康宁OM3/OM4连接解决方案的传输性能

8/24/2017,来自康宁光通信 技术支持部著 王坚译，本工程应用手册使用康宁降阶评估表协助系统设计师确定康宁OM3/OM4激光优化50µm多模光纤预端接光学连接组件的以太网和光纤通道传输距离能力。光纤系统12芯预端接连接解决方案实例，请参考AEN151“基于12芯的结构化布线四通道并行光学连接解决方案”和AEN152“基于12芯的结构化布线四通道并行到双工光学连接解决方案”。8芯解决方案请参考AEN156“基于8芯的结构化布线连接解决方案”。

传输标准
   电气和电子工程师协会（IEEE）提供以太网标准，国际信息技术标准委员会（INCITS）提供光纤通道的标准。根据光纤类型和相关信道损耗每个标准定义了不同协议数据速率的最大信道长度。 每个标准使用光纤传输链路模型来计算系统内不同的损耗为每个协议传输速率建立最大通道长度。这些模型是用于特定传输协议的无源电子连接器件的组合。在此基础上，每个数据速率有一个特定的功耗用来确定系统的能力。

   作用距离和信道的插入损耗（CIL）通常公布在标准的表格格式中。很难显示所有可能的长度组合。因此，每个标准委员会必须选择如何显示输出结果。

   对于大多数的以太网协议，IEEE规定的总连接器损耗1.5dB；但在某些情况下规定只有1dB。这个损耗可划分成选择多个连接器。IEEE通常规定一个最大离散0.75 dB连接器的插入损耗。对于10G以太网（10GBase-SR）协议，规定连接器配对系统整体连接器链接损耗为1.5dB。按照这个规定，可以根据标准模型计算可达到的最大距离。例如，IEEE规定OM3光纤在10GBase-SR系统中的整体通道插入损耗值为2.6dB情况下最大传输距离是300米如图1所示。它的价值是为单一的系统配置提供快速指导的很好的工具。然而，光链路有不同的长度、连接器配对数量和设计配置。


图1：10G以太网作用距离和损耗预算表                                                           
         
   光纤通道协议的历史，INCITS技术委员会使用IEEE相同的规范作为指导；规定总的连接器损耗1.5dB。然而, 自发布光纤通道物理接口4（FC-PI-4），替代仅规定通道1.5 dB的总连接器损耗的默认指导，INCITS开始提供在连接器插入损耗范围内对各种光纤类型的传输性能指导从1dB到3dB。3dB为连接器插入损耗的上限。

   图2表明了不同光纤类型在连接器插入损耗范围内8G光纤通道传输能力。这种方法清楚地表明距离和连接器插入损耗之间的权衡。按照下表，8G光纤通道链路中， OM4光纤在连接器插入损耗为 3dB时可以实现传输距离50米，或如果连接器插入损耗为1dB时为220米。


图2：8G光纤通道（800-SN）作用距离与损耗预计

   即使有两个标准提供的指导，系统设计者也会经常遇到需要处理与标准所假设的不同的链接的情况.（例如：开发应用或当交叉连接多个链接时）。这将需要在降阶评估表中创建一个额外的指导。  

光纤传输链路模型 
   这里有一个信道长度和信道插入损耗之间的权衡。减少信道长度提供了盈余（DB），可以使用更多的连接形式，同时保持所需的信号完整性。同样，通过降低整体连接器的损耗，我们可以在系统中增加更多连接。此外，如果使用改进连接损耗参数的组件，那么信道长度超过标准规格就可以实现。 

   结构化布线部署通常需要增加一个给定应用的信道插入损耗（IL）的元素。作为一个例子，交叉连接和光分路可以是有价值的，甚至是必要的，但导致增加信道的插入损耗。    

   以太网和光纤通道标准委员会已创建的模型显示不同数据速率的功率损失和可支持的距离之间的权衡。链路模型基于功率分配计算、功率损失，有时称为AC损耗，被分配为链路损耗，如噪声和色散。功率损耗也包括连接器数量和光纤衰减.。功耗加线性分贝作为功能来确定链路总损耗长度。此外，一个修正项是用来解释两种损耗之间的相互作用。该模型确定链路中最差的参数的组件性能，包括收发器和物理媒介（布线）。 

   该模型被开发作为一种工具以协助以太网和光纤通道委员会在了解各种链路功耗之间的潜在权衡，并作为链路规范讨论的基准。使用这些模型并参考系统组件的性能，系统设计人员可以成功地权衡网络传输的距离和损耗。图3显示了一个标准光纤传输链路模型的示例。


图3：10GBase-SR光纤传输链路模型

标准vs工程解决方案模型  
   一个标准的解决方案传输模型为不同的传输协议采用标准允许的最低兼容的收发器参数。一个多源协议（MSA）引导的收发端口的机械和电气接口规范是向多个供应商开放。
 
   一个工程解决方案传输模型是基于特定传输协议下供应商特定的收发器的参数。工程解决方案通常提供信道距离长于标准规定距离。机电的接口规范是解决方案供应商独有的。例如：40GBase-eSR4/CSR4/XSR4扩展到40G并行传输和40GBase-BiDi双向传输。康宁已与工程解决方案的供应商合作基于厂商特定收发器参数的不同传输协议产生最大信道距离。

康宁降阶评估表
   如上所述的标准解决方案模型中使用的值是假设最坏情况下的收发器性能参数，而工程解决方案模型是基于供应商特定的收发器参数。对于这两种情况，康宁光通信的连接参数被用来计算最大信道距离。康宁连接产品一贯提供比标准模型中所使用的更好性能。此外，康宁降阶评估表提供设计者一个基于链路组件的距离能力，同时由模型验证确保信号的完整性到达接收器是在运行动态范围内。 

   这有助于系统设计人员应对不同于机构标准假定的链路，设计师希望链路在各种信道条件下可靠的工作，而康宁降阶评估表能提供保证。

如何使用康宁降阶评估表
下面列出了从降阶评估表提取不同协议数据速率所需的最大信道距离的信息： 
1)  损耗组件规范：康宁为MTP®/LC和MTP/MTP配对提供了多种损耗规范，EDGE8™和EDGE™超低损耗模块有0.35dB的损耗规范，而EDGE™和即插即用™低损耗模块有一个0.5dB的损耗规范。在MTP/MTP配对时，康宁公司的EDGE8 MTP主干为0.25 dB的连接损耗。EDGE的MTP主干生产日期在2014年9月以后的为0.25dB的MTP连接损耗；主干制造在此日期之前为0.35 dB的MTP连接损耗，即插即用MTP的主干为0.35 dB的连接损耗。
2)  Fiber光纤类型：标准认可的多模光纤类型协议数据速率覆盖激光优化多模50/125um  OM3和OM4激光优化多模50 / 125um。                    
3) 应用协议和数据速率：以太网和光纤通道协议数据速率标准涵盖解决方案和工程解决方案。 
4) 基础设施的连接数：在布线基础设施中的MTP连接器和模块连接数。一个布线基础设施由模块和MTP连接器组合成典型的串行应用，MTP连接器数计算模块连接数量，并行转换模块典型光学应用算作两个MTP连接。
          
降阶评估表 
   每个表提供了适用的协议数据速率距离的能力。每个表的第一列代表光缆光纤型号；第二列是适用的不同的协议数据速率，第三列显示协议的速度。随后的列代表MTP/LC模块的数量或在布线基础设施里的MTP连接计数，从1到8。在一个特定的数据速率的光纤类型最大距离的能力（米）可从数据速率行的相交单元和MTP/LC模块数量或在布线基础设施中的MTP连接计数中读出。 
 
以太网和光纤通道双工和并行应用的降阶表可以在附录A中找到

基础设施布局和协议数据速率信道距离的示例
   在下面的基础设施示例中，我们基于光纤类型和MTP/LC模块或MTP连接器数量的基础设施使用降阶评估表来确定信道距离适用的数据率。为了支持协议数据速率，降阶表的距离应该大于或等于给定光纤类型的基础设施总光缆长度。 

   图4显示一个双MTP/LC模块系统。假设这个系统有OM4光纤和超低损耗模块（每个模块0.35dB）。根据表2中发现的信息以太网协议1000Base-SX最大距离是1170米，10GBase-SR 是560米和40GBase-BiDi 是200米。对于光纤通道，我们将使用表6确定最大距离；4 GFC是650米，8 GFC是285米，16 GFC 是200米和32 GFC是130米。


图4: 双 MTP/LC 模块系统 

   图5显示一个六MTP/LC模块系统。假设这个系统具有OM3光纤和低损耗模块（每模块损耗0.50dB）。根据表1中找到的信息以太网协议1000BASE-SX的最大距离为1010米，10GBase-SR是325米和40GBase-BiDi 是105米。对于光纤通道，我们将使用表5确定最大距离；4GFC是420米，8GFC是175米，16GFC是105米和32 GFC是75米。


图 5: 六 MTP/LC 模块系统

   图6显示一个四MTP / MTP适配器面板系统。假设这个系统有OM3光纤和超低损耗的MTP接头（每对MTP损耗0.25 dB）。基于表4的信息以太网协议40GBase-SR4最大距离145米，40GBase-eSR4是325米和100GBase-SR4是85米。光纤通道我们会使用表8确定最大距离，128GFC的最大距离为70米。


图 6: 四 MTP/MTP 适配面板系统
                            
   图7显示一个双MTP®/ MTP转换模块系统（转换模块按每对两个MTP连接器计数）。假设这个系统有OM4光纤和一个低损耗MTP连接器（每对损耗0.25dB）。根据表4中找到的信息以太网协议40GBase-SR4的最大距离为190米，40GBase-eSR4是550米和100GBase-SR4是130米。对于光纤通道，我们将使用表8确定128 GFC最大距离105米。  


图7: 双MTP/MTP 转换模块系统 (四 MTP/MTP连接器) 

光分路器/ TAP模块应用的降阶评估表 
   综合布线基础设施中的另一个连接组件是网络监测和分析的TAP模块。TAP模块包含一个光分路器引入了通道的额外损耗，由于分开的信号功率成百分比的50 / 50，70 / 30或80 / 20。分开信号被引导到两个设备，现场设备（交换/存储/服务器）及信号分析监控装置。图8描绘了TAP模块中的分路器是如何工作的。  


图8: 无源TAP模块内的光信号分割

   在链接中包含的光分路器额外的插入损耗，这反过来又减少了损失余量和信道距离。康宁光TAP模块使用薄膜分束器多模应用提供更好的损耗性能值技术。将光分路器在布线基础设施的模块组件中集成，将进一步减少与非集成解决方案相比的损耗。康宁公司的降阶评估表提供了不同协议的数据传输速率使用TAP模块的最大距离。最大现场使用距离提供50/50和70/30以太网应用分流比及70 / 30和80 / 20光纤通道应用分流比。

以太网和光纤通道双工和并行开发应用的降阶评估表在附录B中找到

光分路器基础设施布局和协议数据速率信道距离示例（现场） 
   在下面的光TAP基础设施的例子中，我们使用了光学降阶评估表基于光纤类型、TAP模块和基础设施中MTP/LC模块的数量以确定适用的数据速率的信道的距离。为了支持协议数据速率的降阶评估表距离，现场信号应大于或等于给定光纤类型的基础设施光缆总长度。对于光纤通道的应用，任何协议，无论光纤类型，监视器链路的最大距离不能超过20米。对于以太网应用程序监视链路距离通常不是一个问题；查询请联系康宁光通信技术支持热线。

   图9显示一个双MTP®/LC模块系统包含一个集成的MTP / LC TAP模块和一个MTP /LC模块。假设这个系统使用OM4光纤，70 / 30分流和低损耗模块（每模块0.5dB）。根据表11中找到的信息以太网协议10GBase-SR最大现场距离是500米。光纤通道我们可以用表15来确定最大的现场距离；4GFC是355米，8 GFC是130米，16GFC是35米，32GFC是45米。
        

图9: 双模块系统 – 1个集成 MTP/LC TAP 模块和1 个MTP/LC 模块 

   图10显示一个双MTP /LC模块系统包含一个集成的MTP / LC TAP模块和一个MTP /LC模块。假设这个系统使用OM4光纤，50 / 50分流低损耗模块（每模块0.5dB）。根据表11中找到的信息40GBase-BiDi的最大现场距离是105米。      

              
图10: 双模块系统 – 1 BiDi 集成 MTP/LC TAP 模块和 1 MTP/LC 模块 
 
   康宁降阶评估表提供系统设计者比指定的IEEE和光纤通道标准的工程解决方案中固定的最大光学媒体传输距离更灵活地光纤光学系统实施。降阶评估表基于光纤类型、协议数据速率和连接数量提供最大支持信道长度。降阶评估表的价值是基于康宁光通信预端接连接解决方案的光学性能参数，考虑系统的所有相关参数之间的关系，使用IEEE和INCITS光纤传输链路模型进行推导。在评估这些许多参数之间的相互依存关系，已开发的降阶评估表利用康宁产品提供一系列的特定光纤类型和数据速率的工作点。 

   这些表对于系统设计者来说是很好的参考文档，因为它们补充了由IEEE、INCITS和工程解决方案提供的标准的最大距离规格。设计师希望当他们的系统不同于那些假设的标准或工程解决方案时能有信心让链路工作。

   降阶评估表上规定的最大工作距离取决于标准推荐的光缆安装做法，没有任何外部损害，如由于安装不当或连接处脏造成的衰减。距离也取决于基于光学和连接组件的规格的端到端链路损耗预算的功率检查。关于如何建立一个康宁预端接系统链路损耗预算的指导，请参阅AEN115 “EDGE™和即插即用™链路损耗预算确定”。 

关于协议的数据传输速率支持的距离或工程解决方案的问题在本文件中未涵盖，请联系康宁光通信技术支持热线1-800-743-2671或dutyeng@corning.com。

引用：
1.IEEE (2002, April 9) P802.3ae 10Gb/s以太网工作组串行PMD文件。http://www.ieee802.org/3/ae/public/adhoc/serial_pmd/documents/10GEPBud3_1_16a.xls 
2.坎宁安，D. & Dawe，P.（2002）万兆以太网链路模型综述
http://www.avagotech.com/docs/AV02-2485EN