Кабели 50/125

Кабели 50/125: Полное руководство по многомодовым оптическим волокнам

Основные понятия и физические принципы

Оптическое волокно 50/125 — это тип многомодового оптического волокна (MMF — Multi-Mode Fiber), у которого диаметр сердцевины составляет 50 микрометров (мкм), а диаметр внешней оболочки — 125 мкм. Числитель в обозначении (50) относится к сердцевине, по которой распространяется световой сигнал, а знаменатель (125) — к диаметру оболочки, которая выполняет функцию ограничения света в сердцевине за счет явления полного внутреннего отражения.

Ключевое отличие многомодового волокна от одномодового (SMF — Single-Mode Fiber, 9/125) заключается в размере сердцевины и, как следствие, в механизме распространения света. Большой диаметр сердцевины 50 мкм позволяет одновременно передавать множество мод (пространственных мод или «лучей» света), которые движутся по разным траекториям. Это приводит к явлению, известному как модовая дисперсия, которое является основным ограничивающим фактором для дальности передачи и полосы пропускания в многомодовых системах.

Эволюция стандартов и типы волокна 50/125

За время своего развития многомодовое волокно 50/125 претерпело значительные изменения, направленные на снижение модовой дисперсии и увеличение пропускной способности.

1. OM1 (Optical Multimode 1): Исторически первое многомодовое волокно. Имеет сердцевину 62.5 мкм и оболочку 125 мкм. Волокно 50/125 OM1 существует, но менее распространено. Оно имеет минимальные характеристики полосы пропускания и используется, в основном, для систем до 100 Мбит/с. Цвет оболочки — Оранжевый.
2. OM2 (Optical Multimode 2): Стандартизированное волокно 50/125 с улучшенными, по сравнению с OM1, характеристиками. Предназначено для использования с источниками света на длине волны 850 нм. Цвет оболочки — Оранжевый.
3. OM3 (Optical Multimode 3): Волокно 50/125, оптимизированное для лазерных источников света (VCSEL — Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser). Относится к классу лазер-оптимизированных многомодовых волокон (LOMMF). OM3 обеспечивает значительно повышенную полосу пропускания (до 2000 МГц·км на 850 нм) и поддерживает передачу 10 Gigabit Ethernet на расстояния до 300 метров. Цвет оболочки — Голубой (Aqua).
4. OM4 (Optical Multimode 4): Дальнейшее развитие OM3 с еще более высокими значениями полосы пропускания (до 4700 МГц·км на 850 нм). Позволяет увеличить дальность передачи 10GbE до 400 метров, а также поддерживает emerging стандарты 40GbE и 100GbE. Цвет оболочки — Голубой (Aqua).
5. OM5 (Optical Multimode 5): Новейший стандарт, также известный как Wide Band Multimode Fiber (WBMMF). Сохраняет физические размеры 50/125, но расширяет рабочый диапазон длин волн от 850 до 953 нм. Это позволяет использовать технологию коротковолнового мультиплексирования (SWDM — Short Wavelength Division Multiplexing) для передачи нескольких каналов по одному волокну, что увеличивает общую пропускную способность. Цвет оболочки — Лимонно-зеленый (Lime Green).

Ключевые параметры и характеристики

Для понимания применения волокон 50/125 необходимо оперировать следующими техническими параметрами:

• Полоса пропускания (Bandwidth): Измеряется в МГц·км. Это интегральный параметр, характеризующий способность волокна передавать информацию. Определяется как частотная характеристика, на которой уровень оптического сигнала падает на 3 дБ. Указывается для двух основных длин волн: 850 нм и 1300 нм.
• Затухание (Attenuation): Измеряется в дБ/км. Показывает, насколько ослабевает оптический сигнал при прохождении по волокну. Зависит от длины волны. Минимальное затухание для MMF наблюдается на длине волны 1300 нм.
• Диаметр модового поля (Mode Field Diameter): Эффективный диаметр области, по которой распространяется свет в сердцевине.
• Ширина полосы эффективной моды (EMB — Effective Modal Bandwidth): Более современный и точный параметр для лазер-оптимизированных волокон (OM3, OM4, OM5), который учитывает влияние условий возбуждения мод на полосу пропускания.

Сравнительные таблицы характеристик

*Таблица 1: Сравнение классов многомодовых волокон согласно стандарту ISO/IEC 11801 и TIA-492*

Параметр	OM1 (62.5/125)	OM2 (50/125)	OM3 (50/125)	OM4 (50/125)	OM5 (50/125)
Цвет оболочки	Оранжевый	Оранжевый	Голубой (Aqua)	Голубой (Aqua)	Лимонно-зеленый (Lime)
Полоса пропускания (MHz·km), 850 нм	200	500	1500	3500	3500 (и выше для SWDM)
Полоса пропускания (MHz·km), 1300 нм	500	500	500	500	500
EMB (Min), 850 нм	—	—	2000	4700	4700
EMB (Min), 1300 нм	—	—	—	—	—
Затухание (макс., дБ/км), 850 нм	3.5	3.5	3.0	3.0	3.0 / 2.2*
Затухание (макс., дБ/км), 1300 нм	1.5	1.5	1.5	1.5	1.5 / 0.8*
Типичное применение	LED, 100BASE-FX	LED, 1GbE	VCSEL, 10GbE	VCSEL, 40/100GbE	SWDM, 40/100/400GbE

*Для OM5 указываются значения затухания для расширенного диапазона (850/1300 нм и 953 нм соответственно).*

*Таблица 2: Максимальная дальность передачи (в метрах) для различных протоколов по многомодовому волокну 50/125*

Протокол	Скорость	OM2	OM3	OM4	OM5
Ethernet	1000BASE-SX	1 Гбит/с	550 м	550 м	550 м	550 м
	10GBASE-SR	10 Гбит/с	82 м	300 м	400 м	400 м
	40GBASE-SR4	40 Гбит/с	—	100 м	150 м	150 м
	100GBASE-SR4	100 Гбит/с	—	70 м	100 м	100 м
Fibre Channel	8GFC	8.5 Гбит/с	150 м	860 м	860 м	860 м
	32GFC	28.05 Гбит/с	—	100 м	150 м	150 м

Области применения

Волокна 50/125, особенно классов OM3, OM4 и OM5, нашли широкое применение в инфраструктурах, требующих высокой пропускной способности на относительно коротких расстояниях:

• Центры обработки данных (ЦОД): Основная область применения. Используется для соединения серверов, коммутаторов и систем хранения данных в рамках одного или соседних зданий.
• Структурированные кабельные системы (СКС) зданий: Для магистральных и горизонтальных подсистем в офисных и административных зданиях.
• Системы видеонаблюдения: Для передачи видео высокого разрешения.
• Промышленные сети: В условиях сильных электромагнитных помех, где медные кабели неприменимы.
• Вычислительные кластеры и суперкомпьютеры.

Преимущества и недостатки по сравнению с другими типами волокон

• По сравнению с OM1 (62.5/125):
  • Преимущества: Более высокая полоса пропускания, лучшая совместимость с лазерными источниками, большая дальность передачи на высоких скоростях.
  • Недостатки: Меньшая распространенность в устаревших системах.
• По сравнению с одномодовым волокном (SMF, 9/125):
  • Преимущества:
    • Стоимость: Оптические трансиверы (приемопередатчики) для MMF (SX, SR, SR4) значительно дешевле трансиверов для SMF (LX, EX, ZX, LR, ER).
    • Простота монтажа и обслуживания: Большая сердцевина 50/125 упрощает процесс сварки и подключения коннекторов, снижая требования к точности и, как следствие, стоимость монтажных работ.
  • Недостатки:
    • Ограниченная дальность: Из-за модовой дисперсии дальность передачи ограничена несколькими сотнями метров (для 10/40/100 Гбит/с).
    • Ограниченная пропускная способность: Потенциал для увеличения скорости передачи данных конечен.

Рекомендации по проектированию и монтажу

1. Выбор класса волокна: Для новых проектов следует использовать волокна не ниже OM3. OM4 рекомендуется для магистральных каналов в ЦОД и для поддержки 40/100 Гбит/с. OM5 рассматривается для перспективных систем, где планируется использование SWDM-технологий.
2. Учет дифференциальной модовой задержки (DMD): Для лазер-оптимизированных волокон критически важным является качество сварки и соединений. Некачественный монтаж может нарушить профиль показателя преломления и drastically снизить эффективную полосу пропускания (EMB).
3. Использование правильных трансиверов: Для волокон OM3/OM4/OM5 необходимо использовать трансиверы, рассчитанные на работу с многомодовым волокном (например, SFP+ SR, QSFP+ SR4). Использование трансиверов для одномодового волокна на MMF приведет к перегрузке приемника и выходу его из строя.
4. Ограничение числа соединений: Каждый разъемный или неразъемный соединитель вносит дополнительные потери. При расчете бюджета потерь (Link Loss Budget) необходимо суммировать затухание во всех компонентах линии.

---

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Вопрос: Почему для многомодовых волокон используется преимущественно длина волны 850 нм, а для одномодовых — 1310/1550 нм?
Ответ: Это связано с физикой распространения света и технологией источников. На длине волны 850 нм достигается оптимальное соотношение между низкой стоимостью лазерных диодов (VCSEL) и приемлемым уровнем затухания в многомодовом волокне. В одномодовом волокне затухание минимально на 1310 нм и особенно на 1550 нм, что и определяет выбор для дальних линий связи.

Вопрос: Можно ли соединить волокно 50/125 с волокном 62.5/125?
Ответ: Да, физически это возможно с помощью сплайса или адаптера. Однако такое соединение приведет к значительным оптическим потерям (до 4-6 дБ на стыке) из-за несоответствия диаметров сердцевин. Это может нарушить работоспособность линии. Такие соединения не рекомендуются стандартами и должны быть заменены на однородные.

Вопрос: В чем принципиальное различие между полосой пропускания (Bandwidth) и EMB?
Ответ: Полоса пропускания (OFL — Overfilled Launch Bandwidth) измеряется при условии возбуждения всех возможных мод в волокне с помощью светодиода (LED). EMB измеряется при условии возбуждения ограниченного числа мод лазерным источником (VCSEL), что более точно моделирует реальные условия работы в современных высокоскоростных системах. Для OM3/OM4/OM5 именно EMB является решающим параметром.

Вопрос: Имеет ли смысл переходить на OM5, если сейчас используется OM4?
Ответ: Если текущие потребности полностью удовлетворяются OM4 (например, все каналы 100 Гбит/с не превышают 100 м) и не планируется внедрение технологий типа SWDM в обозримом будущем, то срочной необходимости в переходе на OM5 нет. OM5 — это, в первую очередь, инвестиция в будущую масштабируемость и снижение общего количества волокон за счет мультиплексирования.

Вопрос: Что такое «условная полоса пропускания» и почему она важна для OM3/OM4?
Ответ: Условная полоса пропускания — это расчетный параметр, используемый для определения максимальной длины канала для конкретного протокола (например, 10GBASE-SR). Она учитывает как модовую дисперсию (ограничивающую фактор на 850 нм), так и хроматическую дисперсию. Для OM3 на 850 нм минимальная полоса пропускания составляет 2000 МГц·км, что и позволяет гарантировать работу 10GbE на 300 метров.

Вопрос: Какие коннекторы используются с волокнами 50/125?
Ответ: Наиболее распространенными являются коннекторы типа LC (для дуплексных соединений) и MTP/MPO (для многожильных соединений, используемых в 40/100 Гбит/с). Также встречаются SC и ST, но их использование в новых высокоскоростных системах сокращается.