OM4+ ve OM5 Fiber Arasındaki Temel Farklar Yazı Dizisi-2
Semboller arası girişim - Intersymbol Interference (ISI)
ISI, verici, fiber ve alıcının sınırlı bant genişliğinden kaynaklanır ve genellikle bir MMF iletim kanalındaki en büyük tek bozulmadır. Veri iletimi sırasında kanal bant genişliği sınırlaması, ışığın ayrık pulslarının zaman içinde yayılmasına neden olur. Bir bitten gelen enerji, bitler arasındaki genlik farklılıklarını azaltarak bitişik bitlerin zaman dilimlerine düşer. Bu indirim ISI bozukluğudur.
ISI'nin iki ana nedeni vardır: modal dispersiyon (MD) ve kromatik dispersiyon (CD). MD, ışığın bir MMF içinde dolaşabileceği çeşitli modlar veya yollar arasında yayılma hızındaki farklılıklardan kaynaklanır.
Ölçüm lazerinin fırlatma pozisyonunu değiştirerek, ışığın atımlarının fiberin farklı modlarına selektif olarak başlatıldığı standart bir diferansiyel mod gecikme (DMD) yöntemi kullanılarak ölçülür.
Titreşimler, ölçülen fiberin çıktısında toplanır ve tüm mod gecikmelerinin birleşik bir görünümünü oluşturmak için kendi radyal fırlatma pozisyonlarına karşı çizilir. Şekil 6, farklı dalgaboylarında aynı fiber için DMD çizimlerinin örneklerini göstermektedir.
CD, vericiden fiber içine enjekte edilen farklı dalga boylarının çoğalma hızındaki farklılıklardan kaynaklanır. CD, farklı dalga boylarındaki ışık darbelerinin fiber içerisine verildiği ve çoğalma sürelerindeki farklılıkların toplandığı ve ilgili dalga boyuna karşı çizildiği standartlaştırılmış CD yöntemleri kullanılarak ölçülür. Fiberden fibere geniş ölçüde değişebilen MD'den farklı olarak, CD belirli bir fiber tasarımı için nispeten tutarlıdır. MMF'lerde kullanılan dalga boyları için, daha kısa dalga boyları daha uzun dalga boylarından daha yavaş hareket eder.
OM3, OM4 ve OM5 gibi tüm lazerle optimize edilmiş MMF, MD ve CD'yi sınırlayan özelliklere sahiptir.
Bu OMx fiber değerleri arasındaki birincil fark, MD'yi ölçen DMD verilerinden hesaplanan minimum EMB değeridir. Daha yüksek EMB daha düşük MD gerektirir.
Bazı OM4+ kablolama tedarikçileri dördüncü bir teknik olarak kromatik dispersiyonu dengelemek için modal dispersiyon özelliklerini kullanmaya çalışmaktadır ancak bu standart olmayan bir yöntemdir. Bu teknik, kromatik dispersiyon dengeleme fiberi olarak adlandırılır.
Kromatik dispersiyon dengeleme fiberi
Bu dördüncü tekniğin ayrıntılarına girmeden önce, etkinliğini etkileyen verici özelliklerinin anlaşılması gerekmektedir. MMF uygulamaları için vericilerde kullanılan ana ışık kaynağı türü olan dikey boşluklu yüzey yayan lazerler (VCSEL'ler), Şekil 2'nin solunda gösterilen gibi bir spektral dağılım profili sergiler.
Şekil 2: İyi hizalandığında, VCSEL uzamsal-dalga boyu karakteristiği ve fiber göbeğinde dalga boyu gradyanının yan görünüşü.
Daha uzun dalga boyları (kırmızı), lazerin merkezi eksenine daha fazla güce sahip olma eğilimindedir ve daha kısa dalga boyları (mavi), VCSEL'in dış çevresinde daha güçlü olma eğilimindedir. Bu özellik fiberin korunduğu ve fiber çekirdeği içinde korunacağı şekilde bağlanmışsa, bu spektral dağılım, eşit olarak dağıtılmak yerine mekansal olarak eğrilen kromatik dispersiyon üretme eğiliminde olacaktır. Modal gecikmeler sabit tutulursa, fiberin çekirdeğinin merkezindeki daha uzun dalga boyları çekirdeğin dış çevresindeki daha kısa dalga boylarından daha erken gelir.
OM4+ destekçileri, Şekil 2'nin sağında gösterildiği gibi, tamamlayıcı modal gecikme özelliklerinin, bu renksel gecikmeyi telafi ederek genel dağılımı azaltabileceğini iddia etmektedir. Burada, fiber göbeğinin dış çevresindeki modlar, fiber çekirdeğinin merkezine yakın olanlardan daha erken gelir ve böylece kromatik dispersiyon eğilimlerini dengeler. Bununla birlikte, bu kromatik dispersiyon telafisi teorisi pratikte karaya oturmaktadır.
Toplam dispersiyonun net bir şekilde azaltılmasının sağlanması, vericideki bir uzay-dalga boyu dağılımı gerekliliğini gerektirmektedir. Böyle bir spesifikasyonun yokluğunda, kromatik dispersiyon özellikleri alıcı-vericilerden ve imalatçıdan imalatçıya büyük ölçüde değişiklik gösterebilir. Bu varyasyonun var olmasının iki ana sebebi vardır. Birincisi, VCSEL'in fiber çekirdeğine yanlış hizalanması, vericinin dalga boylarını fiber modları arasında karıştırarak, fiberdeki spektral çarpıklığı karıştıracaktır. Şekil 3, daha geniş bir yarıçap üzerinde mod gücünün genel bir genişlemesi ile daha yüksek yarıçapa ve daha kısa dalga boylarına daha düşük yarıçaplara yayılan daha uzun dalga boylarını göstererek bu karışımı göstermektedir. İkinci olarak, Şekil 4'te gösterildiği gibi, alıcı-verici üreticileri, VCSEL'in spektrumunu iletim özelliklerinin iyileştirilmesi için kasıtlı olarak karıştıran difraktif lens sistemleri kullanmaktadır. Bu, telafi tekniğini etkisiz kılar. Dolayısıyla, kromatik dispersiyon telafisi teorisi doğru olsa bile, bir spesifikasyonun yokluğunda faydalarını garanti etmek imkânsızdır ve bu, bazı OM4+ fiberlerinin iddia edilen yararını oldukça şüpheli hale getirmektedir.
Şekil 3: İyi hizalanmamış zaman fiber çekirdek VCSEL uzay-dalga boyu karakteristik ve dalga boyu gradyan yan görünüm.
Şekil 4: Difraktif optik, fiberdeki eğimi kaldıran dalga boylarını karıştırır.
Etkin modal bant genişliği
OM4+ ile OM5'in doğru bir şekilde değerlendirilmesi de EMB performansına ilişkin çeşitli iddiaları sıralamakla ilgilidir. Bu iddialar OM4+ imalatçısına göre değişir ve 850 nm'de 5000 ila 5640 MHz • km arasında değişir. OM5 - 4700 MHz • km olarak kabul edilen 850 nm EMB ile karşılaştırıldığında - bu durum OM4 + için durumu güçlendiriyor gibi görünmektedir.
Ancak, EMB ile uygulama performansı arasındaki ilişki üzerine yapılan bir 2010 çalışması, EMB'yi yaklaşık 4700 MHz • km'nin üzerinde yükselterek uygulama performansında küçük ve azalan iyileşme sağladığını göstermektedir. (Şekil 5). Dolayısıyla, daha yüksek EMB talepleri doğrulanabilir olsa bile, uygulama desteği açısından gerçek bir fayda görülmemektedir.
Şekil 5: EMB ile performansta küçük ve azalan gelişmeler, OM4'ten daha yüksek.
OM4+ ve OM5'in karşılaştırılmasında belki de daha anlamlı bir metrik, çoklu dalga boylarını içeren uygulamaları destekleme kabiliyetidir. Burada, çok dalga boylu uygulamalar için daha uzun mesafeyi desteklemek üzere tasarlanan OM5'in karar verilmiş ve önemli bir avantajı var. Tablo 2'de görüldüğü gibi, OM5 953 nm için en az 2470 MHz km'lik bir EMB sağlarken, bazı OM4+ fiberleri 953 nm için sadece 1950 MHz • km'yi desteklemektedir. Diğer OM4 + üreticileri 953 nm bant genişliği hakkında bilgi vermez. Bunun yerine, daha önce gösterildiği gibi standart uygulamalar için az fayda sağlayan 850 nm bant genişliğini vurgulamaktadırlar. Veri merkezi operatörleri 40G-BiDi, 40G-SWDM4 ve 100G-SWDM4 gibi daha yüksek bant genişliğine sahip çok dalga boylu teknolojilere geçiş yapmaya devam ettikçe, çoklu dalga boyları için yüksek EMB'yi koruma yeteneği daha da önemli hale gelecektir. Örneğin, 100G-SWDM4 MSA, OM5 üzerinde çalışırken, OM4'ten yüzde 50 daha uzun mesafelerde, 150 metreye kadar mesafeleri destekler, ancak MSA, OM4+ 'yı tanımıyor.
Fiber type EMB @ 850 nm EMB @ 953 nm
OM4 4700 (MHz-Km) Not specified
OM5 4700 (MHz-Km) 2470 (MHz-Km)
OM4+ 5000 (MHz-Km) 1950 (MHz-Km)
Tablo 2: Bazı Lazer Optimize Edilmiş MMF'lerin anahtar bant genişliği ölçümleri
Bazı üreticilerin, modal ve kromatik dispersiyonun etkilerini birleştiren “etkili bant genişliği” (EB) olarak bilinen özel bir performans ölçümü kullanmaya başladıkları da belirtilmelidir. EB ve EMB'nin aynı olmadığını ve doğrudan karşılaştırılabilir olduklarını hatırlamak önemlidir.
Standartlara uyum neden önemlidir?
Tartışıldığı üzere, vericiler ve fiber arasındaki etkileşim, yüksek hızlı fiber optik kanalların çalışmasında önemli bir rol oynar. Yüksek iletim doğruluğunun sağlanması, alıcı-verici ve fiber üreticileri arasında, karşılıklı olarak yararlı bir MSA ya da standartta çalışan ve ortak ve kabul edilen spesifikasyon metodolojilerine bağlı olarak çalışan bir işbirliğinin sonucudur. Bunun için en güzel örneklerden bir tanesi, CommScope da dahil olmak üzere OM5'in ilk geliştiricileri ile SWDM4 alıcı-vericilerinin gelişimini destekleyenler arasındaki sinerjidir. Her iki teknoloji eş zamanlı olarak geliştirildi, her biri diğerinin ilerlemesine dayanabildi. OM5, 100G-SWDM4 ile eşleştirildiğinde, desteklenebilir kanal uzunluğu, OM4 üzerinden ulaşılana kıyasla yüzde 50 artırıldı.
Bunun gibi sonuçlar, MSA alıcı-verici ortaklarının yanı sıra fiber standartları gövdelerinin sürekli çabalarının ürünüdür. OM5 için spesifikasyon standartları ve onlara referans veren uygulama standartları Ekim 2014'ten beri geliştirilmektedir.
OM4+ performansının CD tazminatına ilişkin iddialarıgenel olarak şüpheli kalırken, EB metriği tescilli olup, OM5 üreticileri tarafından çok dalga boylu uygulamaların desteklenmesi için desteklenmemektedir. BiDi ve SWDM4 uygulamaları tarafından kullanılan dalga boylarını kapsayan diferansiyel mod gecikmesi (DMD) gösteren alanlar Şekil 6'da gösterilmiştir. Bu DMD sonuçlarını kullanarak, EMB her dalga boyu için hesaplanabilir. Aslında, bu ölçüm OM5 kablolarındaki fiberlerin özelliklerine uygunluğun temelini oluşturur. Performanstan “iddialar” dan daha fazlası, bu spesifikasyonlar endüstri tarafından kabul edilen standart yöntemler kullanılarak tamamen incelenir ve ölçülür. Sonuç olarak, veri merkezi operatörleri ve fiziksel katman OEM'leri, bu OM5 kablolarının belirtildiği gibi çalışacağından emin olabilirler.
Şekil 6: Hem BiDi hem de SWDM4 uygulamalarını kapsayan dalga boyları için OM5 fiberin DMD grafikleri.
OM4+ ve OM5'in kapasiteleri, performansı ve uygulama değerleri karşılaştırıldıktan sonra, tescilli OM4+ fiberin OM5'e eşdeğer kabul edilemeyeceği açıktır. Ancak bu, iki farklı amaç için geliştirildiğinden, şaşırtıcı olmamalıdır. OM5, 40 / 100G SWDM4 ve 40GBiDi gibi gelişmekte olan çok dalga boylu teknolojilerin erişimini geliştirmek için oluşturuldu, OM4 + ise mevcut OM4 MMF üzerinde arttırılmış iyileştirmeler sağlamak için geliştirildi.
Bant genişliği talepleri veri merkezi içinde artmaya devam ettikçe ve daha uzun bağlantılar üzerinde çalışan çok dalga boylu uygulamalara geçiş arttıkça, veri merkezi operatörlerinin OM4 + ve OM5 arasındaki farkları anlaması önemlidir. Daha da önemlisi, herhangi bir standartta tanınan teknolojinin değerlerini doğru ya da daha iyi olduğunu iddia eden tescilli bir çözümün doğru bir şekilde değerlendirilebilmesidir.
Fiberin veri merkezindeki gelişimi devam edecek ve her zaman tescilli olarak başlayan yeni çözümler olacaktır. Sonunda endüstri şartnamelerine dahil olanlar, uygulama desteği geliştirmelerinin en büyük güvencesini sağlayanlardır.