光ファイバー ケーブルの距離ガイド: シングルモードとマルチモードの到達距離

光ファイバーケーブルは実際にどれくらいの距離まで延ばすことができますか?それはケーブル自体以上のものに依存します。ファイバーの種類、データ速度、トランシーバー規格、波長、コネクタ損失、接続損失、およびリンク バジェットがすべて影響します。 OM3 マルチモード ファイバー経由の 10G SR リンクは最大約 300 メートルですが、OS2 経由の 10G LR リンクは最長約 300 メートルです。シングルモード ファイバー-同じ速度で10kmまで到達できます。ケーブルは方程式における 1 つの変数にすぎません。

実際のルールとして、マルチモード ファイバーはデータセンター、建物、キャンパス内の短いリンクを処理しますが、シングルモード ファイバーはバックボーン、メトロ ネットワーク、通信のより長い回線をカバーします。{0}しかし、実際のリンクを計画するには、ファイバー ケーブルと正しい光トランシーバーを適合させ、完全な損失バジェットを計算する必要があります。

光ファイバーケーブルはどこまで延長できますか?

光ファイバー ケーブルは、ネットワーク設計に応じて、数メートルから 80 キロメートルをはるかに超える長さまで延長できます。マルチモード ファイバー上の短いデータ センター リンクは、数十メートルまたは数百メートルをカバーする場合があります。 OM3 または OM4 マルチモード ファイバー上のエンタープライズまたはキャンパス バックボーンは、定格距離内で多くの 10G、40G、または 100G アプリケーションに適しています。長距離リンクの場合、適切な光学系を備えた OS2 シングルモード ファイバーは 10 km、40 km、80 km、またはそれ以上をサポートします。-

光ファイバーケーブルの一般的な最大距離はありません。最大値は、ケーブル単体ではなくリンク全体 - によって決まります。

2 つの一般的な 10G シナリオを考えてみましょう。あCisco 10GBASE-SR トランシーバーOM3 マルチモード ファイバーでは最大 300 m、OM4 では最大 400 m をサポートします。標準シングルモード ファイバー上の 10GBASE-LR トランシーバーは、10 km をサポートします。{6}}トランシーバーとファイバーのタイプによって制限が定義されるため、同じ速度でも到達距離は大きく異なります -。

光ファイバーケーブルの距離は何によって決まりますか?

ファイバーの種類: シングルモードとマルチモード

シングルモード ファイバには、通常約 9 µm の小さなコア - - があり、1 つの主要な伝播モードを伝送します。モード分散を回避するため、長距離にわたってより高い帯域幅をサポートします。の光ファイバー協会 (FOA)シングルモード ファイバは、マルチモード ファイバの到達距離を制限するモード分散の影響を受けないことをトレーニング資料で説明しています。{0}

マルチモード ファイバーには、通常 50/125 μm または 62.5/125 μm のより大きなコアがあります。複数の光路が可能になるため、短距離リンクでは実用的かつコスト効率が高くなります。{{5}{6}}しかし、これらの複数のモードは距離にわたって広がります -、モード分散と呼ばれる現象 -、これにより、特に高速時に帯域幅と到達距離の両方が制限されます。より詳細な比較については、以下を参照してください。シングルモードとマルチモードのファイバーガイド-.

データレートと帯域幅

速度が増加すると、通常、サポートされる距離は減少します。 1G で 550 メートルの OM3 上で動作するファイバー リンクは、10G では 300 メートルまでしか到達せず、SR4 光学系を使用した 100G ではわずか 70 ～ 100 メートルしか到達しません。この関係は基本的なものです。ターゲットのデータ レートを確認せずに、物理的な長さだけでファイバーを選択しないでください。

実際には、キャンパス バックボーンを 10G から 100G にアップグレードするエンジニアは、既存の OM3 の 200 ～ 300 メートルの運用が適格ではなくなっていることに気づくことがよくあります。ファイバー グレードをアップグレードする必要があるか、トランシーバー規格を 100GBASE- DR や 100GBASE- LR などの単一モード オプションに変更する必要があります。{6}

トランシーバーの種類と波長

多くの場合、光モジュールはケーブル自体よりも実際の距離を決定します。 SR (ショートリーチ)、LR (ロングリーチ)、DR、FR、ER、ZR 光学系はそれぞれ、異なるリーチ範囲に合わせて設計されています。

たとえば、100GBASE-SR4 トランシーバーは、OM3 で最大 70 m、OM4 で最大 100 m をサポートする短距離マルチモード ソリューションです。-MPOコネクタ。シングルモード ファイバー上の 100GBASE-LR モジュール-は 10 km をサポートします。 ER クラスと ZR クラスの光学系はそれぞれ 40 km と 80 km まで延長されます。トランシーバーのデータシートは常に距離評価の信頼できる情報源となります。

コネクタ、スプライス、パッチパネルの損失

すべてのコネクタ、アダプタ、スプライス、およびパッチパネル挿入損失が追加されます。チャネルが長く複雑になるほど、これらの損失は蓄積されます。

多くのパッチ パネルを備えた短いリンクでは、ケーブル長が公称最大距離内であっても障害が発生する可能性があります。一方、きれいなコネクタ、低損失融着接続、および適切なテストを備えた長いリンクは、確実に動作する可能性があります。-によると、ANSI/TIA-568.3規格コネクタの損失バジェットは、嵌合ペアごとに最大 0.75 dB を考慮する必要がありますが、工場で製造された適切なパッチコードは通常 0.3 dB をはるかに下回ります。-

リンクバジェットと受信機の感度

ファイバーリンクは、十分な光パワーが受信機に到達した場合にのみ機能します。リンク バジェットは、送信機の出力電力と最小受信機感度の差です。簡略化した式:

利用可能なリンク マージン=トランシーバーの電力バジェット − ファイバー減衰 − コネクタ損失 − 接続損失 − 安全マージン

10GBASE- SR リンクの場合、一般的な光バジェットは約 6.1 dB です。 300- メートルの OM3 の実行で約 1.05 dB のファイバー減衰（3.5 dB/km の場合）が発生し、2 つの嵌合コネクタ ペアがある場合、合計 0.6 dB に加えて 1 dB の安全マージンを追加すると、残りのマージンは約 3.45 dB となり、快適になります。さらに 2 つのパッチ パネル (それぞれさらに 0.6 dB) を追加すると、マージンがさらに厳しくなります。これが、特に長時間またはより複雑な実行の場合、リンク バジェットの計算が重要となる理由です。

取り付け品質と曲げ半径

設置が不十分だと、ファイバー リンクの実際の距離が短くなる可能性があります。きつい曲げ、コネクタ端面の汚れ、過剰な引っ張り張力、不十分なスプライシング、不一致のコネクタはすべて損失を増加させます。嵌合前に必ずコネクタを検査および清掃し、メーカーの最小曲げ半径要件に従い、光損失テスト セットを使用して取り付けられたリンクをテストしてください。インストールのベスト プラクティスについては、「光ファイバーケーブル取り付けガイド.

シングルモードファイバーの距離-

シングルモード ファイバーは、長距離および高帯域幅リンクの標準的な選択肢です。{{1}{2}通信ネットワーク、FTTH 導入、キャンパス バックボーン、地下鉄リング、データセンター相互接続、企業バックボーン ケーブルにサービスを提供します。

シングルモード ファイバーが長距離をサポートする理由-

シングルモード ファイバは、9 µm コアを通じて 1 つの主要な伝播モードを伝送し、モード分散を完全に排除します。通常、1310 nm および 1550 nm の波長に対して最適化されます。 1310 nm では、OS2 シングルモード ファイバの定格減衰は約 0.35 dB/km ですが、1550 nm では約 0.22 dB/km に低下します。これを、850 nm でのマルチモード ファイバーの 3.5 dB/km と比較すると、- 1 キロメートルあたりの損失は約 10 倍になります。この減衰の根本的な違いが、短距離アプリケーション以外の用途ではシングルモード ファイバーが優勢である理由です。-

一般的なシングルモード ファイバの距離の例-

次の表は、一般的なシングルモード イーサネット光ファイバと、OS2 ファイバ上の一般的な到達距離を示しています。-これらの数値は、IEEE 802.3 イーサネット規格およびベンダー データシートの標準トランシーバー仕様に基づいています。

特定の導入環境のトランシーバー データシートで正確な距離を常に確認してください。これらは計画の参考値であり、すべてのインストールで制限が保証されているわけではありません。

シングルモードファイバーは短距離でも使用できますか?{0}}

はい。最新のデータセンターの多くは、将来のアップグレードを簡素化するために、短いリンクや中程度のリンクであってもシングルモード インフラストラクチャを設置しています。-シングルモードのバックボーンは、トランシーバーを交換することで 10G、100G、400G に移行できます。-、再ケーブルは必要ありません。

ただし、高出力光学系を備えた非常に短いシングルモード リンクの場合、受信機が過負荷になる可能性があります。{0}{1}{1}一部のトランシーバ データシートでは、最小リンク長が指定されているか、特定の距離より短いリンクには光減衰器が必要です。たとえば、一部の 10GBASE-ER モジュールでは、20 km 未満のリンクに 5 dB の減衰器が必要です。

マルチモードファイバーの距離

マルチモード ファイバーは、データセンター、企業の建物、機器室、キャンパス環境など、数百メートル以内の短距離接続に広く使用されています。{0}

マルチモード ファイバーの到達距離が短​​い理由-

マルチモード ファイバーでは、より大きな 50 µm コアを通る複数の光路が可能になるため、信号は長距離に広がります。このモード分散により帯域幅と到達距離の両方が制限され、その影響は高速になるとさらに悪化します。のOMファイバーグレード(OM1 から OM5) はモーダル帯域幅のレベルの増加を表します。そのため、より高いグレードのマルチモード ファイバーがより高速なデータ レートで長距離をサポートするのです。-

OM1、OM2、OM3、OM4、OM5 の概要

OM3 ファイバーのモード帯域幅は 850 nm で 2000 MHz/km ですが、OM4 は同じ波長で 4700 MHz/km に達します。この帯域幅の違いは、到達距離に直接影響します。10G では、OM3 は 300 m をサポートしますが、OM4 は 400 m をサポートします。 TIA は、OM4 ファイバー仕様を標準化しました。ANSI/TIA-568.3、そしてイーサネットアライアンスが承認されましたIEEE が OM4 を 802.3 標準に組み込んだときの OM4 の 10GbE 距離は 400 メートルです。

一般的なマルチモード ファイバの距離の例

10G、40G、および 100G リンクのマルチモード OM3 および OM4 ファイバー距離の比較

これらの距離は、きれいなコネクタ、適切な設置、および標準的なリンク損失バジェットを前提としています。実際の展開では、コネクタの汚れ、余分なパッチ ポイント、またはきつい曲げにより、使用可能な距離がこれらの公称値を下回る可能性があります。

OM5 は常に OM4 よりも遠くに到達しますか?

必ずしもそうとは限りません。 OM5 は、850 nm を超える追加波長 (具体的には 883 nm と 953 nm) で指定された帯域幅を提供することにより、短波長分割多重 (SWDM) をサポートするように設計されました。 850 nm のみを使用する標準 SR アプリケーションでは、OM5 は OM4 に比べて有意な距離上の利点を提供しない可能性があります。 OM5 の利点は主に、トランシーバーが SWDM 機能 - を使用するように設計されている場合に現れます。たとえば、複数の波長で送信することでファイバー数を削減する特定の 100G および 400G SWDM モジュールなどです。

アプリケーション別の光ファイバーケーブルの距離チャート

次の表は、一般的な展開シナリオの実際的な計画のリファレンスを示しています。これは、適切なリンク バジェットの計算に代わるものではありませんが、状況ごとに適切なファイバー タイプとコネクタを絞り込むのに役立ちます。

シングルモードとマルチモードのファイバー距離: 決定方法

マルチモードファイバーが合理的な場合

マルチモードは、リンクがデータ センター、建物、または機器室内にあり、距離が SR 光に十分短い場合に強力な選択肢です。既存のインフラストラクチャがすでに OM3 または OM4 であり、現在の速度要件がマルチモードの距離制限内に収まっている場合、それを置き換える直ちに理由はありません。マルチモード トランシーバ（SR クラス）は通常、シングルモード光ファイバよりもポートあたりのコストが低く、ファイバ自体の終端にかかるメートルあたりのコストも低くなります。{4}}

典型的なシナリオ: トップオブラック スイッチが 20～50 メートルの範囲で行集約スイッチの終端に接続されているデータセンター。{0}{1} 10G または 25G SR 光学系を備えた OM4 ファイバーはこれを簡単に処理でき、リンクあたりのコストはシングルモードの代替手段よりも大幅に低くなります。-

シングルモード ファイバーがより良い選択である場合-

シングルモードは、リンクがマルチモードの到達範囲を超える場合や、将来性のある-バックボーン100G または 400G のアップグレードの場合、またはキャンパス、地下鉄、FTTH、通信インフラストラクチャを構築する場合。 OS2 シングルモードと OM4 マルチモードのケーブルコストの差はわずかで、シングルモード トランシーバーの価格は大幅に下がっています。-ケーブル配線が 10～15 年間設置されたままになる新しいバックボーンの設置では、通常、シングルモードがより安全な長期投資です。-

一般的な展開パターン: 6 つの建物を 500 m ～ 3 km の距離で接続するキャンパス ネットワーク。 OS2 シングル-モード トランク ケーブルLCパッチコード両端には 10G から始まるバックボーンがあり、ケーブル プラントに触れることなくモジュール - を交換することで 100G または 400G に移行できます。

データセンター向け

OM3 と OM4 は、特に SR 光学系の短距離リンクのデフォルトのままです。-ただし、多くの新しい高密度データセンター設計では、400G 移行パスをサポートするために、スパイン リーフ アーキテクチャに OS2 シングルモード-が採用されています。-この変化は、シングルモード ファイバー上の 400GBASE-DR4 および 400GBASE-FR4- が標準になりつつあるハイパースケール環境で特に顕著です。

企業ビルおよびキャンパスネットワーク向け

単一の建物内で、実行距離が 300 メートル未満で、10G が現在および短期的な速度要件を満たす場合は、OM3 または OM4 で十分な場合があります。-リンクやキャンパス バックボーンを構築する場合は、通常、OS2 シングル-モードがより安全な選択です。これは、再ケーブルせずに長時間の実行と高速化に対応できるためです。

テレコムおよびFTTH用

シングルモード ファイバーは、通信および FTTH ネットワークにとって唯一の実用的なオプションです。-これらのアプリケーションでは、長距離にわたる低減衰、高い拡張性、GPON、XGS-PON、50G-PON などのテクノロジーのサポートが必要です。インフラストラクチャでよく使用されるのは、PLCスプリッターそしてファイバー端子箱シングルモード トランク ケーブルと並べて使用します。-

距離に応じて適切な光ファイバーケーブルを選択する方法

ステップ 1: 実際のルートの長さを測定する

2 つのデバイス間の直線距離のみを測定しないでください。{0}トレイ、キャビネット、パッチ パネル、壁コンセント、ライザー、サービス ループを通るケーブル配線を含めます。多くの建物では、実際のケーブル経路は平面図の距離より 20～40% 長くなります。-将来のルート変更やメンテナンスの余裕に備えて、適切なマージン - (通常は 10%) - を追加します。

ステップ 2: 現在および将来の速度要件を確認する

現在 10G をサポートしているケーブルでも、明日は同じ距離で 100G をサポートできない可能性があります。光ファイバーを選択する前に、次の 3 つの質問をしてください。現在必要な速度はどれくらいですか? 3 ～ 5 年後にはどのくらいの速度が必要になるでしょうか?このケーブル プラントは将来のアップグレードに再利用されますか? 3 番目の質問の答えが「はい」の場合は、OS2 シングルモードを選択するか、マルチモード実行には少なくとも OM4 を選択してください。-

ステップ 3: トランシーバーの規格に適合する

機器が SR、LR、DR、FR、ER、ZR、BiDi、CWDM、PSM、または別の光規格を使用しているかどうかを確認してください。同じファイバー ケーブルが、モジュールごとに異なる距離をサポートします。たとえば、OS2 シングルモードでの 2 km の実行は、100GBASE-FR（定格 2 km）では機能しますが、100GBASE-LR 制限（10 km）には遠く及ばない-。どちらも OS2 を使用しますが、実際の到達距離とコストはトランシーバーによって決まります。

ステップ 4: リンク バジェットを計算する

チャネル内で予想される損失をすべて合計します。

ファイバー減衰: 850 nm でのマルチモードの場合は約 3.5 dB/km、1310 nm でのシングルモードの場合は 0.35 dB/km。-コネクタ損失: 通常、嵌合ペアごとに 0.2 ～ 0.5 dBLC または SC コネクタ。接続損失: 良好な融着接続の場合、通常は 0.1 dB 以下です。パッチ パネルとアダプタの損失: 接続ポイントが追加されるたびに損失が増加します。工学的安全マージン: アプリケーションに応じて通常 1 ～ 3 dB。

次に、総損失をトランシーバーの指定された光バジェットと比較します。マージンが薄い場合は、コネクタ数を減らすか、ファイバーのグレードをアップグレードするか、より大きな電力バジェットを持つトランシーバーを選択してください。

ステップ 5: 余白を残す

最大距離を正しく設計しないでください。コネクタの端面は嵌合サイクルを繰り返すうちに劣化し、埃が蓄積し、将来パッチを適用すると接続ポイントが追加される可能性があります。 0.5 dB のマージンでコミッショニングに合格したリンクは、次のメンテナンス時間枠の後に障害が発生するのを待っているリンクです。重要なバックボーン リンクでは少なくとも 2 ～ 3 dB のヘッドルームを目指します。

光ファイバーケーブルの距離を計画する際のよくある間違い

ジャケットの色だけでファイバーを選ぶ

ジャケットの色は簡単に識別するのに役立ちます。- 水色は通常 OM3 または OM4 を意味し、黄色は通常 OS2 を意味し、ライム グリーンは通常 OM5 を意味します。しかし、「いつも」は「いつも」ではありません。一部のメーカーは標準以外の色を使用しており、従来のケーブルは現在の規則に従っていない場合があります。色に基づいてファイバーのグレードを推測する前に、印刷されたケーブル定格、ファイバータイプのマーキング、およびテスト文書を必ず確認してください。

コネクタとパッチパネルの損失を無視する

6 つの嵌合コネクタ ペアを含むリンクは、50 メートルのケーブル長でも損失バジェットを超える可能性があります。-相互接続またはパッチ パネルが追加されるたびに、損失が増加します。{4}}スイッチ ポートとエンド デバイスの間に複数のパッチ パネルがある高密度環境では、これらの損失は急速に積み重なります。接続ポイントの数は、設置後ではなく設計時に計画してください。

最大距離を推奨距離として扱う

トランシーバーのデータシートにある最大距離の数値は、きれいなコネクタ、余分なスプライスがないこと、工場グレードのファイバー、特定の環境条件を前提としています。{0}}実際の設置がこれらの想定と一致することはほとんどありません。記載された最大値は、設計目標ではなく、常に上限として扱います。

互換性のないコネクタまたは極性の混在

MPO/MTP リンク正しい極性、ファイバー数、コネクターの性別が必要です。極性が間違っていると、物理的に接続されたリンクでも障害が発生したり、高いビット エラー率を示したりする可能性があります。 TIA-568.3 標準では、複数の極性方式 (タイプ A、タイプ B、タイプ C、および新しいタイプ U バリアント) が定義されており、それらを誤って混合することは、40G および 100G 並列光リンクの障害の最も一般的な原因の 1 つです。

将来の速度アップグレードを忘れる

10 年間設置されるバックボーン ケーブルを設置する場合は、現在のスイッチ速度を超えて検討してください。既存の経路に新しいファイバーを引き込むのは費用がかかり、破壊的です。 OM3 の代わりに OM4 を選択するか、マルチモードの代わりに OS2 を選択すると、インストール時のコストがわずかに高くなりますが、後でケーブルを再配線するコストを大幅に節約できます。 10G 用に OM3 を導入した多くの組織は、100G に移行する際に高価なアップグレードに直面しており、SR4 光学系では OM3 の到達距離はわずか 70 メートルにまで低下します。

光ファイバーケーブルの距離に関するよくある質問

結論

光ファイバー ケーブルの距離は、リンク全体の - ファイバーの種類、トランシーバーの規格、データ速度、コネクタ数、総チャネル損失のすべてが重要です。これらの変数を知らないと、「ファイバーがどこまで走行できるか」に対する唯一の答えはありません。

短いデータセンターや建物のリンクの場合、OM3 および OM4 マルチモード ファイバーと SR- クラスの光学系を組み合わせると、依然として実用的でコスト効率が高くなります。-キャンパス バックボーン、通信、FTTH、および将来の速度アップグレードが予想される展開では、OS2 シングルモード ファイバーが長期的な選択肢としてより強力です。-

ご購入の前にファイバーパッチケーブル、幹線ケーブルまたはトランシーバーについては、実際のルート距離、必要な速度、トランシーバーの規格、コネクタの種類、ファイバーのグレードを合わせて確認します。次に、リンクバジェットを計算します。このプロセス - は単一の仕様ではなく - により、安定したアップグレード対応のネットワークが保証されます。-