Cáp quang OM5 so sánh với Cáp quang Multimode OM4

Sợi cáp quang Multimode là thành phần chính của cơ sở hạ tầng cáp quang trong các trung tâm dữ liệu và mạng trường học. Tiêu chuẩn ISO/IEC 11801 xác định năm loại sợi cáp quang Multimode: OM1, OM2, OM3, OM4 và OM5. Trong phần này, chúng tôi sẽ xem xét những kiến thức cơ bản về sợi cáp quang Multimode và sự phát triển của các tiêu chuẩn sợi khác nhau. Chúng ta sẽ thảo luận về sự khác biệt giữa OM4 và OM5 và làm sáng tỏ những quan niệm sai lầm, thảo luận khi nào OM5 là lựa chọn thích hợp và khi nào OM4 sẽ hoạt động tốt.

Cáp quang OM5 so với Cáp quang Multimode OM4

Bây giờ chúng ta đã đặt mọi thứ vào đúng ngữ cảnh, chúng ta có thể so sánh Cáp quang Multimode OM4 và Cáp quang OM5 và làm sáng tỏ những quan niệm sai lầm đó. Hãy bắt đầu với hiệu suất. Hãy nhớ lại rằng EMB được xác định cho độ dài sợi cụ thể ở bước sóng đo cụ thể và nó thay đổi theo bước sóng. Tiêu chuẩn TIA cho Cáp quang Multimode OM4 chỉ yêu cầu băng thông 4700 MHz.km ở bước sóng đo 850 nm. Ở các bước sóng khác, không có thông số kỹ thuật nào được thiết lập cho EMB; do đó, EMB rất khác nhau ở bước sóng không phải 850nm giữa các sợi Cáp quang Multimode OM4 có bán trên thị trường khác nhau.

Ngược lại, Cáp quang OM5 có yêu cầu là 4700 MHz.km ở 850 nm, nhưng cũng có yêu cầu là 2470 MHz.km ở 953 nm. Yêu cầu bổ sung này đảm bảo rằng tất cả các sợi Cáp quang OM5 sẽ đáp ứng yêu cầu hiệu suất tối thiểu đó ở bước sóng 953 nm.

Đã có nhiều ý kiến cho rằng Cáp quang OM5 có phạm vi tiếp cận tốt hơn Cáp quang Multimode OM4. Điều đó không hẳn là đúng. Chỉ các bộ thu phát đa bước sóng có bước sóng hoạt động bao gồm các bước sóng dài hơn như 940 nm mới có thể tận dụng lợi thế tầm với của Cáp quang OM5. Vì Cáp quang OM5 có EMB tối thiểu bắt buộc ở 953 nm nên tất cả các sợi Cáp quang OM5 đều có phạm vi tiếp cận tối thiểu được đảm bảo ở các bước sóng dài hơn. Do thông số kỹ thuật Cáp quang Multimode OM4 không bao gồm yêu cầu EMB ở các bước sóng dài hơn nên băng thông ở các bước sóng này không được kiểm soát. Nó có thể tệ hơn Cáp quang OM5-hoặc có thể tốt hơn. Đơn giản là không có cách nào để biết.

Điều đó có nghĩa là Cáp quang OM5 là lựa chọn tốt hơn? Không cần thiết. Chỉ dành cho các bộ thu phát module quang multimode bước sóng hoạt động trên dải sóng từ 850 nm đến 940 nm thì Cáp quang OM5 mới mang lại sự cải thiện hiệu suất đáng kể so với Cáp quang Multimode OM4. Trong những trường hợp này, việc tăng chi phí là đáng giá. Tuy nhiên, phần lớn các máy thu phát đa mode chỉ hoạt động ở bước sóng 850 nm. Trong những trường hợp này, Cáp quang OM5 không có lợi ích gì so với Cáp quang Multimode OM4.

Hỗ trợ của Cisco về Cáp quang OM5

Hầu hết các bộ thu phát module quang Multimode của Cisco đều là thiết bị có bước sóng đơn hoạt động ở bước sóng 850 nm; do đó, không có sự khác biệt về phạm vi tiếp cận của các bộ thu phát này cho dù sử dụng Cáp quang OM5 hay Cáp quang Multimode OM4. BiDi sử dụng hai bước sóng và tương tự, phạm vi bước sóng không mang lại lợi ích đáng kể từ Cáp quang OM5.

Cisco QSFP-40G-CSR4 có bốn làn và hoạt động trên bốn bước sóng (850, 880, 910 và 940 nm). Mô-đun này được hưởng lợi từ băng thông được cải thiện của Cáp quang OM5 và do đó có phạm vi tiếp cận 440 m trên Cáp quang OM5 so với 400 m trên Cáp quang Multimode OM4.

Trong lĩnh vực thương mại, sợi đa mode được phân loại theo băng thông phương thức của chúng. Nhớ lại các loại sợi được xác định theo ISO/IEC 11801: OM1, OM2, OM3, OM4 và OM5. Trong trường hợp OM1 và OM2, tiêu chuẩn xác định thông số kỹ thuật cho đường kính lõi là 50 µm và 62,5 µm, trong khi thông số kỹ thuật OM3, OM4 và OM5 chỉ được xây dựng xung quanh đường kính lõi 50 µm.

Sự ra đời của VCSELS vào cuối những năm 90, với khả năng duy trì tốc độ điều chế cao, đã thúc đẩy các nhà sản xuất sợi quang cải thiện băng thông sợi quang để tận dụng nguồn mới này. Kết quả là OM3, một loại sợi đa mode lõi 50 µm mới có khả năng hỗ trợ truyền 10 Gb/s. Tiêu chuẩn OM3 được xuất bản năm 2002 và được liên kết chặt chẽ với tiêu chuẩn Ethernet IEEE 802.3 10GbE, cũng được phát hành vào năm 2002. OM3 hỗ trợ tốc độ 10 Gb/s trên các liên kết lên tới 300 m.

Sau khi giới thiệu sợi OM3, các nhà sản xuất đã nỗ lực hướng tới loại sợi cao hơn, Sợi Cáp quang Multimode được tối ưu hóa bằng Laser (LO-MMF), với các thông số kỹ thuật chặt chẽ hơn. Kết quả là OM4, có băng thông phóng vượt mức (OFL) là 3500 ở 850 nm (sẽ nói thêm về điều đó sau). OM4 cho phép hoạt động ở tốc độ 10 Gb/s trên khoảng cách lên tới 400 m. Ngoài ra, nó hỗ trợ các liên kết Ethernet điểm-điểm 40 Gb/s và 100 Gb/s gồm bốn hoặc 10 cặp sợi trên khoảng cách lên tới 150 m.

Việc phát hành OM5 đã tạo ra sự quan tâm sâu sắc trong cộng đồng người dùng. Thật không may, nó cũng dẫn đến những quan niệm sai lầm về hiệu suất tương đối của OM4 và OM5 cũng như thời điểm sử dụng từng loại. Để làm sáng tỏ những hiểu lầm này, trước tiên chúng ta cần xem lại các kỹ thuật đo lường và kiểm tra được sử dụng để mô tả hiệu suất của sợi đa mode.

Phân loại sợi

Trong lĩnh vực thương mại, sợi cáp quang multimode được phân loại theo băng thông phương thức của chúng. Nhớ lại các loại sợi được xác định theo ISO/IEC 11801: OM1, OM2, OM3, OM4 và OM5. Trong trường hợp OM1 và OM2, tiêu chuẩn xác định thông số kỹ thuật cho đường kính lõi là 50 µm và 62,5 µm, trong khi thông số kỹ thuật OM3, OM4 và OM5 chỉ được xây dựng xung quanh đường kính lõi 50 µm.

Sự ra đời của VCSELS vào cuối những năm 90, với khả năng duy trì tốc độ điều chế cao, đã thúc đẩy các nhà sản xuất sợi quang cải thiện băng thông sợi quang để tận dụng nguồn mới này. Kết quả là OM3, một loại sợi cáp quang multimode lõi 50 µm mới có khả năng hỗ trợ truyền 10 Gb/s. Tiêu chuẩn OM3 được xuất bản năm 2002 và được liên kết chặt chẽ với tiêu chuẩn Ethernet IEEE 802.3 10GbE, cũng được phát hành vào năm 2002. OM3 hỗ trợ tốc độ 10 Gb/s trên các liên kết lên tới 300 m.

Sau khi giới thiệu sợi cáp quang OM3, các nhà sản xuất đã nỗ lực hướng tới loại sợi cao hơn, Sợi đa chế độ được tối ưu hóa bằng Laser (LO-MMF), với các thông số kỹ thuật chặt chẽ hơn. Kết quả là cáp quang OM4, có băng thông phóng vượt mức (OFL) là 3500 ở 850 nm (sẽ nói thêm về điều đó sau). OM4 cho phép hoạt động ở tốc độ 10 Gb/s trên khoảng cách lên tới 400 m. Ngoài ra, nó hỗ trợ các liên kết Ethernet điểm-điểm 40 Gb/s và 100 Gb/s gồm bốn hoặc 10 cặp sợi trên khoảng cách lên tới 150 m.

Việc phát hành cáp quang OM5 đã tạo ra sự quan tâm sâu sắc trong cộng đồng người dùng. Thật không may, nó cũng dẫn đến những quan niệm sai lầm về hiệu suất tương đối của OM4 và OM5 cũng như thời điểm sử dụng từng loại. Để làm sáng tỏ những hiểu lầm này, trước tiên chúng ta cần xem lại các kỹ thuật đo lường và kiểm tra được sử dụng để mô tả hiệu suất của sợi cáp quang multimode.

Điều kiện khởi động quá đầy

Đèn LED, nguồn ban đầu được sử dụng với sợi quang đa mode, kích thích tất cả các chế độ có thể có trong sợi quang. Để thử nghiệm, điều kiện OFL mô phỏng đèn LED khá tốt bằng cách kích thích đồng đều tất cả các chế độ dẫn hướng trong sợi quang. Sợi OM1 và OM2 được xác định bằng băng thông OFL vì ban đầu chúng được phát triển để sử dụng với nguồn sáng LED.

Chúng tôi đo băng thông OFL bằng cách sử dụng bộ trộn chế độ giữa tia laser và sợi quang để mang lại khả năng phóng vượt mức đồng đều về mặt không gian, góc cạnh và đồng đều. Sau đó, băng thông OFL được đo bằng cách đưa một xung ánh sáng ngắn vào sợi quang và đo phản ứng thời gian của nó. Dữ liệu từ xung đầu vào và xung đầu ra được biến đổi Fourier để chuyển đổi từ miền thời gian sang miền tần số, sau đó tần số được giải quyết tại điểm nửa công suất. Tần số đó chính là băng thông. Kết quả được chuẩn hóa theo độ dài và được biểu thị dưới dạng tích độ dài băng thông tính bằng đơn vị MHz.km

Băng thông phương thức hiệu quả (EMB)

Băng thông OFL thực hiện tốt công việc mô phỏng các điều kiện phóng của nguồn sáng LED, nhưng nó không đại diện cho VCSEL. VCSEL có góc chùm hẹp hơn nhiều so với đèn LED và kích thích số lượng chế độ có thể có trong sợi quang ít hơn. Ngoài ra, các VCSEL có điều kiện phóng khác nhau đáng kể. Đối với các sợi đa mode hiện đại được thiết kế để sử dụng với VCSEL, chúng tôi xác định dung lượng sợi bằng cách sử dụng Băng thông phương thức hiệu quả (EMB).

EMB là sản phẩm có độ dài tần số và do đó nó được định nghĩa là dành cho độ dài sợi cụ thể ở bước sóng đo cụ thể, được biểu thị bằng đơn vị MHz.km. Do số lượng lớn các mẫu VCSEL nên không có điều kiện khởi động tiêu chuẩn nào được xác định. Tuy nhiên, có những chiến lược để mô tả đặc tính của sợi với VCSEL. EMB là số liệu được tính toán phụ thuộc vào Độ trễ chế độ vi sai (DMD) và đầu ra của tia laser.

Phép đo DMD là một cách mô tả đặc tính phương thức của sợi đa mode. Có rất nhiều chế độ mà ánh sáng có thể truyền qua nên chúng tôi nhóm các chế độ đó thành các nhóm chế độ. Sự khác biệt về độ trễ của nhóm chế độ được xác định là DMD. DMD là một phép định lượng độ phân tán phương thức, vì nó xác định độ trễ thời gian cho các phương thức trong các khu vực cụ thể của sợi quang.

Phép đo DMD liên quan đến việc sử dụng sợi quang singlemode để đưa một xung ánh sáng ngắn vào sợi quang đa mode theo các bước trên bán kính của sợi đa mode. Vị trí của sợi đơn mode so với tâm của sợi đa mode được gọi là khởi động offset. Thời gian mà mỗi xung này cần để truyền qua một chiều dài sợi quang được vẽ theo độ phóng lệch của nó.

Các giá trị DMD được xác định trong tiêu chuẩn để cho phép giá trị EMB tối thiểu. Các tiêu chuẩn cũng đề xuất một giải pháp thay thế cho các giá trị DMD: EMBc, băng thông phương thức hiệu quả được tính toán, đã được xác định để đánh giá EMB tồi tệ nhất mà sợi quang có thể biểu hiện khi được ghép nối với VCSEL. IEC 11801 chỉ định các giá trị EMB cho OM3, OM4 và OM5 vì các sợi này được phát triển để sử dụng với VCSEL

Khi nào tôi nên sử dụng sợi cáp quang OM5

Nhu cầu sắp xếp các hoán vị này có thể giải thích một phần số lượng triển khai Cáp quang OM5 được cho là thấp cho đến nay. Ngay cả các nhà cung cấp cáp có cáp multimode OM5 trong danh mục đầu tư của họ cũng lưu ý rằng hầu hết các liên kết Ethernet 40 và 100 Gigabit có thể nằm trong tầm với của OM4, khiến cho phạm vi mở rộng của OM5 trở nên không cần thiết.

Phần kết luận

Sự thật hiển nhiên về mặt kỹ thuật là không có giải pháp hoàn hảo, chỉ có giải pháp tốt nhất cho ứng dụng hiện có. Cáp quang OM5 về bản chất không tốt hơn cáp quang Multimode OM4. Cáp quang Multimode OM5 chỉ mang lại phạm vi tiếp cận tăng lên cho các bộ thu phát module quang có làn hoạt động ở bước sóng 940 nm. Đối với các bộ thu phát Cáp quang Multimode thông thường chỉ hoạt động ở bước sóng 850 nm, Cáp quang Multimode OM4 cung cấp giải pháp tiết kiệm chi phí.