الألياف متعددة الأوضاع: OM1 مقابل OM2 مقابل OM3 مقابل OM4

معدل الإرسال وعرض النطاق الترددي للألياف الضوئية متعددة الأوضاع

عندما يكون الحجم الهندسي للألياف (بشكل أساسي القطر الأساسي d1) أكبر بكثير من الطول الموجي للضوء (حوالي 1 ميكرون) ، سيكون هناك العشرات أو حتى المئات من أوضاع الانتشار في الألياف. سيكون لأساليب الانتشار المختلفة سرعات ومراحل انتشار مختلفة ، لذلك ستحدث تأخيرات زمنية بعد الإرسال لمسافات طويلة ، مما ينتج عنه نبضات بصرية أوسع. تسمى هذه الظاهرة التشتت المعياري للألياف الضوئية ، والمعروف أيضًا باسم التشتت متعدد الوسائط.

سيكون هناك معلمة عرض النطاق الترددي (عرض النطاق الترددي للقناة) في معلمات الألياف متعددة الوسائط ، والوحدة هي MHz · km ، وفي بعض الأحيان يُسأل عما إذا كان معدل إرسال الألياف متعددة الوسائط يصل إلى 200 Mbit / s؟ كيف نفهم العلاقة بين الاثنين؟

دعونا نفهم أولاً عرض النطاق الترددي للألياف متعددة الأوضاع.

عادة ، يتم قياس سعة المعلومات للألياف متعددة الوسائط بمنتج عرض النطاق الترددي والطول. لماذا الوحدة ليست MHz ، ولكن MHz · km؟ بادئ ذي بدء ، يجب أن نفهم خصائص الألياف متعددة الأوضاع: أدى تأخير المجموعة الإضافي ، والتشتت متعدد الوسائط ، وتشتت المواد ، وتشتت الدليل الموجي ، وما إلى ذلك في عملية إرسال إشارات الدليل الموجي الضوئية في الألياف الضوئية متعددة الأوضاع إلى تشويه الإشارة. من بينها ، يعد التشتت متعدد الوسائط هو العامل الحاسم لعرض النطاق الترددي. عادةً ما يكون تشتت المادة وتشتت الدليل الموجي مهملين في الألياف متعددة الأوضاع ، لكنهما يؤثران بشكل كبير على الألياف أحادية النمط.

سوف تتسبب العوامل المذكورة أعلاه في أن طول إرسال إشارة الدليل الموجي البصري يتناسب عكسياً مع عرض النطاق الترددي عندما يتم إرسال الإشارة في الألياف متعددة الأوضاع. بشكل عام ، كلما زاد طول الإرسال ، انخفض عرض النطاق الترددي للإرسال. وحدة MHz · km هي لوصف السعة التي يمكن أن ترسلها الألياف متعددة الأوضاع في حدود 1 KM (بشرط ألا تفشل الإشارة). طول الألياف معلمة فيزيائية مميزة. بمجرد تحديد المسافة ، يمكن تضييق نطاق اختيار الألياف وفقًا لمتطلبات النطاق الترددي الحالية أو المستقبلية للمستخدم. لذلك ، لا معنى للقول ببساطة عرض النطاق الترددي الفعلي للألياف متعددة الوسائط ، ويجب إضافة الطول لضمان عدم فشل الإشارة ، وبالتالي تصبح الوحدة MHz · KM. على سبيل المثال ، إذا كان عرض النطاق الترددي 600 MHz · KM ، فإن عرض النطاق الترددي هو 300 M فقط في مكان 2 KM. بالنسبة للألياف متعددة الأنماط ذات المؤشر التدريجي ، فإن تأثير العوامل المختلفة يجعل منتج طول عرض النطاق الترددي مقصورًا على 20 ميجا هرتز · KM ؛ بالنسبة للألياف ذات مؤشر التدرج ، يمكن أن يصل طول عرض النطاق الترددي إلى 2.5 جيجا هرتز · KM ؛ وبالنسبة للألياف أحادية الأسلوب ، نظرًا لعوامل مثل التشتت الصغير وعرض طيف مصدر الضوء الضيق ، يمكن اعتبار أن عرض نطاق الإرسال الخاص بها لا نهائي. أظهرت الدراسات أنه بالنسبة لطول موجي قصير يبلغ 0.85 ميكرومتر ، إذا كان عرض طيف الجذر التربيعي لمصدر الضوء هو 20 نانومتر ، فإن عرض النطاق الترددي الإجمالي للألياف في أفضل الحالات هو 1 جيجا هرتز فقط ؛ بالنسبة للطول الموجي 1.30 ميكرومتر ، إذا تم التحكم في دليل المظهر الجانبي جيدًا ، يمكن أن يتجاوز عرض النطاق الأعلى 10 جيجا هرتز · km.

(ملاحظات: في الوقت الحالي ، يبلغ عرض طيف الجذر التربيعي لمصباح LED (الصمام الثنائي الباعث للضوء) حوالي 5٪ من الطول الموجي المركزي. على سبيل المثال ، بافتراض أن الطول الموجي الذروة لانبعاث LED هو 850 نانومتر ، يجب أن يكون عرضه الطيفي النموذجي يكون 40 نانومتر ، أي أن معظم قوة الضوء المنبعث يتركز في نطاق الطول الموجي من 830 ~ 870 نانومتر.العرض الطيفي لمصدر ضوء LD (ليزر أشباه الموصلات) أضيق بكثير ، من بينها العرض الطيفي النموذجي لـ LD متعدد الوسائط هو 1 ~ 2 نانومتر ، في حين أن العرض الطيفي النموذجي للوضع الفردي LD هو 0.0001 نانومتر فقط.)

معدل انتقال الألياف متعددة الأوضاع يرتبط بعرض النطاق الترددي للألياف متعددة الأوضاع. بادئ ذي بدء ، يصف معدل نقل البيانات (المعروف أيضًا باسم معدل الشفرة أو معدل البت أو عرض النطاق الترددي للبيانات) عدد بتات كود البيانات المنقولة في الثانية في الاتصال. الوحدة هي بت / ثانية ، والتي يمكن تسجيلها على أنها bit / s = b / s = bps. يمكن وصف العلاقة بين عرض النطاق الترددي للقناة ومعدل نقل البيانات بمعيار نيكويست وقانون شانون.

يشير معيار Nyquist إلى أنه إذا كان الفاصل الزمني هو / ω (ω = 2πf–> 2f = w / π) ، وتم إرسال إشارة النبضة الضيقة عبر قناة الاتصال المثالية ، فلن يكون هناك تداخل متبادل بين السابق و الرموز التالية. لذلك ، يمكن كتابة العلاقة بين الحد الأقصى لمعدل إرسال البيانات Rmax (بالبت في الثانية) لإشارات البيانات الثنائية وعرض النطاق الترددي لقناة الاتصال B (B = f ، بالهرتز) على النحو التالي: Rmax = 2f. بالنسبة للبيانات الثنائية ، إذا كان عرض النطاق الترددي للقناة B = f = 200 ميجاهرتز ، فإن الحد الأقصى لمعدل نقل البيانات هو 400 ميجابت في الثانية ، ويمكن زيادة المعدل بمقدار N مرة في نظام متعدد الأذنين. تصف نظرية نيكويست العلاقة بين الحد الأقصى لمعدل إرسال البيانات لعرض نطاق محدود وقناة خالية من الضوضاء وعرض نطاق القناة.

تصف نظرية شانون العلاقة بين أقصى معدل إرسال لقناة ذات عرض نطاق محدود وضوضاء حرارية عشوائية وعرض نطاق القناة ونسبة الإشارة إلى الضوضاء. تشير نظرية شانون إلى أنه عند إرسال إشارات البيانات على قناة ذات ضوضاء حرارية عشوائية ، فإن العلاقة بين معدل نقل البيانات Rmax وعرض النطاق الترددي للقناة B ونسبة الإشارة إلى الضوضاء S / N هي: Rmax = B log2 (1+ S / N) ، وحدة Rmax هي bps ، ووحدة عرض النطاق B هي Hz ، وعادة ما يتم التعبير عن نسبة الإشارة إلى الضوضاء S / N بوحدة dB (ديسيبل). إذا كانت S / N = 30 (ديسيبل) ، فيمكن الحصول على نسبة الإشارة إلى الضوضاء وفقًا للصيغة: S / N (dB) = 10 · lg (S / N) ، S / N = 1000. إذا كان عرض النطاق B = 3000Hz ، فإن Rmax≈30kbps.

يعطي قانون شانون حدًا لمعدل نقل البيانات الأقصى لعرض نطاق محدود ، قناة صاخبة حراريًا. هذا يعني أنه بالنسبة لقناة اتصال ذات عرض نطاق ترددي 3000 هرتز فقط ، عندما تكون نسبة الإشارة إلى الضوضاء 30 ديسيبل ، بغض النظر عن البيانات التي يتم التعبير عنها بقيم ثنائية أو أكثر من المستوى المنفصل ، لا يمكن نقل البيانات بمعدل يتجاوز 30 كيلو بت في الثانية.

يرمز "OM" إلى الوضع المتعدد البصري ، وهو معيار للألياف متعددة الأوضاع للإشارة إلى مستوى الألياف. يختلف عرض النطاق والمسافة القصوى لمستويات الإرسال المختلفة ، ويتم تحليل الاختلافات من الجوانب التالية.

مقارنة المعلمات والمواصفات للألياف البصرية OM1 و OM2 و OM3 و OM4

1. OM1 تشير إلى ألياف متعددة الأوضاع قطرها 50 ميكرومتر أو 62.5 ميكرومتر مع عرض نطاق حقن كامل يبلغ 850/1300 نانومتر وما فوق 200/500 ميجا هرتز · كم ؛
2. OM2 يشير إلى الألياف الضوئية متعددة الأنماط بقطر 50 ميكرومتر أو 62.5 ميكرومتر مع عرض نطاق حقن كامل يبلغ 850/1300 نانومتر وما فوق 500/500 ميجا هرتز · كم ؛
3. OM3 عبارة عن ألياف متعددة الأوضاع قطرها 50 ميكرومتر محسّنة بواسطة ليزر 850 نانومتر. في إيثرنت بسرعة 10 جيجابت / ثانية باستخدام 850 نانومتر VCSEL ، يمكن أن تصل مسافة نقل الألياف إلى 300 متر.
4. OM4 هي نسخة مطورة من الألياف الضوئية متعددة الأوضاع OM3 ، ويمكن أن تصل مسافة نقل الألياف الضوئية إلى 550 مترًا.

مقارنة المعلمات والمواصفات للألياف البصرية OM1 و OM2 و OM3 و OM4

النوع	قطر الألياف （ميكرومتر）	نوع الألياف الضوئية	1 جيجابت إيثرنت 1000BASE-SX	1 جيجابت إيثرنت 1000BASE-LX	10 جيجابت في الثانية 10 جيجا بايت	40 جيجابت في الثانية إيثرنت 40 جيجا بايت SR4	100 جيجابت في الثانية إيثرنت 100 جيجا بايت SR4
OM1	62.5/125	المتعدد	275m	550m	33m	غير معتمد	غير معتمد
OM2	50/125	المتعدد	550m	550m	82m	غير معتمد	غير معتمد
OM3 الليزر الأمثل）	50/125	المتعدد	550m	550m	300m	100 م (4 ريال سعودي)	100 م (4 ريال سعودي)
OM4 الليزر الأمثل）	50/125	المتعدد	550m	550m	400m	150 م (4 ريال سعودي)	150 م (4 ريال سعودي)
وضع فردي	9/125	وضع فردي	5 كيلومتر عند 1310 نانومتر	5 كيلومتر عند 1310 نانومتر		N / A

مقارنة تصميم ألياف OM1 و OM2 و OM3 و OM4

1. OM1 التقليدي و ألياف OM2 متعددة الأوضاع استخدام LED (الصمام الثنائي الباعث للضوء) كمصدر أساسي للضوء من حيث المعيار والتصميم ، بينما تم تحسين OM3 و OM4 على أساس OM2 ، مما يجعلها مناسبة للإرسال باستخدام LD (الصمام الثنائي الليزري) كمصدر للضوء ؛
2. بالمقارنة مع OM1 و OM2 ، فإن OM3 لديها معدل نقل أعلى وعرض النطاق الترددي ، لذلك يطلق عليها الألياف متعددة الأوضاع المحسنة أو الألياف متعددة الأوضاع 10G ؛
3. تم إعادة تحسين OM4 على أساس OM3 ، مع أداء أفضل.

مقارنة بين وظائف وخصائص الألياف البصرية OM1 و OM2 و OM3 و OM4

1. OM1: قطر أساسي كبير وفتحة عددية ، مع قدرة قوية على جمع الضوء وخصائص مقاومة الانحناء.
2. OM2: القطر الأساسي والفتحة العددية صغيران نسبيًا ، مما يقلل بشكل فعال التشتت المعياري للألياف متعددة الوسائط ، ويزيد بشكل كبير من عرض النطاق الترددي ، ويقلل من تكلفة الإنتاج بمقدار 1/3.
3. OM3: يمكن أن يؤدي استخدام الجلد الخارجي المثبط للهب إلى منع انتشار اللهب ، ومنع انبعاث الدخان والغازات الحمضية والغازات السامة ، وما إلى ذلك ، وتلبية احتياجات معدل نقل 10 جيجابت / ثانية.
4. OM4: تم تطويره لنقل ليزر VSCEL ، عرض النطاق الترددي الفعال هو أكثر من ضعف النطاق الترددي OM3.

مقارنة تطبيقات الألياف البصرية OM1 و OM2 و OM3 و OM4

1. تم نشر OM1 و OM2 على نطاق واسع في بناء التطبيقات لسنوات عديدة ، مما يدعم إرسال Ethernet بحد أقصى 1 جيجابت.
2. عادةً ما تُستخدم الكابلات البصرية OM3 و OM4 في بيئة الأسلاك لمركز البيانات ، مما يدعم نقل 10G أو حتى 40 / 100G Ethernet عالي السرعة.

أقطار الألياف om1 و om2 و om3 و om4

متى تستخدم وصلة الألياف البصرية OM3؟

ألياف بصرية OM3 عبارة عن ألياف بصرية مصممة للعمل مع VCSEL ، وتتوافق مع مواصفات الألياف البصرية OM-3 للمواصفة ISO / IEC11801-2nd ، وتفي بمتطلبات 10 تطبيقات جيجابت إيثرنت. هناك العديد من أنواع الألياف البصرية OM3 ، بما في ذلك النوع الداخلي ، والتنوع الداخلي / الخارجي ، وما إلى ذلك ، وعدد نوى الألياف الضوئية يتراوح من 4 نوى إلى 48 مركزًا. بالإضافة إلى ذلك ، يتم دعم جميع التطبيقات القائمة على الألياف متعددة الأوضاع القديمة 50/125 ، بما في ذلك مصادر ضوء LED ومصادر ضوء الليزر.

1. يمكن تمديد مسافة نقل شبكة جيجابت إيثرنت باستخدام نظام الألياف الضوئية OM3 إلى 900 متر ، مما يعني أن المستخدمين لا يحتاجون إلى استخدام أجهزة ليزر باهظة الثمن عندما تتجاوز المسافة بين المباني 550 مترًا.
2. في نطاق مسافة 2000 متر ، يمكن استخدام الألياف القياسية متعددة الأوضاع 62.5 / 125 ميكرومتر في مواقف مختلفة ضمن نطاق معدل OC-12 (622 ميجا بايت / ثانية) ، وسيتم استخدام الألياف أحادية الوضع بخلاف ذلك. ومع ذلك ، فقد أدى ظهور ألياف OM3 متعددة الأوضاع إلى تغيير هذا الوضع. نظرًا لأن ألياف OM3 يمكن أن تزيد من مسافة الإرسال لأنظمة Gigabit و 10 Gigabit ، فإن استخدام الوحدات البصرية ذات الطول الموجي 850 نانومتر و VCSEL سيكون حل الأسلاك الأكثر فعالية من حيث التكلفة.
3. عندما يتجاوز طول الارتباط 1000 متر ، تظل الألياف أحادية الوضع هي الخيار الوحيد في الوقت الحالي. يمكن للألياف أحادية الوضع أن تحقق مسافة إرسال تبلغ 5 كيلومترات بطول موجة 1310 نانومتر في نظام جيجابت ، ومسافة إرسال تبلغ 10 كيلومترات في نظام 10 جيجابت.
4. عندما يكون طول الارتباط أقل من 1000 متر أو يساوي 3 متر ، يمكن استخدام ألياف OM50 10 ميكرومتر متعددة الوسائط في نظام جيجابت ، ويجب استخدام الألياف أحادية الوضع في نظام XNUMX جيجابت.
5. عندما يكون طول الارتباط أقل من 300 متر ، يمكن استخدام ألياف OM3 متعددة الأوضاع في أي أنظمة جيجابت و 10 جيجابت.

متى تستخدم وصلة الألياف البصرية OM4؟

بالنسبة لارتباط نموذجي ، تكون تكلفة الوحدة الضوئية باهظة الثمن. على الرغم من أن تكلفة الألياف أحادية الوضع أرخص من الألياف متعددة الأوضاع ، تتطلب الألياف أحادية الوضع وحدة بصرية باهظة الثمن تبلغ 1300 نانومتر ، وتبلغ تكلفتها حوالي 2-3 أضعاف تكلفة الوحدة الضوئية متعددة الأوضاع 850 نانومتر. بشكل عام ، تكون تكلفة نظام الألياف متعدد الأوضاع أقل بكثير من تكلفة نظام الألياف أحادي الوضع.

عند الاستثمار في كابلات الألياف الضوئية ، إذا أخذنا في الاعتبار زيادة الاستثمار الأولي لبعض الكابلات واعتماد ألياف متعددة الأوضاع أفضل ، مثل ألياف OM4، يمكننا ضمان إمكانية الاستفادة الكاملة من تقنية الألياف متعددة الأوضاع الحالية وتقليل التكلفة الإجمالية للنظام الحالي ؛ عندما يحتاج النظام إلى ترقية إلى نظام معدل أعلى ، مثل 40G و 100 G ، لا يزال من الممكن استخدام OM4 وسيوفر المزيد من النفقات.

باختصار ، عندما يكون معدل الإرسال أكبر من 1 جيجابت / ثانية ، فمن اختيار نظام جيد اعتماد الألياف متعددة الأوضاع. عندما يتطلب النظام معدل نقل أعلى ، فإن ما يلي هو إرشاداتنا لاختيار ألياف OM4:

1. بالنسبة لمستخدمي Ethernet ، في نقل النظام بسرعة 10 جيجابت / ثانية ، يمكن أن تصل مسافة النقل إلى 300 متر إلى 600 متر ؛ في أنظمة 40Gb / s و 100 Gb / s ، تكون مسافة النقل بين 100m و 125m.
2. بالنسبة لمستخدمي شبكة الحرم الجامعي ، ستدعم OM4 fibre ارتباطًا ليفيًا يبلغ 4 جيجابت / ثانية بطول 400 م أو 8 جيجابت / ثانية بطول 200 م أو 16 جيجابت / ثانية بطول ارتباط ليفي 130 م.

الملخص

تم تطوير تقنية الألياف متعددة الأوضاع من OM1 متعدد الأوضاع إلى OM4 التي تدعم 10 جيجابت في الثانية الآن ، مما سيجعل استثمار المستخدم يحصل على عائد أكثر فاعلية ويصبح الخيار الأفضل للكابلات الأساسية أو الألياف إلى سطح المكتب.

يوصي القراءة ：

الدليل الشامل لكابل الألياف الضوئية متعدد الأوضاع