Vergleich von OM1- zu OM4-Multimode-Glasfaserkabeln

In der Welt der Datenübertragung dienen Glasfaserkabel als Informationsautobahnen, die einen schnellen Datenfluss ermöglichen. Die Vielzahl der verfügbaren Fasertypen – insbesondere die gängigen Multimode-Varianten OM1, OM2, OM3 und OM4 – kann jedoch zu Verwirrung führen. Was unterscheidet diese Fasertypen, und wie sollte man die passende Lösung für spezifische Anforderungen auswählen? Diese umfassende Analyse untersucht ihre Eigenschaften und Anwendungen, um bei der Auswahl zu helfen.

Die Physik hinter Multimode-Fasern: Modale Dispersion und Bandbreite

Um die Unterschiede zwischen OM1- bis OM4-Fasern zu verstehen, müssen wir zunächst eine grundlegende Eigenschaft der Multimode-Faser untersuchen: die modale Dispersion. Wenn Licht durch eine Faser wandert, existieren mehrere Ausbreitungsmoden, da der Kerndurchmesser der Faser deutlich größer ist als die Wellenlänge des Lichts. Diese Modi bewegen sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und Phasen, was zu einer zeitlichen Ausbreitung von optischen Impulsen über die Entfernung führt – ein Phänomen, das als modale oder intermodale Dispersion bekannt ist.

Bandbreite, gemessen in MHz·km, dient als kritische Metrik für Multimode-Fasern. Die Beziehung zwischen der Übertragungskapazität einer Faser und ihrer Länge ist invers: Mit zunehmender Entfernung nimmt die Bandbreite ab. Dies erklärt, warum die Bandbreite als Produkt aus Frequenz und Entfernung ausgedrückt wird. Beispielsweise würde eine Faser mit einer Bewertung von 600 MHz·km eine Bandbreite von 300 MHz bei einer Entfernung von 2 km liefern.

Untersuchungen zeigen, dass Multimode-Fasern mit Stufenindex typischerweise Bandbreite-Längen-Produkte von bis zu 20 MHz·km bieten, während Gradientenindex-Fasern bis zu 2,5 GHz·km erreichen können. Singlemode-Fasern bieten mit ihrer minimalen Dispersion und schmalen spektralen Linienbreite effektiv unbegrenzte Übertragungsbandbreite.

Grundlagen der Übertragungsgeschwindigkeit: Nyquist und Shannon

Die Datenübertragungsrate in Multimode-Fasern steht in direktem Zusammenhang mit der Bandbreite. Das Nyquist-Theorem besagt, dass für Binärdaten die maximale Datenrate dem Doppelten der Kanalbandbreite entspricht (z. B. unterstützt ein 200-MHz-Kanal 400 Mbit/s). Das Shannon-Gesetz beschreibt ferner die Beziehung zwischen maximaler Übertragungsrate, Bandbreite und Signal-Rausch-Verhältnis in verrauschten Kanälen.

OM-Klassifizierungen: Eine vergleichende Analyse

Die Bezeichnung "OM" (optical multimode) gibt die Faserqualität an, wobei jede Version unterschiedliche Bandbreiten- und Entfernungsfähigkeiten bietet:

Unterschiede in Design und Anwendung

OM1- und OM2-Fasern wurden ursprünglich für LED-Lichtquellen entwickelt, während OM3 und OM4 Optimierungen für die Laserdiode (LD)-Übertragung beinhalten. Die neueren Standards bieten deutlich verbesserte Leistung:

• OM1 : Verfügt über einen großen Kerndurchmesser und eine numerische Apertur, was eine starke Lichtsammlung und Biegefestigkeit ermöglicht
• OM2 : Reduzierter Kerndurchmesser und numerische Apertur verringern die modale Dispersion und senken gleichzeitig die Produktionskosten
• OM3 : Enthält flammhemmende Mäntel und unterstützt 10 Gbit/s-Übertragung
• OM4 : Speziell für VCSEL-Laserübertragung mit mehr als der doppelten effektiven Bandbreite von OM3 entwickelt

In praktischen Anwendungen wurden OM1 und OM2 weit verbreitet in Gebäudeinfrastrukturen eingesetzt, die bis zu 1 Gbit Ethernet unterstützen. OM3- und OM4-Kabel werden typischerweise in Rechenzentrumsumgebungen eingesetzt, wo sie 10 Gbit, 40 Gbit und sogar 100 Gbit Ethernet-Übertragung unterstützen.

Implementierungsrichtlinien

OM3-Anwendungen : Diese laseroptimierte Faser unterstützt verschiedene Konfigurationen von 4 bis 48 Kernen. Wichtige Implementierungsszenarien sind:

• Erweiterung der Gigabit-Ethernet-Übertragung auf Entfernungen von 900 m
• Bereitstellung kostengünstiger Lösungen für Verbindungen unter 300 m in 10-Gbit-Systemen
• Ermöglichen von Verbindungen zwischen Gebäuden ohne teure Laserausrüstung

OM4-Anwendungen : Während Singlemode-Fasern weniger kosten, macht die Kompatibilität von OM4 mit erschwinglicher 850-nm-Optik sie wirtschaftlich vorteilhaft für:

• 10-Gbit-Systeme, die eine Übertragung von 300–600 m erfordern
• 40-Gbit-/100-Gbit-Systeme, die eine Reichweite von 100–125 m benötigen
• Campus-Netzwerke, die 4 Gbit (400 m), 8 Gbit (200 m) oder 16 Gbit (130 m) Verbindungen unterstützen

Die Entwicklung von der Multimode-Fasertechnologie OM1 bis OM4 hat Lösungen geschaffen, die den Return on Investment in die Infrastruktur maximieren und gleichzeitig eine optimale Leistung für Backbone-Verkabelung und Fiber-to-the-Desktop-Anwendungen bieten.