Оптоволокно OM3, OM4, OM5 и OS2: разница и дальности

Коротко: Оптическое волокно делится на многомодовое и одномодовое. Многомодовое обозначается категориями OM3, OM4 и OM5 с сердцевиной 50 мкм, одномодовое — категорией OS2 с сердцевиной около 9 мкм. Многомодовое дешевле в части приёмопередатчиков и применяется внутри здания на расстояниях до сотен метров, одномодовое дороже по модулям, но работает на километры. Практическое правило: внутри машинного зала и между соседними стойками применяют OM4, между зданиями и на любых расстояниях свыше нескольких сотен метров — OS2. Выбор категории определяет, на какой скорости и на каком расстоянии линия сможет работать.

Многомодовое и одномодовое волокно: в чём физическая разница

Различие заключается в диаметре сердцевины — той части волокна, по которой распространяется свет.

У многомодового волокна сердцевина имеет диаметр 50 мкм (у устаревшей категории OM1 — 62,5 мкм). Это существенно больше длины волны, поэтому свет распространяется несколькими путями, которые называют модами. Разные моды проходят разный геометрический путь и приходят к приёмнику с разбросом во времени. Импульс размывается, и чем длиннее линия, тем сильнее. Это явление называют модовой дисперсией, и именно оно ограничивает дальность.

У одномодового волокна сердцевина около 9 мкм, что сопоставимо с длиной волны. Распространяется единственная мода, модовой дисперсии нет, и дальность ограничивается затуханием и хроматической дисперсией — величинами существенно меньшими. Отсюда километры вместо сотен метров.

Внешний диаметр оболочки у обоих типов одинаков и равен 125 мкм, поэтому обозначения записывают как 50/125 и 9/125. Разъёмы и инструмент совпадают, но соединять волокна разных типов нельзя: потери на стыке сердцевин разного диаметра недопустимо велики.

Что означают обозначения OM и OS

Обозначения введены стандартами ISO/IEC 11801. OM расшифровывается как optical multimode, OS — как optical singlemode. Номер указывает на класс качества, а не на поколение в маркетинговом смысле.

Для многомодового волокна ключевой характеристикой является эффективная модовая полоса пропускания, измеряемая в мегагерцах на километр. Она показывает, насколько волокно сохраняет форму импульса, и напрямую определяет предельную дальность на заданной скорости.

Для одномодового волокна ключевой характеристикой является затухание в децибелах на километр. Категория OS2 предполагает сниженный пик поглощения на длине волны около 1383 нм, что позволяет использовать весь рабочий диапазон, включая спектральное уплотнение каналов.

Характеристики категорий

Цвет оболочки помогает различать кабели при монтаже, но на него не следует полагаться как на единственный признак: встречаются кабели нестандартной расцветки. Категория указывается в маркировке по всей длине кабеля, и при приёмке проверяют именно её.

Категории OM3 и OM4 относятся к волокну, оптимизированному для работы с лазерными источниками. Более ранние OM1 и OM2 создавались под светодиодные источники и на современных скоростях дают дальности в десятки метров.

Дальности по скоростям

Таблица отражает предельные дальности, предусмотренные стандартами IEEE 802.3 для соответствующих интерфейсов. Реальная дальность в линии оказывается меньше на величину потерь в разъёмах и сварных соединениях.

Из таблицы видны две закономерности. Первая: с ростом скорости дальность многомодового волокна сокращается. На 10 Гбит/с OM4 даёт 400 м, на 100 Гбит/с — около 100 м. Вторая: дальность одномодового волокна от скорости почти не зависит, поскольку ограничивается затуханием, а не дисперсией.

Отсюда следует вывод для проектирования: линия на OM3, рассчитанная под 10 Гбит/с, при переходе на 100 Гбит/с может оказаться слишком длинной. Проверять запас по дальности следует до модернизации, а не после.

Что такое модовая полоса пропускания

Это главная характеристика многомодового волокна, выраженная в мегагерцах на километр. Она показывает произведение предельной частоты модуляции на расстояние: волокно с полосой 4700 МГц·км передаёт сигнал 4700 МГц на один километр либо 470 МГц на десять километров.

Категория OM3 имеет эффективную модовую полосу около 2000 МГц·км на длине волны 850 нм, категория OM4 — около 4700 МГц·км. Примерно двукратное различие и объясняет разницу в дальности между ними.

Важная деталь: величина относится к конкретной длине волны. Волокно OM3 и OM4 оптимизировано под 850 нм, и на других длинах волн показатели заметно ниже. Именно это ограничение снимает категория OM5.

OM5 и спектральное уплотнение на коротких волнах

Категория OM5 отличается от OM4 тем, что нормируется в диапазоне от 850 до 953 нм, а не на единственной длине волны. Такое волокно называют широкополосным многомодовым.

Смысл в следующем. Чтобы передать 100 Гбит/с по многомодовому волокну интерфейсом 100GBASE-SR4, нужны четыре пары волокон — по паре на каждый поток 25 Гбит/с. Технология коротковолнового спектрального уплотнения позволяет передать те же четыре потока по одной паре, используя четыре разные длины волны в диапазоне 850–953 нм. Число волокон в кабеле сокращается вчетверо.

Это полезно при модернизации, когда новая прокладка затруднена, а существующая кабельная система содержит ограниченное число волокон.

Оговорка существенна: выигрыш реализуется только при использовании модулей со спектральным уплотнением. С обычными модулями 100GBASE-SR4 волокно OM5 ведёт себя как OM4 и преимущества не даёт. Поэтому в новых проектах OM5 выбирают осознанно, под конкретное решение, а при отсутствии таких планов берут OM4.

Когда нужно одномодовое волокно

Одномодовое волокно категории OS2 применяют в нескольких определённых случаях.

Расстояния свыше 100–150 метров. На современных скоростях это предел многомодового волокна, и за ним альтернативы нет.

Связь между зданиями и площадками. Внешние прокладки делают одномодовыми независимо от текущего расстояния, поскольку заменить кабель в грунте или канализации несопоставимо сложнее, чем внутри здания.

Линии с запасом на будущее. Одномодовое волокно не ограничивает скорость в обозримой перспективе: по нему передают и 10, и 400 Гбит/с, и спектрально уплотнённые каналы. Многомодовая линия при росте скорости может потребовать замены.

Спектральное уплотнение. Технологии, позволяющие передать десятки каналов по одной паре волокон, работают на одномодовом волокне.

Платой является стоимость приёмопередатчиков: одномодовые модули дороже многомодовых при равной скорости, а требования к чистоте разъёмов выше из-за малого диаметра сердцевины. На коротких линиях внутри зала это делает многомодовое решение оправданным.

Какой кабель под какую задачу

Групповые линии и полярность разъёмов разобраны отдельно в материале о кабелях MPO и MTP, а выбор между оптикой и медными кабелями прямого подключения — в материале о DAC, AOC и трансиверах.

Как выбрать волокно для проекта

1. Измерьте реальные длины трасс с учётом укладки в лотках, подъёмов и запаса в кроссах. Расчётная длина всегда больше расстояния по прямой.
2. Определите целевую скорость на срок службы кабельной системы. Кабель служит дольше активного оборудования, поэтому ориентироваться следует на скорость через 7–10 лет, а не на текущую.
3. Сверьте длину с таблицей дальностей для целевой скорости, а не для текущей. Линия на 300 м, работающая на 10 Гбит/с по OM3, на 100 Гбит/с работать не будет.
4. Вычтите потери на соединениях: каждый разъём и каждое сварное соединение уменьшают бюджет линии, и предельные дальности из стандарта на практике недостижимы.
5. При длине свыше 100 м на скоростях от 25 Гбит/с выбирайте одномодовое волокно.
6. Для внешних прокладок выбирайте OS2 независимо от расчётной длины.
7. Определите тип разъёмов: двухволоконные для одиночных линий, групповые MPO для интерфейсов, использующих несколько пар.
8. Закладывайте запас по числу волокон: доложить волокно в существующую трассу обычно невозможно, а стоимость дополнительных волокон в кабеле невелика относительно работ по прокладке.

Подобрать кабели, модули и компоненты можно в разделе оптики; подберём решение под измеренные длины и целевые скорости.

Типичные ошибки

Кабель выбран под текущую скорость. Кабельная система переживает два-три поколения активного оборудования. Линия, проложенная под 10 Гбит/с, должна проверяться на соответствие целевой скорости.

Потери на соединениях не учтены. Предельные дальности из стандарта предполагают ограниченное число соединений. Линия с несколькими кроссами и патч-кордами укорачивается заметно.

Смешаны волокна разных типов. Соединение многомодового и одномодового волокна, равно как и 50/125 с 62,5/125, даёт большие потери. Тип проверяют по маркировке на кабеле, а не по цвету оболочки.

OM5 выбран без модулей со спектральным уплотнением. В такой конфигурации волокно работает как OM4 и преимуществ не даёт.

Разъёмы не очищены перед подключением. Загрязнение торца — одна из самых частых причин потерь, особенно на одномодовом волокне с его малой сердцевиной. Очистка перед каждым подключением входит в регламент монтажа.

Запас по волокнам не заложен. Добавить волокна в проложенную трассу, как правило, означает новую прокладку.

Что учесть при закупке

Партномера и категория. Фиксируйте категорию волокна, число волокон в кабеле, тип разъёмов и тип оболочки. Кабели одной категории различаются конструкцией для внутренней и внешней прокладки, и это разные артикулы.

Тип оболочки. Для прокладки внутри зданий применяют кабели с оболочкой, отвечающей требованиям пожарной безопасности для конкретного способа прокладки. Для внешних трасс — с защитой от влаги и механических воздействий.

Комплектность. Кроссы, адаптеры, пигтейлы, патч-корды и расходные материалы для разделки считают отдельными позициями. Нехватка адаптеров нужного типа останавливает монтаж целиком.

Измерения при приёмке. Согласуйте протокол измерений затухания по смонтированным линиям. Для ответственных трасс дополнительно выполняют рефлектометрические измерения, позволяющие найти место дефекта; выбор прибора разобран в материале о том, как выбрать рефлектометр.

Совместимость с модулями. Тип волокна должен соответствовать типу приёмопередатчиков. Обозначения модулей разобраны в материале о модулях SFP и QSFP.

Смотреть оптические модули и кабели в наличии →