Những bước nhảy vọt về tốc độ truyền dẫn là nhân tố then chốt cho sự ra đời của các công nghê sợi quang đa mốt.
Ngày nay có rất nhiều tùy chọn để các doanh nghiệp, tổ chức cân nhắc khi phát sinh nhu cầu triển khai một hệ thống cáp quang mới nhằm thay thế hệ thống cũ trước đó. Cả sợi quang đơn mốt và sợi quang đa mốt đều có ưu, nhược điểm riêng của mình. Tuy nhiên, trong khuôn khổ bài viết này, chúng tôi sẽ tập trung vào các công nghệ và ứng dụng của cáp quang đa mốt.
Cho đến giữa những năm 1990, các tùy chọn còn khá đơn giản, cáp quang đơn mốt cung cấp băng thông không giới hạn và khoảng cách xa. Trong khi đó, cáp quang đa mốt chỉ có hai loại chính là lõi 62,5 micron và 50 micron. Cáp lõi 50 micron sử dụng chủ yếu cho các dịch vụ viễn thông và những ứng dụng quân đội đặc biệt ở một số quốc gia. Còn trong môi trường doanh nghiệp, cáp lõi 62,5 micron là lựa chọn phổ biến hơn.
Do có kích thước lõi lớn hơn, cáp đa mốt 62,5 micron cung cấp khẩu độ lớn hơn (NA – thông số thể hiện khả năng nhận và truyền tải ánh sáng). Tại thời điểm đó, nguồn thu phát sử dụng chủ yếu là đèn LED. So với nguồn laser thường dùng hiện nay, nguồn LED phát ra chùm sáng rộng, nên một số tia sáng truyền vào lõi sợi quang và số khác thì không. Khẩu độ NA của cáp lõi 62,5 micro lớn hơn, nên khả năng nhận và truyền tải ánh sáng tốt hơn cáp lõi 50 micron.
năng nhận và truyền tải ánh sáng). Tại thời điểm đó, nguồn thu phát sử dụng chủ yếu là đèn LED. So với nguồn laser thường dùng hiện nay, nguồn LED phát ra chùm sáng rộng, nên một số tia sáng truyền vào lõi sợi quang và số khác thì không. Khẩu độ NA của cáp lõi 62,5 micro lớn hơn, nên khả năng nhận và truyền tải ánh sáng tốt hơn cáp lõi 50 micron.
Những thay đổi sau sự ra đời của tốc độ Gigabit
Sự ra đời của tốc độ truyền dẫn quang Gigabit, và đặc biệt là Gigabit Ethernet, đã dẫn đến các thay đổi về đặc tính kỹ thuật của sợi quang đa mốt. Tốc độ Gigabit yêu cầu sử dụng nguồn phát laser VCSEL - nguồn phát quang có phổ ánh sáng hẹp hơn đèn LED, phát ra ánh sáng tập trung thành một điểm rất nhỏ giúp tín hiệu truyền đi hiệu quả. Nhờ đó, khẩu độ không còn giữ vai trò quan trọng trong việc xác định tính năng tải dữ liệu của sợi quang. Hơn nữa, VCSEL tạo ra tín hiệu Gigabit Ethernet hoạt động trong dải bước sóng 850 nm.
Phần lớn cáp quang lõi 62,5 micron đã triển khai giữa thập niên 1990 sử dụng tiêu chuẩn truyền dữ liệu FDDI (Fiber Distributed Data Interface), được thiết kế phù hợp nhất để sử dụng nguồn phát quang LED hoạt động tại bước sóng 1300 nm (do cáp quang lõi 62,5 có băng thông tại bước sóng 1300 nm cao hơn băng thông tại bước sóng 850 nm). FDDI vẫn có thể hỗ trợ Gigabit Ethenet 850 nm dựa trên nguồn VCSEL, nhưng với khoảng cách ngắn hơn các sợi quang khác.
Về phần mình, tại bước sóng
850 nm, cáp quang quang 50 micron hỗ trợ băng thông ở cao hơn so với cáp quang 62,5 micron (500 MHz.km so với 200 MHz.km) và do đó truyền được ở khoảng cách xa hơn (550 m so với 275 m).
Tốc độ truyền dẫn nhảy vọt gấp 10 lần từ Gigabit Ethernet sang 10 Gigabit Ethernet (10 GbE) đã dẫn đến sự phát triển của sợi quang OM3. Khi toàn bộ hệ thống cáp quang hỗ trợ tốc độ truyền dữ liệu 10 GbE trở nên phổ biến, ngành công nghiệp đòi hỏi phải có một loại cáp quang đa mốt hiệu suất cao hơn, để cung cấp khoảng cách truyền dẫn 10 GbE xa hơn trong dải bước sóng 850 nm. Nhằm đáp ứng nhu cầu này, các nhà sản xuất cáp quang đã phát triển sợi đa mốt lõi 50 micron được tối ưu hóa để hỗ trợ tín hiệu hoạt động tại bước sóng 850 nm ở khoảng cách xa. Sợi này thường được gọi là “sợi quang đa mốt 50 micron tối ưu cho nguồn sáng laser”.
Thuật ngữ OM
Với sự xuất hiện các loại cáp quang đa mốt mới này và nhu cầu phân biệt chúng với nhau, các tổ chức đã thông qua thuật ngữ OM được định nghĩa trong chi tiết kỹ thuật của tiêu chuẩn 11801 ISO/IEC. Ba loại được mô tả đến thời điểm này là OM1, OM2 và OM3, được đo bằng tiêu chí quan trọng là MHz.km. Cụ thể, băng thông ở bước sóng 850 nm của OM1 là 200 MHz.km, OM2 là 500 MHz.km và OM3 là 1.500 MHz.km.
Mức hiệu suất băng thông trên được đo bằng phương pháp OFL. Ngoài ra, còn một phương pháp đo lường băng thông khác là EMB, dành riêng để đo hiệu suất OM3, nhưng không dùng cho OM1 và OM2. EMB tối thiểu cho cáp OM3 là 2.000 MHz.
Một vài thông số thường gặp để người sử dụng tham khảo như: cáp OM1 có thể hỗ trợ 1000 Base-SX (tại 850 nm) – ở khoảng cách 275 m. OM2 hỗ trợ khoảng cách 550 m. Khi tốc độ tăng lên 10 Gb/s, cáp OM1 hỗ trợ
33 m, OM2 hỗ trợ 82 m và OM3 hỗ trợ 300 m.
Đáng chú ý là trong tiêu chuẩn các thành phần của hệ thống cáp quang ANSI/TIA-568.3-D, thì OM1 và OM2 không còn nằm trong tiêu chuẩn tại bảng 1, mà được chuyển sang phụ lục và không còn được khuyến cáo sử dụng trong lắp đặt cáp quang. Tiêu chuẩn tối thiểu hiện nay khi lắp đặt cáp quang phải là hiệu suất OM3.
Việc đưa OM1 và OM2 xuống phụ lục không thể ngăn người dùng tiếp tục mua và sử dụng hai loại cáp quang này. Trong thực tế sử dụng, OM3 có thể tương thích ngược với OM2 và có thể lắp đặt vào hệ thống cáp OM2 hiện có mà không làm giảm hiệu suất. Tuy nhiên, cáp quang OM1 với lõi 62,5 sẽ không kết hợp được vì sẽ gây ra suy hao cao.
Ứng dụng - Khoảng cách kết nối Ethernet
Tiếp tục sự phát triển với những cải tiến về công nghệ
Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, OM3 được các nhà thiết kế cải tiến lại. Các nhà sản xuất OM3 áp dụng công nghệ để nâng cao khả năng hoạt động của cáp, giúp tăng băng thông hoạt động, giảm suy hao và cho phép hỗ trợ khoảng cách dài hơn khi truyền 10 GbE. Do tiêu chuẩn OM3 ở thời điểm đó là tiêu chuẩn cao nhất, các nhà cung cấp và người dùng đã sử dụng thuật ngữ “OM3+” để chỉ các loại cáp quang có mức băng thông và hiệu suất vượt mức của OM3.
Sau một khoảng thời gian, tốc độ truyền dẫn 40 GbE và 100 GbE được phát triển làm giảm đáng kể khoảng cách truyền tín hiệu mà cáp quang OM3 có thể đạt được. Do đó, nhu cầu đặt ra là cần một sợi quang có hiệu suất cao hơn đạt các tiêu chí trên, dẫn đến sự ra đời của cáp quang OM4.
Khi TIA chấp thuận các đặc điểm kỹ thuật của OM4 vào năm 2009, Paul Kolesar của hãng CommScope đã viết trong một bài báo, “Không phải ai cũng có thể chờ đợi đến khi tiêu chuẩn cho cáp quang OM4 xuất hiện. Những cá nhân tiên phong đã sớm trải nghiệm OM4 trong hơn 5 năm qua. Vào thời điểm TIA bỏ phiếu cho các đặc điểm kỹ thuật chính thức của OM4, hàng trăm TTDL trên toàn thế giới đã vận hành trơn tru với thế hệ cáp vượt mức OM3 mà sau này sẽ đáp ứng các chuẩn của OM4.” (OM4 – chuẩn cáp quang cho TTDL thế hệ tiếp theo, tháng 10-2009).
Băng thông EMB tối thiểu của cáp quang OM4 tại 850 nm là 4.700 MHz.km, và băng thông OFL tối thiểu của cáp quang OM4 ở 850 nm là 3500 MHz.km. Tuy nhiên, tương tự như OM1, OM2 và OM3, tại bước sóng 1300 nm; OM4 cũng có băng thông OFL tối thiểu 500 MHz.km. OM4 hỗ trợ tốc độ 40 GBase-SR4 và 100 GBase-SR10 lên đến 150 mét, trong khi OM3 chỉ là 100 mét.
Cung cấp nhiều bước sóng
Thời gian gần đây, có một loại cáp quang nổi lên với những đặc điểm kỹ thuật cải thiện đáng kể so với tiêu chuẩn chính thức, được gọi là sợi đa mốt băng thông rộng (WBMMF). Hiện nay, WBMMF được xem như OM4+ và gợi nhớ đến thời điểm OM3+ trước đây. Giữa WBMMF và OM4 có nhiều điểm khác biệt hơn so với giữa OM4 và OM3. Cụ thể, WBMMF đang được phát triển để hỗ trợ truyền dẫn quang tại nhiều dải bước sóng thông qua phương pháp được gọi là ghép kênh phân chia theo bước sóng (WDM). Trong khi OM3 và OM4 được tối ưu hóa băng thông để hỗ trợ truyền tải tại bước sóng 850 nm ở khoảng cách cụ thể, thì WBMMF sẽ hỗ trợ truyền dữ liệu ở bốn bước sóng riêng biệt.
OM3 và OM4 đã được tối ưu hóa để truyền tín hiệu tốt nhất ở 850 nm, và hiệu suất băng thông ở các bước sóng khác thấp hơn nhiều so với ở bước sóng 850 nm. Trong khi đó, WBMMF sẽ hỗ trợ truyền dẫn tốc độ cao ở bốn bước sóng khác nhau. Giá trị cốt lõi của công nghệ WBMMF là thay vì phải cần bốn sợi cáp quang riêng biệt để truyền tải bốn tín hiệu quang học khác nhau, thì các tín hiệu này sẽ được gửi từ một sợi quang duy nhất. Một ứng dụng của WBMMF là truyền tín hiệu 10 Gb/s trên mỗi bước sóng, cho phép WBMMF hỗ trợ tốc độ truyền tải
40 Gb/s. Ngoài ra, nếu truyền tải tín hiệu 25 Gb/s, cáp quang WBMMF sẽ hỗ trợ được tốc độ 100 Gb/s nhưng với khoảng cách xa hơn OM4.
Để đạt các mục tiêu trên, cần phải có thiết bị thu phát phù hợp để thực hiện WDM. Trong lúc các tiêu chuẩn vẫn đang được phát triển và việc lựa chọn chính xác các bước sóng sử dụng chưa được thống nhất, các nhà nghiên cứu tiêu chuẩn dự kiến WBMMF sẽ được tối ưu hóa ở bốn bước sóng giữa 850nm và 950nm. Nhìn chung, khoảng cách giữa các bước sóng được tối ưu hóa càng rộng, thì càng dễ thu phát và các nhà sản xuất càng có nhiều lựa chọn để sản xuất các thiết bị WDM một cách kinh tế hơn.
Sợi quang WBMMF đã được sản xuất và có sẵn trên thị trường hiện nay. Tối ưu hóa WBMMF ở bước sóng 850 nm sẽ giúp tương thích ngược với OM4, đồng nghĩa người dùng có thể chọn WBMMF để triển khai cho các ứng dụng dựa trên OM4 hiện có, tạo cơ sở hỗ trợ cho các ứng dụng WDM trong tương lai.
Trương Hoàng Quí
Theo Cabling Install
