Fibra multimodo: OM1 vs OM2 vs OM3 vs OM4

A taxa de transmissão e largura de banda de fibras ópticas multimodo

Quando o tamanho geométrico da fibra (principalmente o diâmetro do núcleo d1) é muito maior que o comprimento de onda da luz (cerca de 1 mícron), haverá dezenas ou mesmo centenas de modos de propagação na fibra. Diferentes modos de propagação terão diferentes velocidades e fases de propagação, portanto, atrasos de tempo ocorrerão após a transmissão de longa distância, resultando em pulsos ópticos mais amplos. Esse fenômeno é chamado de dispersão modal da fibra óptica, também conhecida como dispersão intermodal.

Haverá um parâmetro de largura de banda (largura de banda do canal) nos parâmetros da fibra multimodo, a unidade é MHz·km, e às vezes é perguntado se a taxa de transmissão da fibra multimodo atinge 200 Mbit/s? Como entender a relação entre os dois?

Vamos primeiro entender a largura de banda da fibra multimodo.

Normalmente, a capacidade de informação da fibra multimodo é medida pelo produto da largura de banda e comprimento. Por que a unidade não é MHz, mas MHz·km? Em primeiro lugar, devemos entender as características da fibra multimodo: o atraso de grupo adicional, dispersão intermodal, dispersão de material, dispersão de guia de onda, etc. no processo de transmissão de sinais ópticos de guia de onda em fibra óptica multimodo levou à distorção do sinal. Dentre eles, a dispersão intermodal é o fator decisivo para a largura de banda. A dispersão do material e a dispersão do guia de onda são geralmente insignificantes na fibra multimodo, mas afetam significativamente a fibra monomodo.

Os fatores acima mencionados farão com que o comprimento de transmissão do sinal de guia de onda óptico seja inversamente proporcional à largura de banda quando o sinal é transmitido na fibra multimodo. Geralmente, quanto maior o comprimento da transmissão, menor a largura de banda da transmissão. A unidade de MHz·km é para descrever a capacidade que a fibra multimodo pode transmitir dentro de 1 KM (desde que o sinal não falhe). O comprimento da fibra é um parâmetro físico icônico. Uma vez determinada a distância, a faixa de seleção de fibra pode ser reduzida de acordo com os requisitos de largura de banda atuais ou futuros do usuário. Portanto, não faz sentido dizer simplesmente a largura de banda real da fibra multimodo, e o comprimento deve ser adicionado para garantir que o sinal não falhe, de modo que a unidade se torne MHz·KM. Por exemplo, se a largura de banda é de 600 MHz·KM, sua largura de banda é de apenas 300 M em um local de 2 KM. Para fibra multimodo de índice degrau, a influência de vários fatores faz com que seu produto de largura de banda seja limitado a 20MHz·KM; para fibra de índice de gradiente, seu produto de largura de banda pode chegar a 2.5 GHz·KM; e para fibra monomodo, devido a fatores como pequena dispersão e largura estreita do espectro da fonte de luz, pode-se considerar que sua largura de banda de transmissão é infinita. Estudos mostraram que para um comprimento de onda curto de 0.85 μm, se a largura espectral da raiz quadrada média da fonte de luz for 20 nm, a largura de banda total da fibra no melhor caso é de apenas 1 GHz km; Para comprimento de onda de 1.30 μm, se o índice de perfil for bem controlado, a maior largura de banda pode exceder 10 GHz·km.

(Observação: Por enquanto, a largura espectral do quadrado médio do LED (diodo emissor de luz) é cerca de 5% do comprimento de onda central. Por exemplo, supondo que o comprimento de onda de pico de emissão do LED seja 850 nm, sua largura espectral típica deve ser 40nm, que é a maior parte da potência da luz emitida concentrada na faixa de comprimento de onda de 830~870nm. A largura espectral da fonte de luz LD (laser semicondutor) é muito mais estreita, entre as quais a largura espectral típica do LD multimodo é 1~ 2 nm, enquanto a largura espectral típica do LD de modo único é de apenas 0.0001 nm.)

A taxa de transmissão de fibra multimodo está relacionado com a largura de banda da fibra multimodo. Em primeiro lugar, a taxa de transmissão de dados (também conhecida como taxa de código, taxa de bits ou largura de banda de dados) descreve o número de bits de código de dados transmitidos por segundo na comunicação. A unidade é bit/segundo, que pode ser registrada como bit/s=b/s=bps. A relação entre a largura de banda do canal e a taxa de transmissão de dados pode ser descrita pelo critério de Nyquist e pela lei de Shannon.

O critério de Nyquist aponta que se o intervalo de tempo for π/ω (ω=2πf–>2f=w/π), e o sinal de pulso estreito for transmitido pelo canal de comunicação ideal, não haverá interferência mútua entre o anterior e o anterior. seguintes símbolos. Portanto, a relação entre a taxa máxima de transmissão de dados Rmax (em bps) dos sinais de dados binários e a largura de banda do canal de comunicação B (B=f, em Hz) pode ser escrita como: Rmax=2f. Para dados binários, se a largura de banda do canal B=f=200MHz, a taxa máxima de transmissão de dados é de 400Mbps, e a taxa pode ser aumentada em N vezes no sistema multiário. O teorema de Nyquist descreve a relação entre a taxa máxima de transmissão de dados de um canal livre de ruído e largura de banda limitada e a largura de banda do canal.

O teorema de Shannon descreve a relação entre a taxa máxima de transmissão de um canal com largura de banda limitada e ruído térmico aleatório, largura de banda do canal e relação sinal-ruído. O teorema de Shannon indica que, ao transmitir sinais de dados em um canal com ruído térmico aleatório, a relação entre a taxa de transmissão de dados Rmax, a largura de banda do canal B e a relação sinal-ruído S/N é: Rmax=B log2(1+ S/N), a unidade de Rmax é bps, a unidade de largura de banda B é Hz e a relação sinal-ruído S/N é geralmente expressa em dB (decibéis). Se S/N=30(dB), então a relação sinal/ruído pode ser obtida de acordo com a fórmula: S/N(dB)=10·lg(S/N), S/N=1000. Se a largura de banda B=3000Hz, então Rmax≈30kbps.

A Lei de Shannon dá um limite para a taxa máxima de transmissão de dados para uma largura de banda finita, canal termicamente ruidoso. Isso significa que, para um canal de comunicação com uma largura de banda de apenas 3000 Hz, quando a relação sinal-ruído é de 30 db, independentemente de os dados serem expressos em binário ou em valores de nível mais discretos, os dados não podem ser transmitidos a uma taxa superior a 30 kbps.

“OM” significa multimodo ótico, um padrão para fibra multimodo para indicar o nível de fibra. A largura de banda e a distância máxima de diferentes níveis de transmissão são diferentes e as diferenças são analisadas a partir dos seguintes aspectos.

Comparação de parâmetros e especificações das fibras ópticas OM1, OM2, OM3 e OM4

1. OM1 refere-se a fibra multimodo com diâmetro de núcleo de 50 μm ou 62.5 μm com uma largura de banda de injeção total de 850/1300 nm e acima de 200/500 MHz·km;
2. OM2 refere-se à fibra ótica multimodo de diâmetro central de 50 μm ou 62.5 μm com uma largura de banda de injeção total de 850/1300 nm e acima de 500/500 MHz·km;
3. OM3 é uma fibra multimodo com diâmetro de núcleo de 50 μm otimizada por laser de 850 nm. Em Ethernet de 10 Gb/s usando VCSEL de 850 nm, a distância de transmissão da fibra pode chegar a 300 m.
4. OM4 é uma versão atualizada da fibra óptica multimodo OM3, e a distância de transmissão da fibra óptica pode chegar a 550 m.

Comparação de parâmetros e especificações das fibras ópticas OM1, OM2, OM3 e OM4

Formato	Diâmetro da fibra (μm)	Tipo de fibra óptica	1 GigabitEthernet 1000BASE-SX	1 GigabitEthernet 1000BASE-LX	10 Gbps Ethernet 10 GBASE	Ethernet de 40 Gbps 40GBASE SR4	Ethernet de 100 Gbps 100GBASE SR4
OM1	62.5/125	multimodo	275m	550m	33m	não suportada	não suportada
OM2	50/125	multimodo	550m	550m	82m	não suportada	não suportada
OM3 (otimizado para laser)	50/125	multimodo	550m	550m	300m	100m (SR4)	100m (SR4)
OM4 (otimizado para laser)	50/125	multimodo	550m	550m	400m	150m (SR4)	150m (SR4)
monomodo	9/125	modo único	5km a 1310nm	5km a 1310nm		N/D

Comparação de design de fibras OM1, OM2, OM3 e OM4

1. Os tradicionais OM1 e Fibras multimodo OM2 usar LED (Light Emitting Diode) como fonte de luz básica em termos de padrão e design, enquanto OM3 e OM4 são otimizados com base no OM2, tornando-os adequados para a transmissão com LD (Laser Diode) como fonte de luz;
2. Comparado com OM1 e OM2, OM3 tem maior taxa de transmissão e largura de banda, por isso é chamado de fibra multimodo otimizada ou fibra multimodo 10G;
3. OM4 é reotimizado com base no OM3, com melhor desempenho.

Comparação das funções e características das fibras ópticas OM1, OM2, OM3 e OM4

1. OM1: Grande diâmetro do núcleo e abertura numérica, com forte capacidade de captação de luz e características anti-dobra.
2. OM2: O diâmetro do núcleo e a abertura numérica são relativamente pequenos, o que efetivamente reduz a dispersão modal da fibra multimodo, aumenta significativamente a largura de banda e reduz o custo de produção em 1/3.
3. OM3: O uso de revestimento externo retardador de chamas pode impedir a propagação de chamas, evitar a emissão de fumaça, gás ácido e gás venenoso, etc., e atender às necessidades de taxa de transmissão de 10 Gb/s.
4. OM4: Desenvolvido para transmissão a laser VSCEL, a largura de banda efetiva é mais que o dobro da OM3.

Comparação de aplicações de fibras ópticas OM1, OM2, OM3 e OM4

1. OM1 e OM2 foram amplamente implantados em aplicativos de construção por muitos anos, suportando transmissão Ethernet com no máximo 1 Gb.
2. Cabos ópticos OM3 e OM4 são geralmente usados ​​no ambiente de fiação do data center, suportando a transmissão de 10G ou mesmo Ethernet de alta velocidade 40/100G.

Diâmetros de fibra de om1, om2, om3 e om4

Quando usar o jumper de fibra óptica OM3?

fibra óptica OM3 é uma fibra ótica projetada para funcionar com VCSEL, em conformidade com a especificação de fibra ótica OM-3 da ISO/IEC11801-2nd e atende aos requisitos de aplicações de 10 Gigabit Ethernet. Existem muitos tipos de fibra óptica OM3, incluindo tipo interno, versatilidade interna/externa, etc., e o número de núcleos da fibra óptica varia de 4 a 48 núcleos. Além disso, todos os aplicativos baseados na antiga fibra multimodo 50/125 são suportados, incluindo fontes de luz LED e fontes de luz laser.

1. A distância de transmissão de Gigabit Ethernet usando o sistema de fibra óptica OM3 pode ser estendida para 900 metros, o que significa que os usuários não precisam usar dispositivos laser caros quando a distância entre edifícios excede 550 metros.
2. Dentro de uma distância de 2000 metros, a fibra multimodo padrão de 62.5/125μm pode ser usada em várias situações dentro da faixa de taxa OC-12 (622Mb/s), e a fibra monomodo será usada caso contrário. No entanto, o surgimento da fibra multimodo OM3 mudou essa situação. Como a fibra OM3 pode aumentar a distância de transmissão de sistemas Gigabit e 10 Gigabit, o uso de módulos ópticos de comprimento de onda de 850nm e VCSEL será a solução de cabeamento mais econômica.
3. Quando o comprimento do link excede 1000 metros, a fibra monomodo ainda é a única opção no momento. A fibra monomodo pode atingir uma distância de transmissão de 5 quilômetros em um comprimento de onda de 1310 nm em um sistema gigabit e uma distância de transmissão de 10 quilômetros em um sistema de 10 gigabits.
4. Quando o comprimento do link for menor ou igual a 1000 metros, a fibra multimodo OM3 50μm pode ser usada no sistema Gigabit, e a fibra monomodo deve ser usada no sistema 10 Gigabit.
5. Quando o comprimento do link é inferior a 300 metros, a fibra multimodo OM3 pode ser usada em qualquer sistema Gigabit e 10 Gigabit.

Quando usar o jumper de fibra óptica OM4?

Para um link típico, o custo do módulo óptico é muito caro. Embora o custo da fibra monomodo seja mais barato do que a fibra multimodo, a fibra monomodo requer um módulo óptico de 1300 nm muito caro, cujo custo é cerca de 2 a 3 vezes maior que o de um módulo óptico multimodo de 850 nm. Em geral, o custo de um sistema de fibra multimodo é muito menor do que o do sistema de fibra monomodo.

Ao investir em cabeamento de fibra ótica, se considerarmos aumentar o investimento inicial de alguns cabeamentos e adotar melhores fibras multimodo, como fibra OM4, podemos garantir que a atual tecnologia de fibra multimodo possa ser totalmente utilizada e reduzir o custo geral do sistema atual; Quando o sistema precisa ser atualizado para um sistema de taxa mais alta, como 40G e 100G, o OM4 ainda pode ser usado e economizará mais despesas.

Em uma palavra, quando a taxa de transmissão é maior que 1 Gb/s, é uma boa escolha de sistema adotar a fibra multimodo. Quando o sistema requer uma taxa de transmissão mais alta, nossas diretrizes para escolher a fibra OM4 são as seguintes:

1. Para usuários Ethernet, na transmissão do sistema de 10Gb/s, a distância de transmissão pode chegar a 300m a 600m; Em sistemas de 40Gb/s e 100Gb/s, a distância de transmissão está entre 100m e 125m.
2. Para usuários da rede do campus, a fibra OM4 suportará comprimento de link de fibra de 4 Gb/s de 400 m, comprimento de link de fibra de 8 Gb/s de 200 m ou comprimento de link de fibra de 16 Gb/s de 130 m.

Resumo

A tecnologia de fibra multimodo foi desenvolvida de OM1 multimodo para OM4 que agora suporta 10 Gbps, o que fará com que o investimento do usuário obtenha o retorno mais efetivo e se torne a melhor escolha para cabeamento de backbone ou fibra para o desktop.