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EMBc测试提高10G以太网的可靠性
浏览: 发布日期:2018-03-12 09:28:33

  摘 要:本文阐述了有效模式带宽(DMD)的测试,及采用DMD模板和有效模式带宽计算(EMBc)两种方式确认光纤是否符合10G以太网的要求,EMBc比DMD模板具备更多的优势,EMBc测试提高10G以太网的可靠性。  关键字:有效模式带宽,微分模式延迟,有效模式带宽计算,10G以太网

一、简介  企业局域网(LAN)的设计不仅要满足当前的需求,更要满足持续增长的发展需求,因此,IT经理们迫切将光纤作为结构化布线系统的首要传输媒质。长期以来,62.5/125 µm多模光纤在以太网中占据统治地位,而最新的10G以太网的性能将由50/125 um的激光优化多模光纤来保证。光纤带宽测试技术已经取得了极大的进步,它确保50/125 um的激光优化多模光纤能够可靠地支持10G带宽的传输。本文探讨了微分模式延迟(DMD)的测试用于计算50/125 um多模光纤的有效模式带宽,从而提高10G以太网的可靠性。二、10G以太网  网络系统的成本及可靠性是网络设计者所考虑的最重要的因素。2002年6月,IEEE发布了应用于10G以太网的802.3ae标准,作为唯一的多模光纤万兆解决方案10GBASE-SR。传输距离达到300米。由于采用了850nm VCSEL收发器和新型激光优化的50微米光纤,使得多模系统相对于具有同样传输能力的单模系统成本更低。  多模光纤在传送光脉冲过程中会发散展宽,当这种发散状况严重到一定程度后,前后脉冲之间会相互叠加,使得接受端根本无法准确分辨每一个光脉冲信号,这种现象我们称为微分模式延迟(DMD)。只有通过对DMD测试能清晰表明各模式之间的相对延迟,才能确定多模光纤的质量是否满足10G以太网传输所需的带宽和传输距离。三、微分模式延迟(DMD)的测试T  IA FO 4.2.1使用了DMD测试程序以确保2000 MHz.km的有效模式带宽(EMB)的需要。DMD是在工厂中进行的测试方式:模长直径5 µm脉冲以最大不超过2 µm的增量扫描通过50/125 um的激光优化多模光纤的纤芯,得到数据可以用微分模式延迟来表达。见图1。  从DMD的测试,我们可以用两种方式确认光纤是否符合10G以太网的要求。DMD模板和有效模式带宽计算(EMBc)。

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  3.1 DMD模板  第一种转换DMD数据为EMB预测的方式是通常所说的“DMD模板”。每一个脉冲的上升沿与下降沿被记录并被分别用相对功率表示。这种规范化的方式排除了原始的DMD数据仅局限在时间的延迟上,因此,全部的光纤延迟能够用最慢的下降沿与最快的上升沿的差值来标识,单位是ps/m 。见表1。

模板数量<?xml:namespace prefix="o" ns="urn:schemas-microsoft-com:office:office"?>

内部模板DMD (ps/m)

R内径 = 5 mm 至R外径 = 18 mm

外部模板DMD (ps/m)

R内径 = 0 mm至R外径 = 23 mm

1

£ 0.23

£ 0.70

2

£ 0.24

£ 0.60

3

£ 0.25

£ 0.50

4

£ 0.26

£ 0.40

5

£ 0.27

£ 0.35

6

£ 0.33

£ 0.33

表 1

除了满足上述的一个模板序列外,光纤的DMD对于任何内部的半径偏移也必须小于0.25 ps/m。见表2。

序号

RINNER (mm)

ROUTER (mm)

1

7

13

2

9

15

3

11

17

4

13

19

            表 2

  根据标准,为得到2000 MHz•km的有效模式带宽,符合表1中所有模板序列的光纤,也必须符合表2的规定。DMD模板的方式只能提供 “通过”或“失败”的判定。3.2 有效模式带宽计算(EMBc)  从DMD计算EMB的方式叫:有效模式带宽计算(EMBc)。它利用被DMD模板方式忽略的DMD数据,很详尽的得出光纤的性能,包括了时间延迟的形式和以光纤半径位置为函数的耦合形式。用EMBc,光纤的性能可用基于超过10,000种有代表性的VCSEL光源来表现。  从概念上讲,DMD 测量仅仅是一系列单独发射的VCSEL,并且每次发射都以不同的径向偏移进入待测的多模光纤的纤心。所有的反射组合在一起,输出脉冲与光纤/激光光源结合在一起,被用于计算得出以 MHz.km为单位的EMB。光源与光纤DMD测试综合起来的方式,被用来正确计算得到一个10G系统的有效模式带宽。  为保证实际应用的性能,EMB也计算出了符合标准的全部VCSEL的对应值。另外,FO 4.2.1任务组注意到在符合他们所定义的径向光通量的需求上,10G以太网VCSEL光源的厂家所提供的范围潜在的更大的功率密度的分布。图2所示,TIA建模工作,在理论上作出的10,000个10Gb/s 激光光源的分布。黄点代表每个独立的VCSEL模型,绿点代表实际的在康宁光纤测试中心(CFT)的VCSEL光源,红点代表两者种最相近的匹配。光源#1与#5代表两种最极端的激光光源,分别为功率集中在纤芯,和功率集中在纤芯的边缘。

按此在新窗口浏览图片图2

  一个10 Gb/s的系统要确保在任何情况下都不出现失误。某些光源厂家倾向于生产大斑点的激光器,而另一些厂家可能倾向于小斑点的激光器。标准的目标是保证广泛的光源与光纤都能满足同样的功能。理论上,要用各种激光器对每种光纤进行测试,以验证它是否达到要求,这种方式是不现实的。EMBc的方式提供这样一种方法:使用DMD的测试和径向激光光通量的测试来评估有多少光纤可以与一系列的激光器谐调工作,或多少激光器可以与一系列光纤谐调工作。EMBc概念的一个重要特征在于任何光源耦合入光纤的模式能够用偏置脉冲的数学方式来表达,所以系统性能也能用任何DMD测试的光纤与任何光源的数学方式表达。  由图2VCSEL的分布可知,光纤对于10种光源中的任一个会有不同的EMB值。TIA-455-220A附件D提供了一种程序来模拟10种不同的光源(通过数形图列出全部的光源)并针对每种光源计算出相应的EMB值。然后选择最小的EMB值,作为这种光纤实际应用的对所有VCSEL光源都可确保性能的EMB值。所以这种方式也称为“miniEMBc”。总而言之,EMBc计算的主要目的是确保光纤的有效模式带宽符合10G/s要求的2000 MHz.km带宽适用于任何激光器。此外,这种方式提供以MHz.km为单位的带宽值能够被用于设计支持基于300米距离的10 G系统。

  3.3 EMBc的优势

  由于综合考虑了激光器与光纤的性能(更重要的是考虑了其相互作用),因此相对于其他用于保证系统性能的带宽参数而言,EMBc具备更多的优势:  可靠的理论基础以及实验验证。EMBc程序综合了光源的基本性能、模式功率分布以及MMF的模式结构,采用DMD脉冲加权和光纤DMD扫描。所采用的物理分析真实反映了系统性能的主要因素,得出了准确的分析结果。通过实验,成功支持且验证了该方法的有效性。  考虑了最坏的情况。采用最小EMBc参数规定光纤的性能参数,从而保证MMF适用于几乎所有种类的合格光源,包括极端的光能聚集在纤芯中心或边缘的激光器。因此成为一个稳妥可靠的系统性能度量参数。

  对不同速率及连接距离的灵活性和适应性。EMBc方法最初是为10Gb/s以太网开发的,但它也适合其他速率和连接长度的应用,比如用于数据中心的光纤通道。只要针对光源在所选数据速率下的性能确定输入参数,就能用同样的计算方法可靠地预测系统性能。   符合标准,有多厂商支持。EMBc是被众多光纤、器件及系统厂商所支持的一种方法。在它被采纳为TIA和10-GbE标准的过程中就获得了广泛的认可。现在IEC正准备采纳该方法,使其成为一项国际标准。  四、结论  激光器与光纤相结合的测量方式产生了对50/125 mm激光优化多模光纤10G应用的评估方式。IT经理们需要确定今天的光纤配置能够尽可能长期的满足10G应用。通过计算得出的有效模式带宽测试方式提供了针对10Gb/s系统最新、最好的性能保证。

作者简介:  盛国庆:康宁光缆系统大中华区应用工程师,上海交通大学电子与信息工程在职硕士研究生,从事光纤网络在企业网的应用及研究工作。  薛 质:上海交通大学信息安全学院、电子工程系现代通信研究所副教授、博士,从事信息安全和宽带通信网技术的研究工作。