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長飛光纖光纜股份有限公司股票代碼：601869.SH / 06869.HK

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OM5 Multimode Fibre:

Developments and Prospects

OM5多模光纖的研發(fā)現(xiàn)狀及前景

隨著網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通訊量的迅猛增長,，近年來,，多模光纖及其應(yīng)用的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)在持續(xù)升級。以太網(wǎng)速率從10GbE/40GbE/100GbE升級到25GbE/50GbE/200GbE/400GbE,，將來還會升級到更高速的800GbE/1.6TbE,；光纖通道速率從8GFC/16FC升級至串行的32GFC/64GFC和并行的128GFC/256GFC，以及將來更高速的串行128GFC和并行512GFC,。同時,，多模光模塊技術(shù)逐步從NRZ編碼發(fā)展至4電平的PAM4信號編碼；從單波長光源發(fā)展至多波長復(fù)用,，如2波復(fù)用的BiDi技術(shù),、4波復(fù)用的SWDM技術(shù)，以及將來可能的8波長復(fù)用,。此外,，多模光纖還有模分復(fù)用（MDM）的潛力，通過利用多模光纖中的多個可用模式來增加傳輸容量,。

01 數(shù)據(jù)中心中布線應(yīng)用現(xiàn)狀 Current Status of Data Center Cabling Application

近年來,，數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)需求持續(xù)增長，根據(jù)思科的統(tǒng)計和預(yù)測,，2015至2020年間,，全球數(shù)據(jù)中心總體流量年復(fù)合增長27%，其中云數(shù)據(jù)中心年復(fù)合增長30%,，傳統(tǒng)本地數(shù)據(jù)中心每年保持9%的穩(wěn)定增長,。

目前，大多數(shù)數(shù)據(jù)中心的布線方案是采用銅,、短距離多模光器件,、長距離單模光器件共同完成,。其中多模SR4和單模PSM4解決方案占主導(dǎo)。數(shù)據(jù)中心內(nèi)部布線選擇的最關(guān)鍵指標(biāo)之一是成本,，往往成本最低的解決方案最具有優(yōu)勢,。因此， SR用于數(shù)百米距離內(nèi),，LR用于2千米以上的長距離,。阿里巴巴目前在其網(wǎng)絡(luò)中采用100GBASE-SR4多模光纖連接,，發(fā)現(xiàn)其比基于單模光纖和PSM4或CWDM4的連接方式更具性價比,。鑒于企業(yè)本地數(shù)據(jù)中心的規(guī)模、架構(gòu),、網(wǎng)絡(luò)容量和存儲需求,，多模光纖和VCSEL仍將是這一重要市場的首要解決方案。

02 OM5光纖廠家及SWDM聯(lián)盟 OM5 Fibre Manufacturers and the SWDM Alliance

OM5光纖將傳統(tǒng)OM4光纖在850nm的帶寬性能拓寬到953nm,，利用4波長短波波分復(fù)用（SWDM4）技術(shù),，在一根多模光纖上同時傳輸四個波長，將多模光纖傳輸容量提高至原來的4倍,，同時完全向下兼容,。

作為一種能夠大大提升多模光纖傳輸容量并增加傳輸距離的新技術(shù)，SWDM對于數(shù)據(jù)中心建設(shè)以及相關(guān)光纖,、器件和設(shè)備廠家的意義不言而喻,。目前，該聯(lián)盟成員包括長飛,、康寧,、OFS、Prysmian,、康普等光纖和布線廠家,，還包括戴爾、華為,、華三,、Juniper等設(shè)備廠家和Finisar、Lumentum等模塊廠商,。該聯(lián)盟于2017年3月發(fā)布了多源協(xié)議（MSA）,，定義了40GE SWDM4和100GE SWDM4的應(yīng)用需求，并表示將在今后進一步拓展到400Gb/s應(yīng)用,。

03 OM5光纖相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)更新進展 Update on OM5 Fibre Standards

OM5光纖建立在OM3/OM4光纖的基礎(chǔ)之上,，并擴展其性能以支持多個波長，OM5展示了多模光纖系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的未來,。自2015年至今,，幾大國際標(biāo)準(zhǔn)組織均新增了對OM5光纖及其應(yīng)用的規(guī)范,。

3.1 TIA和IEC

電信工業(yè)協(xié)會（TIA）率先于2016年6月正式發(fā)布TIA-492AAAE光纖標(biāo)準(zhǔn)，定義了可支持850nm~950nm波段波分復(fù)用技術(shù)的寬帶多模光纖（WBMMF）,。2016年10月發(fā)布ANSI/TIA-568.3-D光纖結(jié)構(gòu)化布線標(biāo)準(zhǔn),，批準(zhǔn)使用TIA-492AAAE光纖進行布線。

國際電工委員會（IEC）于2017年8月正式發(fā)布IEC 60793-2-10 ed. 6光纖標(biāo)準(zhǔn),，將WBMMF定義為A1a.4光纖類型,，并得到ISO/IEC對11801. ed. 3請求聯(lián)絡(luò)的支持，隨即于2017年11月正式發(fā)布ISO/IEC 11801-1光纖布線標(biāo)準(zhǔn),，確定了用這種光纖布線的名稱為OM5,。

3.2 IEEE 802.3

2016年9月起草、2017年12月正式發(fā)布的IEEE 802.3bs標(biāo)準(zhǔn),，定義了200Gb/s和400Gb/s以太網(wǎng)的媒體訪問控制參數(shù),、物理層和管理參數(shù)，其中也為寬帶多模光纖布線正式命名為“OM5”,，并規(guī)定了OM3/OM4/OM5三類光纖在400GBASE-SR16系統(tǒng)中可支持的最短鏈路距離,，如表1所示。

PMD type Required operating range a
400GBASE-SR16 0.5 m to 70 m for OM3
0.5 m to 100 m for OM4
0.5 m to 100 m for OM5
表 1 OM3/OM4/OM5三類光纖在400GBASE-SR16系統(tǒng)中可支持的最短鏈路距離

2016年11月起草,，2018年12月發(fā)布的IEEE 802.3cd標(biāo)準(zhǔn)定義了50Gb/s,、100Gb/s和200Gb/s以太網(wǎng)的媒體訪問控制參數(shù)、物理層和管理參數(shù),，并規(guī)定了OM5光纖均可以支持100米以上的50GBASE-SR,、100GBASE-SR2和200GBASE-SR4。

2017年11月,，IEEE 802.3成立下一代200Gb/s與400Gb/s多模光纖物理層研究組,，旨在采用比現(xiàn)有以太網(wǎng)更少的多模光纖來實現(xiàn)200Gb/s和400Gb/s系統(tǒng)的傳輸，簡稱“NGMMF研究組”,。在2018年1月舉行的研究組第一次正式會議上,，提出了400GBASE-SR8或400GBASE-SR4.2兩種方案替代400GBASE-SR16來實現(xiàn)對400G以太網(wǎng)的支持，最小傳輸距離100m,。400GBASE-SR8方案采用8對光纖,，可以充分利用現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)勢（采用對PAM4更友好的VCSEL），目標(biāo)波長為850nm,，目前有QSFP-DD,、OSFP和COBO 8-Lane幾種光模塊封裝。400GBASE-SR4.2方案采用4對光纖,，保持了跟現(xiàn)有100 GBASE-SR4方案相同的布線方式,，每根光纖傳2個波長，同樣也采用PAM4調(diào)制技術(shù)，目標(biāo)波長為850nm和一個更長波長的光源,。400GBASE-SR4.2方案更適合采用可支持多波長的OM5光纖進行布線,。相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.3cm于2020年1月發(fā)布。

04 OM5光纖的應(yīng)用及未來發(fā)展 Applications of OM5 Fibres and the Future

OM5光纖的設(shè)計初衷,，即為應(yīng)對多模傳輸系統(tǒng)的波分復(fù)用（WDM）需求,。因此，其最具價值的應(yīng)用,，是在短波波分復(fù)用領(lǐng)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(shù)光模塊廠商能夠提供少量的樣品,，但僅供內(nèi)部實驗使用。PAM4調(diào)制方式可以在現(xiàn)有25Gb/s的VCSEL基礎(chǔ)上提供單波50Gb/s的速率,。兩波長雙向（BiDi）技術(shù)和四波長復(fù)用（SWDM4）技術(shù)分別為100Gb/s以上高速以太網(wǎng)鏈路精簡了二分之一和四分之三的光纖用量,。

研究者發(fā)現(xiàn),，通過在光纖芯層摻入適當(dāng)?shù)姆?，能減小不同波長對應(yīng)的最優(yōu)alpha值差異，從而使得“超寬帶多模光纖”在850nm~1050nm整個波長范圍內(nèi)帶寬得以提高,。這一結(jié)果證明了“超寬帶多模光纖”有能力在850nm~1050nm窗口內(nèi)支持8個間隔為30nm的波分復(fù)用通道,。

近三年來，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(diào)制技術(shù)及波分復(fù)用技術(shù)加持下的最新傳輸結(jié)果,，如表2,。從報道的實驗結(jié)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),。

此外，經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計,，50μm芯徑的多模光纖可獲得1550nm窗口下比少模光纖更低的差分模式群時延（DMGD）,，用于多輸入-多輸出（MIMO）模分復(fù)用（MDM）系統(tǒng)中，從而將光纖容量提升數(shù)倍,，這證明了未來多模光纖進行模分復(fù)用的潛力,。

FIT Finisar OFS Prysmian Panduit 長飛
0M3 0M4 0M5 0M4 0M5 0M4 0M5 0M4 0M5 0M3 0M4 0M5 0M4 0M5

100GB/s-BiDi (850nm、910nm)

70m

100m

150m

200m

400m

70m

100m

200m

300m

200GB/s-SWDM4 (850nm,、880nm
910nm,、940nm)

100m

300m

300m

100m

300m

50GB/s @980nm

300m

300m

200m

200m

50GB/s @1060nm

200m

200m

表2 最新報道的PAM4傳輸實驗進展
05 總結(jié) Summary
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(yīng)用潛能,，能使其適應(yīng)更高速的傳輸網(wǎng)絡(luò),。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(shù)企業(yè)客戶最具成本效益的數(shù)據(jù)中心解決方案,。云數(shù)據(jù)中心和企業(yè)本地數(shù)據(jù)中心持續(xù)穩(wěn)定的需求增長，為經(jīng)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(biāo)準(zhǔn)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(wǎng)絡(luò)提供更長的傳輸鏈路和網(wǎng)絡(luò)升級余量。
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