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OM5 ——是什么为光纤局域网带来了新型光纤?

发布时间: 2017/8/7 8:03:34    点击:   文章来源:南方电缆网   
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  • 此刻那些正在关注IEEE802.3发展的人不会再因为对传输方式束手无策而苦恼了,因为目前一大批部分重叠的解决方案正在开发或已经标准化。现在已经可以预见:不是所有的解决方案都能取得商业上的成功。
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    此刻那些正在关注IEEE802.3发展的人不会再因为对传输方式束手无策而苦恼了,因为目前一大批部分重叠的解决方案正在开发或已经标准化。现在已经可以预见:不是所有的解决方案都能取得商业上的成功。

      在这种环境中,用户似乎持一种“观望”的态度,因为无法解释为什么光纤主干网仍运行在10G左右,这种技术从2002年开始几乎就没有变化过。得益于新技术的发展,主干网终于可以换代了——通过多模光纤的波分复用技术。下文将说明这项新技术的可期之处。

      我们是否有光网投资储备?

      通常被认为传输潜力有限的铜制数据电缆目前仍大行其道:它不仅作为IT基础设施覆盖到了整个建筑的局域网中,还同时提供了无线局域网接入点,并将分布式的构建技术连接到网络中.不仅如此,它也可用于POE供电。该局域网目前设计为10G(EA类),即自2006年以来的10GBase-T标准化技术。

      然而,大多数提供这些水平结构的光纤设施和局域网也只是在10G的水平上运行,即自2002年以来的10GBase- SR标准化技术。这与以太局域网的逻辑不兼容:为安全运行之目的,相比其接入网,主干网在速度上应处于更快的“阶段”。这就需要实施最新的自2010年起标准化的40GBase-SR4技术。

      目前在大型数据中心或骨干网中广泛采用40G的收发器,而不是使用4路10G的收发器,这种模式并不会增加各光纤对的线路速度的要求。这在经济上是有意义的,但在技术上只是权宜之计。

      引入8个多模光纤并行光缆(带四个并行引导10Gb/s通道)是技术上的一次跨越。支持使用经典二纤拓扑技术会导致复杂程度更高和运维经验的缺乏,这达不到MPO连接技术对长期表现的要求。此外,另外一个问题是链路预算有限。40G部署的时机已经成熟,不仅因为网络的层级结构,还因为40G收发器已经达到了一个合理的价格水平,为这些投资创造了前提。

      目前我们不得不承认我们的技术发展潜力遇到了瓶颈。例如在一对光纤上采用一个信号源和一个接收器不可能连续传输100G以上的数据。事实上,我们是使用多路通道并联连接的方法进行处理。除了多层完全传输路径(光缆—接收器)版本之外,还有一种将光通道在各方向上并行接入一个光纤通道的解决方案。这就是WDM(波分复用)的方法已被用于广域传输技术领域超过15年,这种技术以1550纳米为中心波长,每波之间固定间隔50Ghz或者100Ghz。最近WDM技术在850纳米-950纳米的短波长方面有了一些进展,也被称为(Shortwave-CWDM)或SWDM。

      SWDM 的宽带多模光纤

      如今,OM3和OM4多模光纤(MMF)是以太网和光纤通道应用(NRZ 调制850 纳米条件下运行)的首选媒介。如果要提高数据速率,则有效带宽受限于MMF的模式色散和低VCSEL带宽。为了克服这一限制,需使用在10G和25 Gbps线路速度下运行的并行光纤链路提高容量。然而,这种方法需要基础设施基于多光纤连接技术(MPO)。为继续使用已证实的二纤结构这一100 Gbps及以上的解决方案,可优先考虑使用单一MMF。在这种情况下,可以使用WDM技术。相比之下,OM4-MMF有更高的模态带宽,但其波长范围较为狭小,仅为850 纳米,限制了其WDM能力。至少四个WDM信道(各信道25 Gbps)的最经济运行方式应该是高带域宽频MMFs,其扩展波长范围为100纳米。考虑到向后兼容,850纳米波长不变,所以出现了850至950纳米的操作窗口(见图1)。系统中的MMF的性能与有效带宽有关,其受到有效模态带宽(EMB)和色散的影响。

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    OM5 ——是什么为光纤局域网带来了新型光纤?2

      为了保证能够达到2000 MHz * km的恒定有效带宽,EMB在850 纳米的条件下必须为4.700MHz * km且在达到950纳米的条件下不得小于2.700 MHz* km(见图2)。通过优化纤芯轮廓和调优GI核心玻璃内的α参数使得峰值EMB转变为880纳米,实现了满足该规范的宽带MMFs。

      使用可谐调钛宝石激光器在850 至950纳米各种波长范围内测量该宽带MMFs的技术原型。由此产生的典型的EMB如图2所示,并与OM4-MMF进行比较。该曲线显示了在875纳米优化宽带MMFs条件下的峰值EMB,而OM4型标准MMF在850纳米条件下呈现较窄的EMB分布。因此,宽带MMFs满足EMB规范的要求,而标准OM4-MMF在约900纳米条件下无法满足要求。

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      为展示现有和未来的系统应用中宽带MMFs的WDM能力,在850和980纳米及28 Gbps条件下进行了BER测试。误码率(BER)评估显示达到了100m传输后所需的功率储备。此外,测定BER使用的是市售的40 Gbps双工收发器,其中有2 个WDM通道(20 Gbps),分别在850和980 纳米条件下运行。因此通过宽带MMF可以获得多达300m的无差错传输(BER <10-12),这相当于该收发器的双量程。在850到980纳米范围内,距离为30纳米且容量为100G的 4个WDM通道(25.8 Gbps),可达到200m的无差错传输。

      可以通过实施先进的调制格式(如PAM-4)来进一步增加容量。在实验室中,成功实现 了宽带MMF的180Gbps传输(带四个45 Gbps PAM-4 WDM信号),其BER超过300m,而在OM4-MMF 条件下最大也只有150m。这些结果表明了宽带MMFs在无需并行光纤基础设施的条件下实现40、100 或 200Gbps的性能数据。

      成本比较

      对于40GBase-x而言,用户在网络运营方面有多个选择。由于规范了QSFP +外壳格式,根据不同的传输距离,最具性价比的收发器版本可即插即用。目前已确认了一种常见的模式:

      • 在同一数据速率的情况下,SM收发器(40Gbase-LR4)的价格比MM收发器(40Gbase- SR4)的价格高200% 至400%。

      • 该两种收发器的差价至少为€ 600,使得整个被动布线(链路)的成本倍增。

      • 因此,如果技术上可行,基于MMF的光纤主干网是较为经济的解决方案。

      一些用户担心,收发器的SWDM技术会产生大量的额外费用。简单的比较(图3)显示,基本成本要素持平甚至在某些方面更经济。

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      在这种情况下,最先可市购的SWDM收发器就成为了关注的焦点。它们通过进一步改进不仅拓宽了收发器的选择,还允许在40G和100G功率水平上使用已被证明的LC插头维护2-MMF基础设施。

      结论

      已经有用户计划升级到40GbE及以上的以太网。绝大多数应用是主干网端口对端口设备。各线路双纤的OM3已在很多情况下得以应用,且系统升级通常是一步一步地进行。上述宽带MMF能够完全后向兼容先前的OM2、OM3 乃至OM4的MMFs ,且较传统技术而言其对连接硬件没有任何其它要求,这是它的一大优势。这使得宽带MMF可以经济地将现有的10G网络转换为性价比高的40G和100G网络,并能在未来升级至200G。同时,宽带MMF已被IEEE802.3确定为下一代MMF,从而会在即将到来的网络标准制定中获得支持。

      对于那些无法忽视局域网和DC网络主干网成本的人而言,MM 光纤是不可替代的。新的宽带MMF技术提供了一种成本效益高的传输技术,使得LC双工基础设施的问题更易于处理。宽带MMF在IEC和TIA条件下已成为为标准MM光纤,在接下来的ISO / IEC11801修订版中将被定义为OM5光缆类别,其首批商业化的产品在市场上已经可以买到。

      参考文献:

      [1] A. Amezcua, D. Molin, M. Bigot-Astruc, P. Sillard:《数据通信和电信网络的下一代多模光纤》; IEEE光电协会时事通讯; 2016年8月

      [2] J. Ingham:《使用双波长PAM4传输将基线提升至100 Gb/s MMF目标》; IEEE P802.3cd; 2016年9月

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