天津立孚OM3/OM4萬兆多模光纜在高速網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用
摘要:本文介紹了多模光纖發(fā)展的最新動態(tài)，以及 OM3/OM4多模光纖在 10Gb/s, 40Gb/s和 100Gb/s高速網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用領(lǐng)域、技術(shù)方案和成本優(yōu)勢，并介紹了多模光纖的市場情況和未來走向。
關(guān)鍵詞:光纖 OM3/OM4光纖以太網(wǎng)數(shù)據(jù)中心
1.引言
近年來，包括以太網(wǎng)在內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)傳輸速率飛速發(fā)展。幾年前，人們可能還會懷疑10Gb/s以太網(wǎng)能否在企業(yè)網(wǎng)中得到實(shí)際應(yīng)用，然而今天，10Gb/s以太網(wǎng)已經(jīng)安裝在很多數(shù)據(jù)中心、企業(yè)網(wǎng)和辦公中心。并且，對帶寬的需求還在不斷上升，數(shù)據(jù)中心已經(jīng)出現(xiàn)了40Gb/s和100Gb/s的帶寬需求。
2010年 6月 17日， IEEE 802.3ba標(biāo)準(zhǔn)，即 40/100G以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)獲批。這是繼 2002年6月 IEEE發(fā)布 10G以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn) 802.3ae后以太網(wǎng)發(fā)展史上的又一重大里程碑。以太網(wǎng)將形成10Gb/s， 40Gb/s和 100Gb/s業(yè)務(wù)長期共存的局面。
IEEE 802.3ba標(biāo)準(zhǔn)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(wù)器，而 100Gb/s則面向網(wǎng)絡(luò)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(shù) (Parallel Optics Technology) ，單模光纖將采用粗波分復(fù)用 (CWDM)技術(shù)。
IEEE任務(wù)組總是致力于采用現(xiàn)有媒介和技術(shù)，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(tǒng)成本低的優(yōu)點(diǎn)，從而在短距離 10Gb/ s, 40Gb/s和 100Gb/s以太網(wǎng)中具有競爭力。
2.通信用多模光纖最新動態(tài)
為了適應(yīng) 10Gb/s， 40Gb/s和 100Gb/s高速以太網(wǎng)的需要，近幾年，多模光纖的制造工藝得到了很大的發(fā)展，多模光纖的帶寬逐步提升，與高帶寬多模光纖相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)也陸續(xù)出臺。早在 2002年， ISO/IEC就在 60793-2-10標(biāo)準(zhǔn)中增加了可以用于 10Gb/s以上傳輸?shù)?OM3多模光纖子類 A1a.2。 2009年 9月， TIA率先發(fā)布了能夠以 10Gb/s傳輸 550m，以 100Gb/s傳輸 150m的 OM4多模光纖標(biāo)準(zhǔn) TIA-492AAAD 。 IEC也將在 IEC 60793-2-10標(biāo)準(zhǔn)中設(shè)置新的多模光纖類型 A1a. 3，對 OM4多模光纖進(jìn)行規(guī)范。
OM3和 OM4光纖為 50μm芯徑漸變折射率多模光纖，數(shù)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(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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(jié)果進(jìn)行計(jì)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(jié)果如圖 l所示。
圖 1 DMD測試結(jié)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(yù)制棒由數(shù)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(jìn)，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(fā)展，大量多模光纖走進(jìn)了室內(nèi)，在室內(nèi)及狹窄環(huán)境下的布線，光纖經(jīng)受較高的彎曲應(yīng)力，特別是在應(yīng)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(yīng)力。同此，對光纜的衰減和機(jī)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(yīng)運(yùn)而生了，并成為目前光纖領(lǐng)域的一大研究熱點(diǎn)。去年底至今年初，長飛、 Draka、 Corning、 OFS都發(fā)布了彎曲不敏感OM3/OM4多模光纖產(chǎn)品。該光纖與目前常規(guī)的OM3/OM4多模光纖兼容，并通過優(yōu)化光纖折射率剖面設(shè)計(jì)，大大降低了光纖的宏彎附加衰減，最小彎曲半徑一般可達(dá)7.5mm。采用彎曲不敏感OM3/OM4多模光纖的室內(nèi)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(tǒng)中斷或失效的風(fēng)險。由于彎曲不敏感OM3/ OM4多模光纖具有諸多優(yōu)勢，一經(jīng)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(guān)標(biāo)準(zhǔn)，今年4月的IEC SC86A WGl會議已經(jīng)討論了彎曲不敏感OM3/OM4多模光纖標(biāo)準(zhǔn)。
3. OM3/OM4光纖在高速網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用
3.1 OM3/OM4光纖在高速網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用方案
OM3/OM4多模光纖在 10Gb/s， 40Gb/s和 100Gb/s系統(tǒng)巾的傳輸距離如表 l所示?？梢钥闯觯谥卸叹嚯x的高速網(wǎng)絡(luò)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(tǒng)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(tǒng)中，采用OM3光纖可以傳輸 300m，采用 OM4光纖可以傳輸550m。數(shù)百米的傳輸距離使得OM3/OM4多模光纖可以廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心、局域網(wǎng)、高性能計(jì)算中心和存儲區(qū)域網(wǎng)等領(lǐng)域。對于采用OM3/OM4多模光纖的 40Gb/s和 100Gb/s的網(wǎng)絡(luò)， IEEE已經(jīng)提出了并行解決方案。這有助于繼續(xù)發(fā)揮850nm VCSEL的低成本優(yōu)勢。在 40Gb/s和 100Gb/s的并行系統(tǒng)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(fā)器陣列中。
采用OM3光纖的并行系統(tǒng)，可以在 40Gb/s和 100Gb/s傳輸 100m；采用OM4光纖的并行系統(tǒng)，可以在 40Gb/s和 100Gb/s傳輸 150m。而 85%的數(shù)據(jù)中心連接長度不會超過 100m，幾乎 100%數(shù)據(jù)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(tǒng)中支持與 10Gb/s系統(tǒng)中同樣的連接長度呢?這是因?yàn)樵?40Gb/s和 100Gb/s連接中， VCSEL的技術(shù)規(guī)范被放寬了。為了降低系統(tǒng)成本， IEEE802.3ba標(biāo)準(zhǔn)放寬了激光頻譜寬度要求，但同時付出了降低系統(tǒng)連接長度的代價。
3.2 OM3/OM4光纖在高速網(wǎng)絡(luò)中的成本優(yōu)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(xù)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(tǒng) （10GBASE-SX）的成本不到采用單模光纖的 10Gb/s系統(tǒng)成本的一半。
一般可能會認(rèn)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(tǒng)會比單模光纖系統(tǒng)成本高很多。然而實(shí)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(tǒng)成本的絕大部分。多模光纖網(wǎng)絡(luò)低廉的器件成本拉低了多模光纖網(wǎng)絡(luò)的成本。在 IEEE802.3ba任務(wù)組會議上的一份報告顯示:在 40Gb/s系統(tǒng)中，兩根單模光纖組成的系統(tǒng)的成本比采用并行技術(shù)的12根多模光纖組成的系統(tǒng)的成本高4倍。這種成本差距在100Gb/s系統(tǒng)中更大，在 100Gb/s系統(tǒng)中，兩根單模光纖組成的系統(tǒng)的成本比采用并行技術(shù)的24根多模光纖組成的系統(tǒng)的成本高 11倍。
3.3 OM3/OM4光纖在高速網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用現(xiàn)狀
由于采用 OM3/OM4多模光纖的網(wǎng)絡(luò)具有巨大的成本優(yōu)勢，OM3/OM4多模光纖已經(jīng)廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心、局域網(wǎng)、辦公中心、高性能計(jì)算中心和存儲區(qū)域網(wǎng)等領(lǐng)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(yù)計(jì)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%。
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(biāo)準(zhǔn)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(nèi)，以及彎曲不敏感OM3/OM4光纖優(yōu)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(jié)束語
由于多模光纖傳輸系統(tǒng)具有的巨大成本優(yōu)勢，在 10Gb/s， 40Gb/s和 100Gb/s高速網(wǎng)絡(luò)中， OM3/OM4多模光纖必將繼續(xù)大量使用，與之相關(guān)的光纖本身和應(yīng)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(fā)展。采用 PCVD工藝在生產(chǎn)環(huán)境下已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了 10000MHz. km以上的帶寬?？蒲腥藛T已經(jīng)成功在 400多米的多模光纖上進(jìn)行了 40Gb/s的傳輸。
在 2010年的 OFC/NFOEC會議上，南安普頓大學(xué)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(jìn)行模式復(fù)用。
所以，多模光纖應(yīng)該會有一個光明的未來，多模光纖會繼續(xù)在高速網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮巨大作用。
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