있습니다. 연구에 따르면 0.85μm의 짧은 파장에 대해 광원의 제곱 평균 스펙트럼 폭이 20nm인 경우 최상의 경우 광섬유의 총 대역폭은 1GHz km에 불과합니다. 1.30μm 파장의 경우 프로파일 지수를 잘 조절하면 최고 대역폭은 10GHz·km를 넘을 수 있다.

(비고: 현재 LED(발광 다이오드)의 RMS 스펙트럼 폭은 중심 파장의 약 5%입니다. 예를 들어 LED의 발광 피크 파장이 850nm라고 가정하면 일반적인 스펙트럼 폭은 40nm 즉, 방출되는 빛의 대부분의 힘이 830~870nm의 파장 범위에 집중되며, LD(semiconductor laser) 광원의 스펙트럼 폭은 훨씬 더 좁고, 그 중 일반적인 멀티모드 LD의 스펙트럼 폭은 1~ 단일 모드 LD의 일반적인 스펙트럼 폭은 2nm에 불과합니다.)

전송 속도 다중 모드 섬유 다중 모드 광섬유의 대역폭과 관련이 있습니다. 우선, 데이터 전송 속도(코드 속도, 비트 속도 또는 데이터 대역폭이라고도 함)는 통신에서 초당 전송되는 데이터 코드의 비트 수를 나타냅니다. 단위는 비트/초이며 bit/s=b/s=bps로 기록할 수 있습니다. 채널 대역폭과 데이터 전송률 간의 관계는 Nyquist 기준과 Shannon의 법칙으로 설명할 수 있습니다.

Nyquist 기준은 시간 간격이 π/ω(ω=2πf–>2f=w/π)이고 좁은 펄스 신호가 이상적인 통신 채널을 통해 전송되면 선행 신호와 다음 기호. 따라서 이진 데이터 신호의 최대 데이터 전송 속도 Rmax(bps)와 통신 채널 대역폭 B(B=f, Hz) 간의 관계는 다음과 같이 쓸 수 있습니다. Rmax=2f. 이진 데이터의 경우 채널 대역폭 B=f=200MHz일 때 최대 데이터 전송 속도는 400Mbps이며, 다항 시스템에서는 N배까지 속도를 높일 수 있다. Nyquist 정리는 제한된 대역폭, 노이즈 없는 채널의 최대 데이터 전송 속도와 채널 대역폭 간의 관계를 설명합니다.

Shannon의 정리는 대역폭이 제한된 채널의 최대 전송 속도와 임의의 열 잡음, 채널 대역폭 및 신호 대 잡음비 간의 관계를 설명합니다. Shannon의 정리는 무작위 열 잡음이 있는 채널에서 데이터 신호를 전송할 때 데이터 전송 속도 Rmax, 채널 대역폭 B 및 신호 대 잡음비 S/N 사이의 관계가 다음과 같다는 점을 지적합니다. Rmax=B log2(1+ S/N), Rmax의 단위는 bps, 대역폭 B의 단위는 Hz, 신호 대 잡음비 S/N은 일반적으로 dB(데시벨)로 표시됩니다. S/N=30(dB)이면 S/N(dB)=10·lg(S/N), S/N=1000의 공식에 따라 신호 대 잡음비를 얻을 수 있습니다. 대역폭 B=3000Hz이면 Rmax≈30kbps입니다.

섀넌의 법칙은 유한 대역폭, 열 노이즈 채널에 대한 최대 데이터 전송 속도에 대한 제한을 제공합니다. 즉 대역폭이 3000Hz에 불과한 통신 채널의 경우 신호 대 잡음비가 30db일 때 데이터가 이진법 이상의 이산 레벨 값으로 표현되더라도 30kbps를 초과하는 속도로 데이터를 전송할 수 없습니다.

"OM"은 Optical Multi-Mode의 약자로 광섬유의 레벨을 나타내는 다중 모드 광섬유의 표준입니다. 서로 다른 전송 수준의 대역폭과 최대 거리는 다르며 차이점은 다음과 같은 측면에서 분석됩니다.

OM1, OM2, OM3 및 OM4 광섬유의 매개변수 및 사양 비교

1. OM1 전체 주입 대역폭이 50/62.5 nm 및 850/1300 MHz·km 이상인 200 μm 또는 500 μm 코어 직경의 다중 모드 광섬유를 의미합니다.
2. OM2는 전체 주입 대역폭이 50/62.5 nm 및 850/1300 MHz·km 이상인 500 μm 또는 500 μm 코어 직경의 다중 모드 광섬유를 나타냅니다.
3. OM3는 50nm 레이저로 최적화된 850μm 코어 직경의 다중 모드 광섬유입니다. 10nm VCSEL을 사용하는 850Gb/s 이더넷에서 광섬유 전송 거리는 300m에 달할 수 있습니다.
4. OM4는 OM3 다중 모드 광섬유의 업그레이드 버전이며 광섬유 전송 거리는 550m에 달할 수 있습니다.

OM1, OM2, OM3 및 OM4 광섬유의 매개변수 및 사양 비교

타입	섬유 직경(μm)	광섬유 유형	1 기가비트 이더넷 1000BASE-SX	1 기가비트 이더넷 1000BASE-LX	10Gbps이더넷 10GBASE	40Gbps 이더넷 40GBASE SR4	100Gbps 이더넷 100GBASE SR4
OM1	62.5/125	다중 모드	275m	550m	33m	지원되지 않는	지원되지 않는
OM2	50/125	다중 모드	550m	550m	82m	지원되지 않는	지원되지 않는
OM3( 레이저 최적화)	50/125	다중 모드	550m	550m	300m	100m(SR4)	100m(SR4)
OM4( 레이저 최적화)	50/125	다중 모드	550m	550m	400m	150m(SR4)	150m(SR4)
싱글 모드	9/125	단일 모드	5nm에서 1310km	5nm에서 1310km		해당 사항 없음

OM1, OM2, OM3 및 OM4 섬유의 설계 비교

1. 전통적인 OM1 및 OM2 다중 모드 광섬유 LED(Light Emitting Diode)를 기본 광원으로 표준 및 디자인을 적용하고, OM3, OM4는 OM2를 기반으로 최적화하여 LD(Laser Diode)를 광원으로 전송하기에 적합하며,
2. OM1 및 OM2와 비교할 때 OM3는 전송 속도와 대역폭이 더 높기 때문에 최적화된 다중 모드 광섬유 또는 10G 다중 모드 광섬유라고 합니다.
3. OM4는 OM3를 기반으로 다시 최적화되어 더 나은 성능을 제공합니다.

OM1, OM2, OM3, OM4 광섬유의 기능 및 특성 비교

1. OM1: 큰 코어 직경 및 개구수, 강한 집광 능력 및 굽힘 방지 특성.
2. OM2: 코어 직경과 개구수가 상대적으로 작아 다중 모드 광섬유의 모달 분산을 효과적으로 줄이고 대역폭을 크게 늘리며 생산 비용을 1/3로 줄입니다.
3. OM3: 난연성 외피를 사용하면 화염 확산을 방지하고 연기, 산성 가스 및 유독 가스 등의 방출을 방지하고 10Gb/s 전송 속도의 요구 사항을 충족할 수 있습니다.
4. OM4: VSCEL 레이저 전송을 위해 개발되었으며 유효 대역폭은 OM3의 두 배 이상입니다.

OM1, OM2, OM3 및 OM4 광섬유의 적용 비교

1. OM1 및 OM2는 최대 1Gb의 이더넷 전송을 지원하면서 수년 동안 응용 프로그램 구축에 널리 배포되었습니다.
2. OM3 및 OM4 광 케이블은 일반적으로 데이터 센터의 배선 환경에서 사용되며 10G 또는 40/100G 고속 이더넷 전송을 지원합니다.

om1, om2, om3 및 om4의 섬유 직경

OM3 광섬유 점퍼는 언제 사용합니까?

OM3 광섬유 VCSEL과 함께 작동하도록 설계된 광섬유이며 ISO/IEC3-11801nd의 OM-2 광섬유 사양을 준수하고 10기가비트 이더넷 애플리케이션의 요구 사항을 충족합니다. OM3 광섬유에는 실내형, 실내/외 범용성 등 다양한 유형이 있으며 광섬유의 코어 수는 4코어에서 48코어까지 다양합니다. 또한 LED 광원 및 레이저 광원을 포함하여 이전 다중 모드 50/125 광섬유를 기반으로 하는 모든 애플리케이션이 지원됩니다.

1. OM3 광섬유 시스템을 사용하는 기가비트 이더넷의 전송 거리는 900미터까지 확장될 수 있습니다. 즉, 건물 사이의 거리가 550미터를 초과할 때 사용자는 고가의 레이저 장치를 사용할 필요가 없습니다.
2. 2000미터 거리 내에서 표준 62.5/125μm 다중 모드 광섬유는 OC-12(622Mb/s) 속도 범위 내에서 다양한 상황에서 사용될 수 있으며 그렇지 않은 경우 단일 모드 광섬유가 사용됩니다. 그러나 OM3 다중 모드 광섬유의 등장으로 이러한 상황이 바뀌었습니다. OM3 광섬유는 기가비트 및 10기가비트 시스템의 전송 거리를 늘릴 수 있으므로 850nm 파장 광 모듈과 VCSEL을 사용하는 것이 가장 비용 효율적인 배선 솔루션이 될 것입니다.
3. 링크 길이가 1000미터를 초과하면 단일 모드 광섬유가 현재 유일한 선택입니다. 단일 모드 광섬유는 기가비트 시스템에서 5nm의 파장에서 1310km의 전송 거리를 달성할 수 있으며 10기가비트 시스템에서 10km의 전송 거리를 달성할 수 있습니다.
4. 링크 길이가 1000미터 이하인 경우 기가비트 시스템에서는 OM3 50μm 다중 모드 광섬유를 사용할 수 있고 10기가비트 시스템에서는 단일 모드 광섬유를 사용해야 합니다.
5. 링크 길이가 300미터 미만인 경우 OM3 다중 모드 파이버는 모든 기가비트 및 10기가비트 시스템에서 사용할 수 있습니다.

OM4 광섬유 점퍼는 언제 사용합니까?

일반적인 링크의 경우 광 모듈의 비용이 매우 비쌉니다. 단일 모드 광섬유의 비용은 다중 모드 광섬유보다 저렴하지만 단일 모드 광섬유에는 매우 비싼 1300nm 광 모듈이 필요하며 그 비용은 2nm 다중 모드 광 모듈의 약 3-850배입니다. 일반적으로 다중 모드 광섬유 시스템의 비용은 단일 모드 광섬유 시스템보다 훨씬 저렴합니다.

광섬유 케이블링에 투자할 때 일부 케이블링의 초기 투자를 늘리고 다음과 같은 더 나은 다중 모드 파이버를 채택하는 경우 OM4 섬유, 우리는 현재의 다중 모드 광섬유 기술을 완전히 활용하고 현재 시스템의 전체 비용을 줄일 수 있음을 보장할 수 있습니다. 시스템을 40G 및 100G와 같은 더 높은 요금 시스템으로 업그레이드해야 하는 경우 OM4를 계속 사용할 수 있으며 더 많은 비용을 절약할 수 있습니다.

한마디로 전송 속도가 1Gb/s보다 클 때 다중 모드 광섬유를 채택하는 것이 좋은 시스템 선택입니다. 시스템에 더 높은 전송 속도가 필요한 경우 다음은 OM4 파이버 선택에 대한 지침입니다.

1. 이더넷 사용자의 경우 10Gb/s 시스템 전송에서 전송 거리는 300m에서 600m에 달할 수 있습니다. 40Gb/s 및 100Gb/s 시스템에서 전송 거리는 100m에서 125m 사이입니다.
2. 캠퍼스 네트워크 사용자의 경우 OM4 파이버는 4m의 400Gb/s 파이버 링크 길이, 8m의 200Gb/s 파이버 링크 길이 또는 16m의 130Gb/s 파이버 링크 길이를 지원합니다.

요약

다중 모드 광섬유 기술은 OM1 다중 모드에서 현재 4Gbps를 지원하는 OM10로 개발되어 사용자의 투자가 가장 효과적인 수익을 얻고 백본 케이블링 또는 데스크탑에 대한 광섬유를 위한 최상의 선택이 될 것입니다.