OM4多模光纖匯總

1、千家綜合布線網(wǎng) www.cabling-system.c日期:2009-08-28 om2009年8月5日,TIA標(biāo)準(zhǔn)委員會表決通過了新的EIA/TIA492AAD定義的多模光纖標(biāo)準(zhǔn)，既業(yè)界普遍關(guān)心的 OM4多模光纖。關(guān)于該光纖的標(biāo)準(zhǔn)制定，業(yè)界整整花 費(fèi)了三年的時間，可見其指標(biāo)要求和測試是一個非常復(fù)雜的過程。目前TIA認(rèn)可的這種增強(qiáng)帶寬型多模光纖 的指標(biāo)和測試方法，與康寧公司目前采用的商業(yè)化的方法非常 類似。1 什么是OM4 ?OM4光纖是一種激光優(yōu)化型纖芯為 50 ym的多模光纖，目前標(biāo)準(zhǔn)確定的指標(biāo)實(shí) 際是一種OM3多模光纖的升級版。現(xiàn)在許多康寧公司在市場上銷售的OM3光纖，其實(shí)際指標(biāo)已經(jīng)達(dá)

2、到 OM4的標(biāo)準(zhǔn)。目前的OM4標(biāo)準(zhǔn)與OM3光纖相比，只是在光纖帶寬指標(biāo)做了提升。即OM4標(biāo)準(zhǔn)在850nm波長的有效模式帶寬（EMB ）和滿注入帶寬（OFL）相比OM3光纖都做了提高。下面的表格為具體的指標(biāo)要求：OM3光纖OM4光纖850nm激光性能帶寬EMB ( MHz.km )2000 4700850nm LED光源帶寬OFL ( MHz.km )1500 35001300nm LED光源帶寬OFL ( MHz.km )500 5002 多模光纖發(fā)展的歷史OM4光纖的發(fā)展可以追溯到 20年前開發(fā)的第一根商用多模光纖。傳統(tǒng)上，多模光纖主要用來滿足局域網(wǎng)，存儲網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)中心，辦公大樓布線等對高傳

3、輸帶寬的要求，同時又要求低成本的解決方案。相比較單模光纖的系統(tǒng)，多模光纖系統(tǒng)可以采用低成本的光收發(fā)器，連接器同時安裝成本也可以更低。但在這個階段，多模光纖的發(fā) 展主要支持10M和100Mbit/s的應(yīng)用，以及今天的 1G和10Gbits/s的傳輸。隨著更高帶寬和更高傳輸速率的需求不斷增加，光纖界也在不斷開發(fā)更高性能的多模光纖。多模性能等級按照ISO/IEC 11801的標(biāo)準(zhǔn)OM （光模式Optical Mode的縮寫）來分級：OM1多模光纖，滿注入功率（ OFL）帶寬為 200/500 MHz.km 850/1300 nm （這種光纖通常為傳統(tǒng)62.5/125-卩m光纖）;OM2多模光纖，滿注

4、入功率（OFL）帶寬為500/500 MHz.km 850/1300 nmOM3激光優(yōu)化多模光纖，有效模式帶寬（EMB激光帶寬）為2000 MHz.km，主 要用來傳輸10 Gbits/sec速率的信號.現(xiàn)在，隨著網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男枨蟀l(fā)展，要求光纖能支持未來40G和100 Gbits/s的傳輸。為了滿足這一發(fā)展需求，光纖廠家開始開發(fā)基于50- ym多模光纖并能夠有更高帶寬的光纖，同時，該光纖可以充分利用850 nm VCSEL激光器技術(shù)，來降低有源設(shè)備的整體成本。這就是現(xiàn)在開發(fā)的OM4多模光纖標(biāo)準(zhǔn)。OM4光纖主要用來支持高速以太網(wǎng)（Ethernet ），光纖通道（FC）和光纖互聯(lián)（OIF）。同時在1

5、0Gbit/s系統(tǒng)中，可以傳輸 550米，這樣，就可以用于中等距離的園區(qū) 主干和超常距離的建筑物主干。在數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)中，在100米的距離內(nèi)，可以支持更高速（40G和100Gbits/s以太網(wǎng)，16G和32Gbits/s光纖通道）的數(shù)據(jù)傳輸要求。當(dāng) 然，由于其帶寬標(biāo)準(zhǔn)為 4700 MHz.km （兩倍于OM3萬兆光纖），施工和設(shè)計(jì)時就可 以有更大的冗余。例如當(dāng)其應(yīng)用于10Gbits/s系統(tǒng)時，就可以給設(shè)計(jì)人員更大的空間， 允許鏈路中增加更多的 CP連接點(diǎn)，增加了設(shè)計(jì)，施工和將來移動、增加和改變（ MA Cs）的靈活性。3 如何決定何時采用 OM4光纖？通常情況下，對于室內(nèi)小于600m的通信信道連

6、接，采用多模光纖是最經(jīng)濟(jì)的方 案?？梢圆捎孟铝蟹绞綄φ麄€鏈路的成本進(jìn)行分析：對于一個典型的鏈路，光纖收發(fā)器的成本大約是光纖連接（光纖/光纜/光連接器）的十倍。雖然單模光纖的成本比多模光纖要便宜，但是單模光纖的使用需要非常昂貴的1300nm收發(fā)器，其成本大約是 850nm多模光纖收發(fā)器的 2-3倍。綜合來看，一 個多模光纖的系統(tǒng)成本要遠(yuǎn)低于單模光纖系統(tǒng)。因此，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)應(yīng)用時，采取系統(tǒng)的方法可以有效減少系統(tǒng)造價，增加系統(tǒng)的 可用性。這就是我們提倡的降低系統(tǒng)生命周期內(nèi)的總體成本（TCO）。在投資光纖布線的時候，如果能考慮增加一些布線的初期投資，采用更好的多模光纖，如OM4光纖，就可以保證充分利用當(dāng)

7、前的多模光纖技術(shù)（康寧公司的OM4光纖完全向下兼容OM3光纖），降低當(dāng)前系統(tǒng)的整體造價；當(dāng)系統(tǒng)需要升級到更高速率的系統(tǒng)，如40GbE和100GbE的時候，初期投資仍然受到保護(hù)，而且研究表明，這種遷移模式將更 加節(jié)省成本?？傊?，當(dāng)傳輸速率大于1Gb/s時，采用多模光纖是一種很好的系統(tǒng)選擇。當(dāng)系統(tǒng)需要更高的傳輸速率時，以下規(guī)則是我們選擇OM4光纖的指導(dǎo)原則：1 .對Ethernet用戶，當(dāng)需要10Gb/s系統(tǒng)傳輸300m至600m時；或需要將來傳輸 40Gb/s 和 100Gb/s，距離在 100m 至 125m 時。2. 對 Fiber Channel 用戶，OM4 光纖將支持 4Gb/s 至

8、400m, 8Gb/s 至 200m 或 16Gb/s 至 130m 。4 40Gb/s 和 100Gb/s隨著帶寬需求的不斷增加，需要更高速率傳輸和開發(fā)下一代的傳輸標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)備方面，對Ethernet而言，10Gb/s系統(tǒng)已經(jīng)商用，需要開發(fā)下一代40Gb/s和100Gb/s系統(tǒng)；對SAN系統(tǒng)，8Gb/s系統(tǒng)已經(jīng)商用，正在開發(fā)的是16Gb/s和32Gb/s。對光纖界，則需要制定關(guān)于光纖的標(biāo)準(zhǔn)，來支持未來高速速率傳輸?shù)囊蟆?. OM4光纖標(biāo)準(zhǔn)之爭雖然隨著0M4標(biāo)準(zhǔn)的頒布，關(guān)于0M4光纖標(biāo)準(zhǔn)的爭議暫時畫上了句號，但其中的一些話題仍然是一些熱點(diǎn)的議題。-是否需要0M4標(biāo)準(zhǔn)在某些光纖廠家提出設(shè)立0M4

9、多模光纖標(biāo)準(zhǔn)的時候，質(zhì)疑的聲音就非常強(qiáng)烈。從多模光纖標(biāo)準(zhǔn)的歷史來看，0M1->0M2->0M3 的發(fā)展，每一種新的標(biāo)準(zhǔn)都是一種換代產(chǎn)品；而0M3->0M4，從性能上看，是一種改進(jìn)，兩者象一對兄弟。從應(yīng)用的角度看，0M4光纖只是比0M3光纖帶寬增加一倍，可以支持10Gb/s系統(tǒng)傳輸至600m時；或?qū)?0Gb/s和100Gb/s，傳輸距離至100m至125m。因此，沒有必要規(guī)定一種新的型號，造成用戶理解 的困難。完全可以直接提高OM3光纖的標(biāo)準(zhǔn)來支持這樣的需求。但如果采用這樣的方案，許多光纖廠家由于制造技術(shù)和測試技術(shù)的限制，就會有許多生產(chǎn)出來的光纖達(dá)不到新的 OM3標(biāo)準(zhǔn)而只能

10、當(dāng)做OM2光纖降格銷售。由于標(biāo)準(zhǔn)組織需要照顧大多數(shù)生產(chǎn)廠商的利益， 最終決定還是要開發(fā) OM4光纖標(biāo)準(zhǔn)。光纖帶寬之爭在決定開發(fā)OM4光纖標(biāo)準(zhǔn)后，爭論的焦點(diǎn)就轉(zhuǎn)移到具體的光纖指標(biāo)上來。我們知道， 多模光纖的最重要的指標(biāo)是它的帶寬BW ( Band Width )。帶寬的指標(biāo)最終決定了傳輸數(shù)據(jù)速率和距離這兩項(xiàng)實(shí)際工程應(yīng)用中碰到的參數(shù)。如果BW值定下來，那么你希望提高傳輸數(shù)據(jù)速率，相應(yīng)地就要減少傳輸距離；反之亦然。否則就會增加系統(tǒng)的誤碼率BER ( Bit RateError)，達(dá)不到系統(tǒng)正常工作的要求。諺語云：沒有免費(fèi)的午餐。作為用戶，都希望所采用的光纖帶寬越高越好，但從制造商而言，這些需求的滿足

11、是需要成本的。簡單的指標(biāo)參數(shù)的修改，可能會降低標(biāo)準(zhǔn)的使用性， 減少光纖的性價比。因此，關(guān)于850nm激光帶寬也是反復(fù)修改，可見這一指標(biāo)爭論的激烈程度。其修改的過程可以總結(jié)為：-2007 年 9 月，ISO/IEC JTC1 SC25/WG3 會議建議 850nm 激光帶寬為 4500MHz.km-同期，TIA TSB-172 Ann ex B 建議為 4700MHz.km-2008年10月，兩個組織的協(xié)調(diào)報告3n856建議為4500MHz.km另外，作為光纖制造的領(lǐng)導(dǎo)廠商康寧公司(Corning)，從用戶的實(shí)際需求出發(fā)，從綜合性價比考慮，提出了另外一個觀點(diǎn)：-自2002年發(fā)布OM3光纖標(biāo)準(zhǔn)以來

12、（該標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定 OM3光纖必須支持萬兆10Gb/s傳輸300m，任何低于支持這一鏈路長度的多模光纖都不能歸類為OM3），數(shù)據(jù)中心應(yīng)用中開始大量采用這種光纖。根據(jù)美國和歐洲用戶 2007年的統(tǒng)計(jì)，OM3光纖已經(jīng)占數(shù)據(jù)中心布 線的70%-新的光纖必需首先考慮數(shù)據(jù)中心用戶的實(shí)際需求。經(jīng)過對數(shù)據(jù)中心光纖布線長度的統(tǒng)計(jì)，87%的鏈路長度小于 150m， 95%的鏈路長度小于 200m, 100% 的鏈路長度小于 300m。-數(shù)據(jù)中心中光纖主要用于 SAN，采用FC協(xié)議的下一代數(shù)據(jù)速率為16Gb/s和32Gb/s。因此新的光纖只要滿足這個要求，就能解決大多用戶的需求。康寧公司建議的帶寬標(biāo)準(zhǔn)是3500Hz

13、.km，當(dāng)系統(tǒng)升級為 32Gb/s時,它與4700Hz.km的光纖支持的鏈路長度幾乎一樣，可以經(jīng)濟(jì)地支持用戶的需求。當(dāng)然，標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)果是照顧大多數(shù)-測試標(biāo)準(zhǔn)之爭在新的OM4標(biāo)準(zhǔn)中，大家可以看到兩個關(guān)于帶寬測試的指標(biāo)。滿注入功率（OFL）帶寬和有效模式帶寬（EMB）。其實(shí)，這兩個指標(biāo)是保證多模光纖在不同情況下的使用。多模光纖的帶寬。如下圖OFL帶寬是指收發(fā)器光源的注入面積要大于纖芯截面情況下，所示:OFL帶寬主要是為LED光源設(shè)立的測試標(biāo)準(zhǔn)。前面提到0M1和0M2光纖主要是應(yīng)用于這樣的光收發(fā)器，它們在 1300nm處有最好的帶寬值 500Hz.km。由于模間色散的原因， 采用LED光原因，它的傳輸

14、帶寬不可能再有大的提高。但是LED光收發(fā)器成本很低， 因此，在低速率數(shù)據(jù)(<100Mb/s)網(wǎng)絡(luò)中，大量采用這種光纖有源設(shè)備。在需要更高速率數(shù)據(jù)通信的時候，如果還是用上面提到的0M1或0M2光纖，就需要使用1300nm的DFB激光器。這種激光器通常是比較昂貴的，采用這種方案，就會大大增 加整個通信網(wǎng)絡(luò)的成本。VCSEL半導(dǎo)體激光器的出現(xiàn)讓人們看到了希望。它是一種基于半導(dǎo)體生產(chǎn)技術(shù)的激光 器，可以大規(guī)模生產(chǎn)，因此可以大大降低激光器的成本。但這種激光器的工作波長在 850nm， 而我們上面提到的 0M1和0M2光纖的最佳工作波長在1300nm。這就有必要開發(fā)最佳工作波長在850nm的，基于V

15、CSEL激光器的多模光纖。 從而誕生了康寧公司的激光優(yōu)化多模光 纖(Laser Optimized)，也就是 TIA標(biāo)準(zhǔn)的0M3光纖。我們前面提到 0M4光纖與0M3光纖是同門兄弟，是說0M4光纖與0M3光纖一樣，也 主要是用來支持 VCSEL激光器工作的。激光和LED光源是完全不一樣的，因此，它的工作帶寬的測試及衡量也不一樣。下圖 是激光帶寬的測試示意圖：激光帶寬用有效模式帶寬（EMB）來衡量，所以稱之為激光帶寬。所謂帶寬測試之爭也由 此而來。目前被標(biāo)準(zhǔn)化組織采納的測試標(biāo)準(zhǔn)為EMBc和DMD兩種方法。關(guān)于著兩種方法的具體測試方法和計(jì)算公式，可以說非常復(fù)雜，甚至可以作為博士論文的課題。有興趣的

16、同行我們可以單獨(dú)討論?？祵幑静捎玫氖荅MBc的方法對所有的光纖進(jìn)行帶寬測試。對上述兩種測試方法，可以打一個形象的類比來說明：奧運(yùn)會要招募舉牌的美女，要求身高1米70以上。采用DMD方法，就是在1.70高的地方畫一根線，應(yīng)聘者站過去只要超 過這根線就算合格。這種方法簡單、有效，但并不能知道每個人的具體身高。如用EMBc方法，就是測量每個人的具體身高，然后根據(jù)要求挑選合格者。這種方法更復(fù)雜一些，但能夠知道每個人的具體情況。 如果將來有具體要求，如需要一位身高1米75的人去做某項(xiàng)工作， 就可以從已知數(shù)據(jù)中挑選。實(shí)際上，在0M4制定標(biāo)準(zhǔn)的過程中，對是否需要制定更嚴(yán)格的OFL測試指標(biāo)，各參與廠商也是各

17、抒己見，這里我就不詳細(xì)說明了。6 本是同根生，相煎何太急O(jiān)M4與0M3光纖可以說是同門兄弟，那么是不是隨著0M4光纖的標(biāo)準(zhǔn)的推出， 0M3光纖就會退出舞臺呢？這種擔(dān)心我認(rèn)為是多余的。從前面的應(yīng)用分析可以看到，由于目前在局域網(wǎng)（LAN ）的需求主要是10Gb/s主干，0M3的300m鏈路長度已經(jīng)可以滿足大多數(shù)的需求。而超過 10Gb/s的需求，會主要發(fā)生在數(shù)據(jù)中心。如果采用串行通信，當(dāng)數(shù)據(jù)速率為32Gb/s是，OM3與OM4光纖仍然不分伯仲。另外，如果用 OM3光纖，采用并行光學(xué)技術(shù)，仍然可以達(dá)到100Gb/s傳輸300m的要求，遠(yuǎn)高于OM4串行傳輸?shù)逆溌烽L度。下面主要介紹一下這種技術(shù)：并行光學(xué)

18、技術(shù)（包括 850nm VCSEL矩陣和OM3光纖）為以太網(wǎng)和光纖通道（ Fiber Cha nnel）提供了低成本、高速率的解決方案。并行光傳輸技術(shù)采用空分多路復(fù)用，即將高速信號分配給幾根光纖同時發(fā)送和接受；在接受端，信號經(jīng)過解復(fù)用還原成高速信號。在整個并行光信道中，需要采用多芯連接器MTP連接。2008年1月，電氣與電子工程協(xié)會成立了IEEE 802.3ba任務(wù)組，研究 40和100GbE數(shù)據(jù)傳輸速率指南。項(xiàng)目授權(quán)（PAR）內(nèi)容包括采用激光優(yōu)化50/125 ym多模光纖（OM3）傳輸至少100米的要求。其中，OM3光纖是唯一列入 PAR計(jì)劃的多模光纖。在五月份的IEEE會議上，采納了幾個基

19、本方案， 作為建立40和100GbE標(biāo)準(zhǔn)初始草案 的基礎(chǔ)?；贠M3光纖，并采用并行光學(xué)技術(shù)的 40和100GbE傳輸技術(shù)作為基準(zhǔn)方案被采 納。這個方案把40和100GbE接口，分別定義為每個方向 4根光纖的4X10GbE信道（圖2）,乍陽倔fMWp砂軌則仙E DiawlngTriJMrrsIttiir11和每個方向10根光纖的10X10GbE信道（圖3）。1加伺聊b軾筑IGbE DrawingOpticalFiber RM亦唱'一OpHrai i TranwnrtrfFiber ro'T圖3 100 GbE并行光學(xué)傳輸系釜f于粥即就為保證布線基礎(chǔ)設(shè)施符合將來的40和100Gb

20、E要求，必須考慮光纖帶寬、時延和連接器插入損耗，從而保證使系統(tǒng)達(dá)到采用OM3多模光纖傳輸距離100米的要求。OM3是目前唯一適用于 40和100GbE系統(tǒng)的多模光纖。該光纖優(yōu)化于850nm波長傳輸，具有最小2000MHz*km 的有效模式帶寬?？祵幑静捎米钚∧Ｊ綆挘╩inEMBc）來計(jì)算上述帶寬值，與差分模式延遲（DMD）技術(shù)相比，它為 OM3光纖提供了更準(zhǔn)確的測量。有了 minEMBc，就可以得到一個真實(shí)、可測量的值，從而可靠地衡量系統(tǒng)性能。7.走在標(biāo)準(zhǔn)的前面雖然OM4多模光纖的標(biāo)準(zhǔn)才剛剛頒布，做為光纖界的龍頭老大康寧（Corning）公司已經(jīng)能夠提供ClearCurve抗彎曲型OM4多

21、模光纖了。這種光纖，不僅性能指標(biāo)滿足前面所述 OM4的標(biāo)準(zhǔn)，由于采用了新的光纖結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造標(biāo)準(zhǔn)，還具有非常好的抗彎曲性能。如果談技術(shù)上的飛越，我認(rèn)為這才是標(biāo)準(zhǔn)組織應(yīng)該盡快確定的下一代光纖。隨著傳輸速率的需求越來越高， 對布線連通性”的要求也更嚴(yán)格。新的布線系統(tǒng)不是僅 僅滿足施工驗(yàn)收時是否通過， 還要求整個系統(tǒng)必須要有很大的功率冗余，保證過小光纜彎曲而導(dǎo)致的額外衰減不會影響系統(tǒng)性能。光是沿直線傳播的。 當(dāng)你彎曲一根傳統(tǒng)光纖， 光就會在彎曲處泄露出去， 這就是我們所 說的 宏彎損耗”。當(dāng)彎曲半徑減小，從纖芯所泄漏的光的總量就會增加。光信號衰減，將導(dǎo) 致傳輸誤差的產(chǎn)生。見圖 4由于多模光纖彎曲半徑

22、的限制，在某些場合下（如數(shù)據(jù)中心和FTTD），用戶不得不面臨兩難的選擇：低成本/高帶寬性能與可靠性。新型抗彎曲多模光纖，能在不需要對標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn) 場安裝，終端監(jiān)控或維護(hù)程序作出任何調(diào)整的情況下，提供超彎曲狀態(tài)下的卓越帶寬性能。在常規(guī)情況下，要改善多模光纖的抗彎曲性能非常困難。如果把光都集中在纖芯傳輸， 將對光纖的帶寬產(chǎn)生不利影響。獲取高帶寬又抗彎曲的多模光纖，就要求技術(shù)和制造工藝的大的突破。康寧公司（Corning）通過采用光纖折射率溝槽”技術(shù)，將多模光纖大部分的模式控制在纖 芯傳輸，就可以提高光纖的抗彎曲性能。采用該技術(shù)，當(dāng)光纖受彎曲時，原來容易漏光的高階模式就會被限制在纖芯，承載的數(shù)字信息就不會受損失。反映到用戶端，就不會有丟包或數(shù)據(jù)損害。我們可以這樣做一個比喻：想象多模光纖纖芯是一條路，而模群是車隊(duì)，車隊(duì)的車輛正 平行行駛在多車道高速公路上。 目標(biāo)是使它們盡可能多的同時到達(dá)終點(diǎn)。 這相當(dāng)于多模光纖 的高帶寬和低耗損。即使道路出現(xiàn)急轉(zhuǎn)彎，在中線道的司機(jī)也試圖保住自己的位置。另一方面，外道的車輛如果想追上車隊(duì)其他的車輛，就必須在彎里得到更大位移。 這直接導(dǎo)致他們必須在每條賽車線加大油門，在此過程中，有些車輛失去了牽引力滑出高速公路路面而未能到達(dá)終點(diǎn)彎越多，就意味著越多的外道車輛滑出賽道。采用傳統(tǒng)50-um多模