上海天誠通信技術股份有限公司 陳炳炎 聞炳亮

1. 多模光纖的發(fā)展歷史

1.1 多模光纖規(guī)范

多模光纖主要用于數據通信。ISO/IEC 11801 在2002年9月頒布了新的多模光纖標準，將多模光纖重新分為OM1,OM2和OM3三類，OM1和OM2為傳統(tǒng)以LED為光源的多模光纖，OM3則為應用VCSEL光源、波長為850nm的50/125mm的激光優(yōu)化光纖。2009年8月TIA通過了新的EIA/TIA492AAD定義的OM4多模光纖標準，OM4實際上是OM3光纖的升級版。

OM5光纖是采用VCSEL光源, 為短波長的波分復用（SWDM）設計的梯度型折射率分布、50/125 mm多模光纖, 與常規(guī)OM4光纖祗是在850nm波長附近有高帶寬不同, OM5寬帶多模光纖在850-950nm波長范圍內都具有高帶寬，適用于數據中心網絡, 為未來100Gb/s到400Gb/s 多波長系統(tǒng)提供了光纖解決方案。OM5寬帶多模光纖是早在2014年10月，為建立VCSEL激光優(yōu)化另一個維度的系統(tǒng), 由TIA提出建議、稱之為寬帶OM4的多模光纖, 于2016年10月正式定名為OM5寬帶多模光纖。

OM5寬帶多模光纖可在850nm到953nm波長范圍內實現 四波長波分復用, 如圖1 所示。波長λc 分別為853 、883、914、946nm; 通帶寬約為14nm, 防護帶寬約為16nm。近年來由于1060nm VCSEL收發(fā)模塊的開發(fā)成功，有望出現長波長多模光纖(波長從850nm到1060nm:損耗從2.3dB/km下降為0.95dB/km; 波長色散從 -90.42ps/nm.km下降到 -34.2ps/nm.km )。

圖1 OM5多模光纖在850nm到953nm波長范圍內實現四波長波分復用

1.2 彎曲損耗不敏感多模光纖

在數據中心的應用中彎曲損耗不敏感多模光纖的使用愈益廣泛，它可以優(yōu)化設計光纜、硬件及設備，以節(jié)約空間，提高冷卻效率，便于連接及線纜管理。

彎曲不敏感OM3/ OM4多模光纖(bend insensitive multimode fiber, BIMMF)的折射率剖面結構基本與標準的多模光纖相似,如圖2所示。BIMMF的折射率剖面分布，在纖芯區(qū)與常規(guī)的50mm的多模光纖相同，祗是在近纖芯的包層區(qū)設置環(huán)溝型折射率下陷區(qū)（trench-assisted multimode fiber）。

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在常規(guī)的多模光纖MMF中, 位于纖芯區(qū)的低價導模處于強導狀態(tài), 而在靠近纖芯-包層界面?zhèn)鞑サ母唠A導模,因其有效折射率neff接近包層折射率n2,故處于弱導狀態(tài)。處于弱導狀態(tài)的高階導模在光纖彎曲半徑太小時, 其光強會逸出纖芯, 造成光纖損耗。而在彎曲不敏感光纖BIMMF中，下陷的環(huán)溝型折射率分布區(qū)有兩個界面，其內界面折射率從大到小，形成導光界面。由于此界面的存在，增強了光纖纖芯中導模的傳導性，從而使原為弱導狀態(tài)的高階導模轉化為強導狀態(tài)，而下陷的環(huán)溝型折射率分布區(qū)的外界面折射率從小到大，形成折光界面。由于這一特殊的折射率剖面結構，在BIMMF光纖中存在著傳導性的漏泄模（leaky mode）。漏泄模是本征方程在截止區(qū)外的解析連續(xù)，他們的場是相同的, 但其本征值或傳播常數是本征方程的復數解,因而漏泄模在傳播中有固有衰減而無法正常傳播。漏泄模的有效折射率neff小于包層折射率n2。在常規(guī)多模光纖中，漏泄模耗衰得很快，因為常規(guī)光纖中沒有折射率剖面結構可支持其在光纖中傳播。而正是BIMMF光纖中，這一特殊的折射率剖面結構形式，強勢地維持著在靠近纖芯-包層界面?zhèn)鞑サ母唠A導模的傳導性，從而有效地改善了光纖的抗彎曲性能。

圖2 常規(guī)的多模光纖MMF和彎曲不敏感光纖BIMMF的模場

2. 寬帶多模光纖的設計

梯度型折射率分布多模光纖的徑向折射率n(r)可表示為：

其中,Δ為相對折射率差:

r為所述多模光纖中某個點距離芯層中心軸的徑向距離，為芯層半徑，n 0為芯層中心的折射率，nc為包層折射率，α為芯層剖面折射率分布參數，

多模光纖的最佳折射率剖面分布參數αopt如下式所示:

其中

摻雜石英玻璃的折射率和波長的關系可由Sellmeier方程表示：

式中，A i為振子強度因子，L i為振子波長因子。對于含有m種組分的玻璃，這兩個因 子由以下兩個公式決定：

其中，Mj是第j種組分的摩爾濃度，Aij和Lij分別是該組分的振子強度和波長因子。

綜合上述方程可以計算所述多模光纖在不同波長的優(yōu)化α opt，其中αopt隨傳輸波長變化非常明顯。對于傳統(tǒng)多模光纖，α opt對波長變化的敏感性非常高，當αopt一定時，其帶寬性能通常在特定的工作波長下達到最優(yōu)，當工作波長變大或變小，其帶寬性能都會明顯下降。因此，目前該傳統(tǒng)多模光纖難以滿足OM5技術的應用要求。

為了解決市場對光纖帶寬容量不斷提升的需求，非常有必要在高帶寬且滿足多模光纖標準的前提下降低最優(yōu)αopt與波長之間的敏感性，優(yōu)化帶寬的多波長特性，設計出能夠滿足多波長范圍的寬帶多模光纖。通過纖芯摻雜結構的改變，調節(jié)參數為最佳值，使得多模光纖的漸變折射率剖面得到優(yōu)化，從而能降低αopt與波長之間的敏感性，實現寬帶性能的優(yōu)化。寬帶多模光纖的帶寬/波長特性如圖3所示，圖中曲線1為未優(yōu)化光纖，曲線2為經優(yōu)化的寬帶多模光纖的帶寬/波長特性。

圖3 寬帶多模光纖的帶寬/波長特性

3. 多模光纖的波長色散

對于使用850nmVCSEL的多模系統(tǒng)，進一步提高OM4多模光纖的帶寬并不能使光模塊傳輸更長的距離，因為系統(tǒng)帶寬取決于光纖有效模式帶寬和色散（與VCSEL的譜寬和光纖波長有關）的綜合作用。如要增加系統(tǒng)帶寬，除了光纖的模式帶寬外，還需耍優(yōu)化色散值。這可以通過差分模式延遲（DMD）多模光纖補償部分色散，也可使用更窄譜線寬度的850nm的VCSEL或工作在更低色散的長波區(qū)域。

多模光纖的色散包括模間色散(intermodal dispersion)和模內色散(intramodal dispersion)兩部份, 在光纖數字信號傳輸中, 輸入光脈沖在多模光纖中分成從基模到最高階模的各階模式, 每階模式分別承載一部份脈沖功率, 在輸出端重新組合成輸出光脈沖, 但各模式因在光纖中的傳輸時間不同, 故而到達輸出端的時間不同, 造成輸出脈沖展寬, 此即模間色散。階躍型折射率剖面的多模光纖模間色散很大，嚴重制約了光纖的傳輸速率，故采用梯度型折射率剖面的多模光纖, 使各階模式在光纖中有基本相同的傳輸時間, 從而可顯著減小模間色散，以增大傳輸速率。作為比較，階躍型折射率剖面和梯度型折射率剖面的多模光纖的模間色散分別為84.76ns/km和0.18ns/km（NA=0.275, n1=1.487）。模內色散是指: 單一模式的脈沖是包含不同波長分量所組成的，不同波長分量因在光纖中傳輸時間不同, 造成輸出脈沖展寬, 故模內色散又可稱為波長色散(chromatic dispersion)。波長色散包括材料色散和波導色散兩部份, 波導色散在單模光纖中起著重要作用, 但在多模光纖中可忽略不計, 因此多模光纖的模內色散, 或稱波長色散主要就是指材料色散。材料色散是由材料的色散特性造成的脈沖展寬: 由于光纖材料（二氧化硅）的折射率在紅外波段是波長的函數，即n=n(λ), 而光波在介質中的傳播速度為v=c/ n(λ), c為光速, 這樣, 光波的傳播速度因隨波長而變化, 從而產生材料色散。在1300nm波長上材料色散為零, 加上處于光纖的低損耗窗口,故而多模光纖的工作波長為850nm和1300nm。在波長為850nm處的波長色散系數可從多模光纖的零色散波長λ0和零色散斜率S 0計算得到為0.105ns/nm.km (λ 0為1343nm; S0=0.097ps/nm2.km)。由此可見，當光源譜寬(nm）較大時, 梯度型折射率剖面的多模光纖的波長色散會大于模間色散。因而在梯度型折射率剖面的多模光纖的技術規(guī)范中均會列出零色散波長λ0和零色散斜率S 0的數值。采用VCSEL激光器作為光源的激光優(yōu)化的光纖為50/125mm的梯度型折射率剖面的多模光纖, 工作波長為850nm。

4. 多模光纖的帶寬測量

傳統(tǒng)的多模光纖以LED為光源,多模光纖的滿注入OFL（Over-filled Launch）帶寬反映的是對光纖在LED光源環(huán)境下的帶寬性能指標，通?？捎脮r域（脈沖展寬）和頻域(掃頻)方法測量其帶寬,并可通過富里哀變換進行相互轉換。隨著網絡速率和規(guī)模的提高，調制速率達到10Gbit/s的短波長850nm的VCSEL激光光源成為高速網絡的光源之一,因而OM3、OM4光纖的注入條件與LED光源完全不同, 需釆用綜合VCSEL光源注入特性的有效模式帶寬的測量方法，

有效模式帶寬(Calculated Effective Mode Bandwidth) EMB方法:是將光纖的實測DMD輸出時延響應U(r,t)與工作在850nm波長的VCSEL激光器的光強分布特性相結合, 通過計算方法得到的VCSEL光纖系統(tǒng)的帶寬, 用以確定光纖在10Gbit/s以太網的使用性能。

EMB測量過程原理如圖4所示, 步驟如下：

(a) 測出光纖的DMD, 即探測激光光源輸出脈沖幅度對時間t和徑向偏移r的分布函數U(r,t) ；

(b)將從VCSEL的徑向強度分布函數(環(huán)型通量 Encircled Flux)數據導出的加權函數 W(r), 與DMD數據相結合, 得到光纖加權DMD函數；

(c)光纖加權DMD函數W(r)U(r,t) , 它反映了VCSEL的光功率分布特性；

(d) 將各徑向偏移點r的DMD脈沖求和, 從而得到合成的光纖的輸出脈沖響應：

(e) 通過富里哀變換(Fourier transform (FT)) 可求得VCSEL-光纖組合系統(tǒng)的傳輸函數(頻率響應)，并由此得到有效模式帶寬的計算值(EMBc)：

式中R(t)為由DMD注入所產生的參考輸入脈沖。

由此求得的光纖有效模式帶寬既反映了光纖的帶寬特性, 又與VCSEL光源的EF注入條件有關。這種通過計算方法得到的EMB,可模擬為VCSEL光源本身注入光纖得到的光纖傳輸性能, 如表1所示:

表1 VCSEL光源輸入光纖的傳輸性能

輸入脈沖

光纖鏈路傳輸特性

輸出脈沖

時域

R(t）

hfiber(t)

P0(t)

頻域

FT[R(t)][

Hfiber(f)

FT[P0(t)]

表中hfiber(t) 為光纖鏈路的脈沖響應(Impulse Response), Hfiber(f)為hfiber(t) 的富里哀變換, 即光纖鏈路的帶寬特性。P0(t)為R(t) 和hfiber(t) 的卷積。

圖4 EMB測量過程原理

5. 多波長復用技術

業(yè)界正在探索使用多波長復用的方式來減少光纖的使用數量。目前市場上有兩種基于多波長復用技術的產品。一種是BiDi(Bi－direction)技術，如圖 5(以40G為例)所示，光模塊有兩個20 Gbps的雙向通道，每根光纖都具有發(fā)送和接收功能(多模光纖支持850nm和900nm兩個波長)，最終在2根光纖上實現了40G 傳輸，且無需額外安裝MPT 連接器。值得注意的是，由于BiDi 收發(fā)器的每根光纖既傳輸又接收信號，所以不支持端口分支功能。另一種技術是 短波分復用(SWDM)技術, 如6所示。與BiDi 類似， SWDM僅需要一個兩芯LC 雙工連接，不同的是SWDM 需要工作在850nm 到940nm 之間4 個不同的波長上，其中一根光纖用于傳輸信號，另一根用于接收信號。

圖5 BiDi(Bi－direction)技術，

圖6 短波分復用(SWDM)技術

6. PAM4調制技術

PAM4 (4-Level Pulse Amplitude Modulation, 四電平脈沖幅度調制), 是PAM調制技術的一種，其采用4個不同的信號電平來進行信號傳輸，每個符號周期可以表示2個bit的邏輯信息, 也就是一個單位時間內是四個電平。

NRZ(Non-return-to-zero)信號傳輸技術是傳統(tǒng)的數字信號采用最多的，即采用高，低兩種信號電平來表示要傳輸的數字邏輯信號的1/0信息，每個信號符號周期可以傳輸1bit的邏輯信息。

圖7是典型的PAM4與NRZ 的信號波形及眼圖對比。

圖7 PAM4與NRZ調制技術

與NRZ相比, PAM4具有4種數字幅度電平,每個電平或符碼都包含兩個信息bit, 在相同的波特率下，吞吐量是NRZ的兩倍。

網絡時代的快速發(fā)展，帶來了更高網絡傳輸速率的需求。一般提升光通信傳輸速率有三種方式：

1. 提高調制速率;

2. 增加WDM信道數目;

3. 增加電平數目。

PAM4技術可以有效提升帶寬利用效率，同時PAM4采用高階調制格式，就是一個有效的方式來降低光學器件的采用數量，降低對光學器件性能的要求以及在不同應用場合的性能，成本，功耗以及密度之間達到一個平衡。大數據和云計算的到來，流量的增長，迫切需要一個更復雜的調制方式,PAM4更高效的調制技術。

在新一代的200G/400G接口標準的制定過程中，普遍的訴求是每對差分線上的數據速率要提高到50Gbps以上。如果仍然采用NRZ技術，由于每個符號周期只有不到20ps, 對于收發(fā)芯片以及傳輸鏈路的時間裕量要求更加苛刻，所以PAM4技術的采用幾乎成為了必然趨勢 。

PAM4調制的實現基礎:

一般實現PAM4調制的技術分為兩類，分別是基于DSP的數字DAC實現方法或者是基于模擬的Combine方法 。主流的模擬方式是基于MSB+LSB Combiner來實現PAM4信號，有兩路NRZ信號進行相加操作。主流的數字方式是基于高速DAC的方式進行0/1/2/3電平的快速輸出。

PAM4信號作為下一代數據中心中高速信號互連的熱門信號傳輸技術，被廣泛應用于200G/400G接口的電信號或光信號。

7．MPO/MTP分支跳線

MPO（Multi Push On）是一種多芯光纖連接器類型，被IEEE標準所采納作為40G/100G傳輸的連接器類型一種。MPO 高密度光纖預連接系統(tǒng)目前主要用于三大領域：數據中心的高密度環(huán)境的應用；光纖到大樓的應用；在分光器、光收發(fā)設備內部的連接應用。MPO連接器是一種多芯數連接器標準，通常將12芯光纖排為一列，可支持一列或多列光纖在同一個MPO連接器內，根據連接器內排放的芯數不同分為一列（12芯），多列（24芯或以上）。

MTP 是美國 US Conec 公司生產注冊的MPO光纖連接器品牌，其生產的多芯連接器散件和插芯，專稱為MTP連接器。

MPO連接器采用MT（Mechanical Type）插芯，即機械式的對接傳輸，插芯為多芯數(通常是12芯)。日本住友和藤倉兩家公司在MT/MPO光纖連接器方面所進行的研究開發(fā)工作。研究重點在這些連接器中的關鍵部件MT套筒的改進。采用了注入成形 ( injection molding) 法，并選用了PPS(聚苯撐硫)作為基樹脂，這種樹脂具有低的熱膨脹系數、低的吸水率和高的機械強度。還選擇了合適的填料混進基樹脂中來改善其特性; 提出了在連接端面附近的導引孔周圍打倒角，以改善反復接插的耐久性。開發(fā)了2-維陣列MT連接器用的24芯扁光纖帶光纜代替圓光纜。

MTP光纖連接器有至少四種標準的匹配散件，可適配不同類型的光纜，更具實用性，其中包括：松套結構的圓型光纜；橢圓外被的帶狀光纜; 帶狀裸纖；超短尾套連接器散件，非常適合應用在狹小的空間里，減少45%的體積。

上海天誠通信技術股份有限公司開發(fā)的整套MPO/MTP鏈路解決方案 ：

MPO/MTP光纖鏈路的單元組件主要有4種，其中有MTP/MPO-MTP/MPO預端接主干、MTP/MPO-LC光纖盒、MTP/MPO-LC分支跳線、以及LCD-LCD光纖跳線（如圖8所示）。

圖8 MPO/MTP-LC分支跳線

（1）MTP/MPO-MTP/MPO預端接主干

優(yōu)點：分支器有自主設計的專利；可支持8~192芯主干纜設計要求；連接器使用進口的高端MTP/MPO連接器；滿足1U配線架的96/144/192通道的設計需要。

性能參數：單個MTP/MPO連接器超低損品質，損耗值在0.2dB以下（跳線長度需增加光纜本身損耗）。

運用場景：中短距離的機架或機柜之間數據傳輸交互。

（2）MTP/MPC-LC 光纖盒（24芯光纖盒、12芯超高密度光纖盒）

優(yōu)點：光纖盒有自主設計的專利；24芯MTP/MPO-LC光纖盒可以滿足1U配線架96通道設計；12芯MTP/MPO-LC超高密度光纖盒可滿足1U配線架144/192通道設計。

性能參數：整個光纖盒（MPO+LC連接器）的超低損品質，總損耗值可達到0.35dB以下（內部光纖長度0.4米左右，光纜本身損耗可忽略不計）。

運用場景：把MTP/MPO連接器轉化成LC連接器，通過LC連接器的分配與對應的LC型交換機連接傳輸數據。

（3）MTP/MPO-LC分支跳線

優(yōu)點：可使用12芯或24芯規(guī)格的MTP/MPO連接器；可滿足8芯、12芯和16芯、24芯通道的設計要求。

性能參數：2米長度的整根跳線（MPO+LC連接器）的超低損品質，總損耗值可達到0.35dB以下（跳線長度需增加光纜本身損耗）。

運用場景：產品靈活運用于數據中心的服務器之間的光互連、短距離的機架或機柜之間數據連接、或者將1個100G QSFP28 SR4光模塊連接到4個25G SFP28 SR光模塊。

（4）LCD-LCD Uniboot跳線

優(yōu)點：跳線使用單管雙芯光纜，極大的縮小了光纜體積減少布線空間的占有率；連接器可轉換極性的設計，方便客戶臨時更換產品極性。

性能參數：單個LCD連接器的超低損品質，損耗值可達到0.1dB以下（跳線長度需增加光纜本身損耗）。

運用場景：主要用在配線架與交換機之間的連接，接口必須是LC適配器接口。

MPO/MTP-LC分支跳線 的主要優(yōu)勢：

1. MPO/MTP分支跳線提供一個整潔的、高密度的方法來實現高密度交換機端口復制，可以減少交換機的端口損壞或錯誤的風險。

2. 分支跳線在機柜中占據更少的空間和比傳統(tǒng)的跳線更優(yōu)的垂直管理，如12芯分支跳線一端的分支遠遠小于等芯數的跳線。

3. 減少因光纜擁塞對于局域網和存儲網絡中心管理帶來的不便；增加冷卻的氣流，使移動/增加/變更線纜或設備變得更容易。

4. 分支跳線提供可用于包括工程定制化的交錯的LC分支來匹配電子設備的網口，以提供布線基礎設施和電子設備之間的無縫集成。

MPO連接器參照實行IEC-61754-7和 EIA/TIA-604-5 (aka FOCIS 5)。MTP連接器完全符合所有MPO連接器的專業(yè)標準，包括EIA/TIA-604-5 FOCIS 5 和IEC-61754-7。

8. 光纖布線技術的發(fā)展趨勢

8.1 OM3、OM4在數據中心中的應用

從多模光纖發(fā)展歷程來看，1G是一個多模光纖技術的分水嶺，1G以前絕大部分采用LED的光源，這樣它的傳輸距離比較短，它得到的應用是有限的。但是從1G到10G,全部都采用VCSEL激光光源，這樣把多模光纖應用提升到一個新層次，包括在以太網的傳輸技術，都是基于激光光源的多模光纖技術上發(fā)展的。應用于存儲傳輸協議的光纖通道從2G到4G,到8G,到16G不斷演進，我們可以看到多模光纖在整個通信領域里面有非常好的一個發(fā)展趨勢。

我們可以預測今后的光纖布線技術的發(fā)展趨勢。下一代光纖技術發(fā)展我們認為主要是四個部分，第一，帶寬越來越高，第二，是密度，這是一個布線系統(tǒng)不可回避的問題，越是高度的密度能夠讓我們的機房利用率更高高一些，這個也是一個總體的發(fā)展趨勢。第三，可靠性。數據中心在運行過程中意外斷網對用戶損失巨大。在這樣的情況下，必須要非?？煽康南到y(tǒng)才能保證它的應用，可靠性也要考慮從介質層面、布線層面怎么來解決這個問題。第四，要維護和管理。

由于新一代40G/100G的光纖技術的標準與應用標準都已經出臺，為數據中心的規(guī)劃者有了更明確的光纖類型選擇方向，OM3與OM4光纖將成為數據中心的應用主流，多模OM3,OM4光纖分別應用于40G/100G對應的傳輸協議與支持應用距離，雖然多模40G/100G的傳輸距離無法與單模光纖長達10km或40km相比較，但在數據中心室內的應用環(huán)境下，據統(tǒng)計 ，中小型數據中心超過90%的光纖鏈路長度小于100米，大型數據 中心超過70%的光纖鏈路長度小于100米，超過80%的長度小于125米，多?？梢詽M足絕大部 分鏈路的需要，隨著網絡設備的技術的提升，今后多模光纖支持的傳輸距離有可能進一步增加。

隨著2010年6月IEEE 802.3ba新的以太網40G/100G標準發(fā)布后，多模光纖在數據中心領域的應用將翻開新的一頁，40G與100G的高速傳輸不再僅僅依靠單模采用成本極高的WDM串行方式進行傳輸，新一代以太網40G/100G標準將采用OM3與OM4多模光纖多通道并行傳輸的方式，這種多模并行傳輸的方式相比較單模WDM串行傳輸方式，在40G/100G上的總體成本（包含有源設備，光模塊，無源器件）分別只占單模系統(tǒng)的1/3與1/10，可見多模優(yōu)勢十分明顯，市場的應用趨向通常是由成本與價格因素來驅動與決定哪種技術模式能在市場取大最大的應用。

8.2 OM5光纖的應用及未來發(fā)展

OM5光纖的設計初衷,即為應對多模傳輸系統(tǒng)的波分復用(WDM)需求。因此,其最具價值的應用,是在短波長波分復用領域。目前,單波50Gb/s基于多模光纖的多波長光模塊大都還在研發(fā)階段,只有少數光模塊廠商能夠提供少量的樣品,但僅供內部實驗使用。PAM4調制方式可以在現有25Gb/s的VCSEL基礎上提供單波50Gb/s的速率。兩波長雙向(BiDi)技術和四波長復用(SWDM4)技術分別為100Gb/s以上高速以太網鏈路精簡了二分之一和四分之三的光纖用量。

近年來,各光纖廠商和光模塊廠商紛紛報道了OM5以及“超寬帶多模光纖”在PAM4調制技術及波分復用技術加持下的最新傳輸結果。從報道的實驗結果來看,OM5光纖足以支持150米以上的100Gb/s、200Gb/s和400Gb/s多波長傳輸系統(tǒng)。

多模光纖一直是高效靈活的傳輸媒介,不斷開發(fā)多模光纖新的應用潛能,能使其適應更高速的傳輸網絡。多模光纖搭配VCSEL具有低鏈路成本、低功耗、更高可用性的優(yōu)勢,成為大多數企業(yè)客戶最具成本效益的數據中心解決方案。云數據中心和企業(yè)本地數據中心持續(xù)穩(wěn)定的需求增長,為經濟高效的多模光纖解決方案提供了廣大的市場前景。新行業(yè)標準定義的OM5光纖解決方案是針對多波長SWDM和BiDi收發(fā)器而優(yōu)化的,為100Gb/s以上的高速傳輸網絡提供更長的傳輸鏈路和網絡升級余量 。

多模光纖40G的傳輸模式采用每對光纖支持10Gbps的速率4*10Gbp=40Gbps，需要用到各4根光纖發(fā)送與接收共8芯光纖，100G采用各10根光纖發(fā)送與接收10*10Gbps=100G，共使用20芯光纖。采用標準MTP/MPO的多芯連接系統(tǒng)將可以較好的支持新一代光網絡40G/100G的傳輸 ,40G的傳輸模式是在12芯的MTP/MPO連接器內取最外兩側各4芯進行傳輸，中間4芯處于空置狀態(tài)，而100G的傳輸模式是采用兩個12芯的MTP/MPO連接器取中間10芯進行傳輸，如果采用MTP/MPO高密度24芯連接器，則在一個24芯的MTP/MPO連接器上完成100G的接收與發(fā)送。100G傳輸時，每12芯中的兩側各1芯處于空置狀態(tài)。

多模光纖在數據中心中的應用如表2所示：

表2 多模光纖在數據中心中的應用

數據速率

10G（單纖）

25G（單纖）

50G （單纖）

100G（單纖）

10G(…4,8,16G FC)

OM3,OM4LC

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25G（ 32G FC）

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OM3,OM4LC

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40G

OM3,OM412 (8 ) F MPO

OM3,OM4,OM5LC,BD,(SWDM)

OM3,OM4,OM5LC, (SWDM)

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50G（ 64G FC）

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OM3,OM412 (4) F MPO

OM3,OM4,OM5LC,PAM4,(SWDM)

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100G(128G FC)

OM3,OM424 (20) F MPO

OM3,OM412 (8) F MPO

OM3,OM412 (4) F MPO

OM3,OM4,OM5LC, (SWDM)

200G(256G FC)

---

OM3,OM416F MPO

OM3,OM412 (4) F MPO

OM3,OM4,OM5LC,PAM4+(SWDM)

400G

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OM3,OM432F MPO

OM3,OM416 F MPO

OM3,OM4,OM512 (4) F MPO,PAM4+(SWDM)

8.3 數據中心光纖布線的迭代

隨著光纖技術升級，作為數據中心“中樞神經”的光纖布線系統(tǒng)產品技術也正在經歷著新一代的更新換代，以中國國內市場中的數據中心布線產品技術來看，如果我們將2005年到2010年這5年間所發(fā)展出來的專業(yè)應用于數據中心布線光纖解決方案的產品線看作為第一代數據中心光纖布線產品技術，以第一代預連接產品技術為代表的數據中心光纖布線產品在這期間得到了良好的應用與推廣。那么隨著光纖技術新標準的不斷發(fā)布，由幾家國際布線品牌寡頭壟斷的中國大中型數據中心布線市場將引領布線產品技術進入數據中心第二代，數據中心第二代光纖布線系統(tǒng)比較有代表性的產品線如超低損預連接光纜方案;高密度光纖配線系統(tǒng)以及彎曲不敏感光纖系統(tǒng)等組成。

(1 )超低損預連接方案

預連接光纜方案在數據中心布線中有多種連接方式，應用比較廣泛的主要有3種主流應用：（1）MTP/MPO到MTP/MPO預連接光纜配套兩端內含MPO-LC分支的預連接模塊; (2) MTP/MPO到LC預連接光纜配套一端端接內含MPO-LC分支的預連接模塊，另一端LC端直接配套LC適配器面板; (3) LC到LC預連接光纜配套兩端直接連接LC適配器面板。隨著前述今后以太網40G/100G采用多通道光纖傳輸標準的正式發(fā)布，今后在數據中心的光纖主干部署中，MTP/MPO到MTP/MPO并采用OM3，OM4 光纖的預連接方案成為前述三種預連接技術方案中的首選方案，與第一代MTP/MPO連接方式的要求不同，第一代的方案應用初期主要為了支持10GbE的應用，根據10GbE以太網對OM3整體光纖通道衰減的要求為2.6dB, 而如果支持今后40G/100G的網絡的整體通道衰減需控制在分別1.9dB和1.5dB以內，第一代MTP/MPO的單個連接損耗業(yè)界通常只控制在0.75dB以內，顯然這樣的性能對于后續(xù)40G/100G的應用將會因為通道衰減超過標準值而產生有效鏈路長度縮短的問題。

新一代數據中心預連接系統(tǒng)的MTP/MPO的衰減值將要求采用低損耗的連接器，業(yè)界將會要求至少單個MTP/MPO連接點衰減值要小于0.5dB才能讓通道發(fā)揮出標準界定的40G/100G最長傳輸距離，目前不同廠家對于預連接系統(tǒng)衰減控制的水平有所不同，以上海天誠公司數據中心布線系統(tǒng)的第二代預連接系統(tǒng)為例，預連接系統(tǒng)推出新一代超低損耗的MTP連接系統(tǒng)， 天誠公司超低損耗MTP方案的實現主要通過嚴格的MPO/MTP品質工藝管控：

（1）MTP/MPO連接器使用進口品牌，插芯的精度高、材質穩(wěn)定且性能好；

（2）光纜的預收縮處理工藝，盡量減少纜皮后續(xù)因環(huán)境溫度而產生的收縮量；

（3）插芯高低溫預處理，釋放插芯和內部膠水的作用力，讓端面的幾何參數更穩(wěn)定；

（4）完善的研磨工藝，保證了連接器之間更好的端面物理對接；

（5）MPO 100% 端面3D檢測。

天誠公司單個多模MTP連接點已 經可以控制到0.22dB以下。超低損的第二代預連接光纜為數據中心的今后40G/100G的順利升級提供基礎保障。

圖9 天誠公司OM3多節(jié)點超低損耗光鏈路

除了控制光纖通道光學性能外，第二代預連接系統(tǒng)結構上也有新的升級，天誠公司預連接光纖的光纖分支采用圓形光纖分支，與上一代扁平MTP/MPO分支相比，更易于在狹小空間上高密度配線且光纖彎折與盤纖沒有方向性。主干光纖采用第二代高抗拉小直徑光纜，光纜本身提高抗拉力抗壓參數以外更加節(jié)省管槽空間，同時主干光纜布線安裝更加便利。而預連接光纜兩端的安裝拉手至少可支持500N以上的安裝拉力，可以充分滿足數據中心在各種安裝環(huán)境中的機械與可靠性要求。

(2)高密度配線系統(tǒng)

配線系統(tǒng)除了滿足網絡升級應用的要求以外，追求高密度布線始終數據中心對光配線系統(tǒng)的一個重要衡量指標，減少配線系統(tǒng)占用機柜的空間，將可最大限度提升生產網絡設備安裝空間，以增加機房單位面積的利用率與投置回報率。下一代專業(yè)的數據中心的布線系統(tǒng)將會采用多種配線方式，如專門為數據機房設計的新一代配線系統(tǒng)可安裝于網絡橋架上的TOR布線方式，或為地板下走線方式的數據中心直接安裝于活動地板下方的集中式區(qū)域配線系統(tǒng)。以上所述新一代的高密度配線系統(tǒng)將不再占用機柜的空間。對于光纖配線最為集中的MDA區(qū)域，數據中心配線系統(tǒng)將不會僅僅追求 越來越高的密度，MDA區(qū)域光纖配線系統(tǒng)的可維護性與高密相比也是同等重要，而越高的密度將會影響可維護性，新一代數據中心的配線系統(tǒng)發(fā)展方向將是布線高密度與布線系統(tǒng)可維護性兩者之間取得最佳的平衡。

(3)彎曲不敏感光纖

數據中心中高密度配線區(qū)中的光纖跳線往往是管理的核心，當光纖配線架端口密度越高，跳線的管理相對也就不再容易，光纖跳線如果彎折半徑過小將直接導致光纖整體通道衰減增加。如果彎折嚴重，衰減過大有可能導致該通道通訊中斷。對于大中型數據中心來說，在高密度配線區(qū)域中跳線數量成千上萬條，很難保證每根跳線的管理都能保證其在標準要求的光纜直徑10倍以上的彎折半徑以內。而對于數據中心來說網絡運行的可靠性是數據中心致命要素之一，正因為如此，新一代的數據中心將越來越多采用彎曲不敏感的光纖系統(tǒng)來解決這個問題。與傳統(tǒng)跳線不一樣，采 用彎曲不敏感光纖的跳線，當我們光纖的彎折半徑為7.5mm繞上2-3圈，衰減甚至不超過0.1dB,而同等條件下如果采用普通光纖制作的跳線，衰減可能已經超過0.6dB。

如前所述，當OM3，OM4的布線需要能支持到下一代40G/100G網絡，而每一代網絡應用的升級，標準對通道最大衰減的要求更為嚴格，跳線是布線系統(tǒng)管理、移動、改變的核心，當跳線系統(tǒng)采用彎曲不敏感光纖后將會使整體光纖通道的可靠性增加一個等級。通過采用彎曲不敏感光纖來提升光纖物理通道可靠性的方式相比其他方式性價比更高，從這一方面來看，彎曲不敏感光纖在新一代數據中心將會得到越來越廣泛的應用。