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        天津立孚OM3/OM4萬兆多模光纜在高速網絡中的應用

        • 2021-11-03
        • 2109次

        摘要:本文介紹了多模光纖發展的最新動態,以及 OM3/OM4多模光纖在 10Gb/s, 40Gb/s和 100Gb/s高速網絡中的應用領域、技術方案和成本優勢,并介紹了多模光纖的市場情況和未來走向。

              關鍵詞:光纖 OM3/OM4光纖以太網數據中心

        1.引言

              近年來,包括以太網在內的網絡傳輸速率飛速發展。幾年前,人們可能還會懷疑10Gb/s以太網能否在企業網中得到實際應用,然而今天,10Gb/s以太網已經安裝在很多數據中心、企業網和辦公中心。并且,對帶寬的需求還在不斷上升,數據中心已經出現了40Gb/s和100Gb/s的帶寬需求。

             2010年 6月 17日, IEEE 802.3ba標準,即 40/100G以太網標準獲批。這是繼 2002年6月 IEEE發布 10G以太網標準 802.3ae后以太網發展史上的又一重大里程碑。以太網將形成10Gb/s, 40Gb/s和 100Gb/s業務長期共存的局面。

              IEEE 802.3ba標準支持 40Gb/s和 100Gb/s速率下 100米多模光纖傳輸和 40公里單模光纖傳輸。 40Gb/s主要面向服務器,而 100Gb/s則面向網絡匯聚和骨干。

        40Gb/s和 100Gb/s速率下,多模光纖傳輸將采用 850nm VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser)并行技術 (Parallel Optics Technology) ,單模光纖將采用粗波分復用 (CWDM)技術。

             IEEE任務組總是致力于采用現有媒介和技術,提出成本與性能兼顧的多種解決方案。多模光纖雖然帶寬不如單模光纖高,但由于可采用相對低廉的 VCSEL激光器,具有系統成本低的優點,從而在短距離 10Gb/ s, 40Gb/s和 100Gb/s以太網中具有競爭力。

        2.通信用多模光纖最新動態

              為了適應 10Gb/s, 40Gb/s和 100Gb/s高速以太網的需要,近幾年,多模光纖的制造工藝得到了很大的發展,多模光纖的帶寬逐步提升,與高帶寬多模光纖相關的標準也陸續出臺。早在 2002年, ISO/IEC就在 60793-2-10標準中增加了可以用于 10Gb/s以上傳輸的 OM3多模光纖子類 A1a.2。 2009年 9月, TIA率先發布了能夠以 10Gb/s傳輸 550m,以 100Gb/s傳輸 150m的 OM4多模光纖標準 TIA-492AAAD 。 IEC也將在 IEC 60793-2-10標準中設置新的多模光纖類型 A1a. 3,對 OM4多模光纖進行規范。

              OM3和 OM4光纖為 50μm芯徑漸變折射率多模光纖,數值孔徑為 0.200土 0.015。 OM3和 OM4光纖的有效模式帶寬 EMB (Effective Mode Bandwidth)的最低標準要求分別為 2000MHz. km和 4700MHz. km。有效模式帶寬可以有效評估以 850nm VC-SEL作為光源進行通信傳輸時多模光纖的帶寬。有效模式帶寬可以通過DMD (Dif-ferential Mode Delay)的測試結果進行計算得到。DMD為在多模光纖徑向不同位置注人的光脈沖在一定長度光纖上傳輸后的相對時延差。比較好的DMD測試結果如圖 l所示。

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        圖 1 DMD測試結果

             要得到高的有效模式帶寬,多模光纖的剖面必須為非常精確的拋物線。目前主要有兩大多模光纖制造工藝 PCVD (Plasma Activated Chemical Vapor Deposition)工藝和 MCVD (Modified Chemical Vapor Depo-sition)工藝。采用PCVD工藝制成的預制棒由數千層的沉積層組成,具有精確的折射率分布,并且通過工藝改進,基本消除了中心凹陷。目前, PCVD工藝為制造高帶寬多模光纖的最佳工藝。

             隨著 FTTx的快速發展,大量多模光纖走進了室內,在室內及狹窄環境下的布線,光纖經受較高的彎曲應力,特別是在應用中過長的光纖通常纏繞在越來越小型化的存儲盒中,光纖將承受很大的彎曲應力。同此,對光纜的衰減和機械抗彎曲性能提出了更高要求。為了解決這些問題,彎曲不敏感多模光纖應運而生了,并成為目前光纖領域的一大研究熱點。去年底至今年初,長飛、 Draka、 Corning、 OFS都發布了彎曲不敏感OM3/OM4多模光纖產品。該光纖與目前常規的OM3/OM4多模光纖兼容,并通過優化光纖折射率剖面設計,大大降低了光纖的宏彎附加衰減,最小彎曲半徑一般可達7.5mm。采用彎曲不敏感OM3/OM4多模光纖的室內光纜在某種程度上可以簡化安裝,從而減少安裝成本,并降低了系統中斷或失效的風險。由于彎曲不敏感OM3/ OM4多模光纖具有諸多優勢,一經推出就受到了市場的青睞。

              彎曲不敏感OM3/OM4多模光纖有望在近幾年制定相關標準,今年4月的IEC SC86A WGl會議已經討論了彎曲不敏感OM3/OM4多模光纖標準。

        3. OM3/OM4光纖在高速網絡中的應用

        3.1 OM3/OM4光纖在高速網絡中的應用方案

         

              OM3/OM4多模光纖在 10Gb/s, 40Gb/s和 100Gb/s系統巾的傳輸距離如表 l所示??梢钥闯?,在中短距離的高速網絡中,多模光纖能夠很好的勝任。

        表 1 OM3/OM4多模光纖在10Gb/S , 40Gb/S 和 100Gb/s系統中的傳輸距離 M

         

        10GBASE

        SX

        (850nm)

        40GBASE

        SR4

        (850nm)

        100GBASE

        SR10

        (850nm)

        OM3

        300

        100

        100

        OM4

        550

        150

        150

        在采用 850nm VCSEL作為光源的 10Gb/s系統中,采用OM3光纖可以傳輸 300m,采用 OM4光纖可以傳輸550m。數百米的傳輸距離使得OM3/OM4多模光纖可以廣泛應用于數據中心、局域網、高性能計算中心和存儲區域網等領域。對于采用OM3/OM4多模光纖的 40Gb/s和 100Gb/s的網絡, IEEE已經提出了并行解決方案。這有助于繼續發揮850nm VCSEL的低成本優勢。在 40Gb/s和 100Gb/s的并行系統中,將分別采用 4和10根光纖,每根光纖傳輸 10Gb/s信號。每一路 10Gb/s信號都會合并到裝有 4或 10個 VCSEL和探測器的收發器陣列中。

              采用OM3光纖的并行系統,可以在 40Gb/s和 100Gb/s傳輸 100m;采用OM4光纖的并行系統,可以在 40Gb/s和 100Gb/s傳輸 150m。而 85%的數據中心連接長度不會超過 100m,幾乎 100%數據中心連接長度不會超過 150m。

              為什么 OM3/OM4多模光纖不能在 40Gb/s和 100Gb/s系統中支持與 10Gb/s系統中同樣的連接長度呢?這是因為在 40Gb/s和 100Gb/s連接中, VCSEL的技術規范被放寬了。為了降低系統成本, IEEE802.3ba標準放寬了激光頻譜寬度要求,但同時付出了降低系統連接長度的代價。

        3.2 OM3/OM4光纖在高速網絡中的成本優勢

             多模光纖芯子大,光源與光纖易于耦合,可以采用低成本的 VCSEL作為光源。另外,與單模光纖相比,多模光纖更易于接續和耦合,多模連接器成本也比單模連接器成本低。

        采用 OM3和 OM4的 10Gb/s系統 (10GBASE-SX)的成本不到采用單模光纖的 10Gb/s系統成本的一半。

              一般可能會認為:由于光纜成本的上升,采用OM3和 OM4光纖的用于 40Gb/s和 100Gb/s的并行系統會比單模光纖系統成本高很多。然而實際情況并非如此,雖然采用多模連接的光纜成本比采用單模連接的光纜成本高很多,但器件成本占了系統成本的絕大部分。多模光纖網絡低廉的器件成本拉低了多模光纖網絡的成本。在 IEEE802.3ba任務組會議上的一份報告顯示:在 40Gb/s系統中,兩根單模光纖組成的系統的成本比采用并行技術的12根多模光纖組成的系統的成本高4倍。這種成本差距在100Gb/s系統中更大,在 100Gb/s系統中,兩根單模光纖組成的系統的成本比采用并行技術的24根多模光纖組成的系統的成本高 11倍。

        3.3 OM3/OM4光纖在高速網絡中應用現狀

             由于采用 OM3/OM4多模光纖的網絡具有巨大的成本優勢,OM3/OM4多模光纖已經廣泛應用于數據中心、局域網、辦公中心、高性能計算中心和存儲區域網等領域。

              OM3/OM4多模光纖在全球的銷量呈快速上升趨勢(如圖 2所示 )。 2010年,多模光纖全球總銷量預計約為 300萬公里,其中 OM3/OM4多模光纖將占約一半。在北美市場, OM3/OM4多模光纖的銷售比例更是占了近 70%。

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        圖2 OM3/OM4光纖全球銷量

             目前的 OM3/OM4光纖銷售中, OM3 占了絕大部分,隨著 IEEE 802. 3ba標準獲批, OM4光纖的銷售比例將會快速上升。另外,自彎曲不敏感 OM3/OM4光纖誕生以來,其銷量也呈逐漸上升趨勢。由于 OM3/OM4光纖主要用于室內,以及彎曲不敏感OM3/OM4光纖優良的抗彎曲性能,彎曲不敏感 OM3/OM4光纖將占有越來越大的市場份額。

        4.結束語

               由于多模光纖傳輸系統具有的巨大成本優勢,在 10Gb/s, 40Gb/s和 100Gb/s高速網絡中, OM3/OM4多模光纖必將繼續大量使用,與之相關的光纖本身和應用研究還會吸引大量科研人員加入,多模光纖會向更高的帶寬發展。采用 PCVD工藝在生產環境下已經實現了 10000MHz. km以上的帶寬??蒲腥藛T已經成功在 400多米的多模光纖上進行了 40Gb/s的傳輸。

              在 2010年的 OFC/NFOEC會議上,南安普頓大學的 David Payne教授在一次正式報告中講到:未來對光纖帶寬的需求越來越高,可能會對多模光纖進行模式復用。

        所以,多模光纖應該會有一個光明的未來,多模光纖會繼續在高速網絡中發揮巨大作用。


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