Die Entwicklung der Multimode-Faser: Von OM1 zu OM5

Die Glasfasertechnologie ist seit Jahrzehnten das Herzstück moderner Kommunikationssysteme und ermöglicht die Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung in lokalen Netzwerken (LANs), Rechenzentren und Telekommunikationssystemen. Während Singlemode-Fasern in Langstreckennetzen dominieren, ist Multimode-Faser (MMF) aufgrund ihrer geringeren Kosten, der einfacheren Konfektionierung und der Kompatibilität mit Standard-Transceivern nach wie vor der Standard für Anwendungen mit kurzer bis mittlerer Entfernung. Im Laufe der Jahre hat sich die Multimode-Faser von OM1 zu OM5 weiterentwickelt, wobei jede Generation die Bandbreite, die Reichweite und die Anwendungsflexibilität verbessert hat. Dieser Artikel untersucht die Entwicklung, die technischen Unterschiede, die Anwendungsfälle und die zukünftigen Trends von OM1 bis OM5 Multimode-Fasern.

1. Einführung in die Multimode-Faser

Die Multimode-Faser (MMF) unterscheidet sich von der Singlemode-Faser hauptsächlich durch ihre Kerngröße, die größer ist (typischerweise 50 oder 62,5 Mikrometer) und die gleichzeitige Ausbreitung mehrerer Lichtmoden ermöglicht. Diese Eigenschaft vereinfacht die Kopplung an kostengünstige Lichtquellen wie VCSELs (Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers) oder LEDs, wodurch MMF ideal für Unternehmensnetzwerke, Rechenzentren und Campus-Installationen ist.

Die Unterstützung mehrerer Lichtmoden führt jedoch zu Modenstreuung, was die maximale Entfernung für Hochgeschwindigkeitssignale begrenzt. Um dies zu beheben, entwickelten die International Electrotechnical Commission (IEC) und TIA/EIA standardisierte Kategorien, die als OM-Klassen (Optical Multimode) bezeichnet werden: OM1, OM2, OM3, OM4 und das neueste OM5.

2. OM1 – Die erste Standard-Multimode-Faser

OM1 war die ursprüngliche Multimode-Faser, die für LANs und frühe optische Netzwerke standardisiert wurde. Zu den wichtigsten Merkmalen gehören:

• Kerndurchmesser: 62,5 µm

• Manteldurchmesser: 125 µm

• Bandbreite: ~200 MHz·km bei 850 nm

• Laseroptimiert: Nein; hauptsächlich für LED-Lichtquellen konzipiert

• Typische Reichweite: 275 m für 1 Gbit/s, 33 m für 10 Gbit/s

OM1-Fasern wurden häufig in älteren Unternehmensnetzwerken und frühen 1 Gbit/s Ethernet-Installationen verwendet. Obwohl ihre Leistung für 1 Gbit/s über kurze Entfernungen ausreichend ist, begrenzt die Modenstreuung Hochgeschwindigkeitsanwendungen erheblich. Ihre Verwendung beschränkt sich heute weitgehend auf ältere Infrastrukturen oder dort, wo kostengünstige Konnektivität ausreichend ist.

3. OM2 – Der Allrounder für 1G und 10G

OM2 entstand als Upgrade für OM1 und wurde entwickelt, um Hochgeschwindigkeitsnetzwerke mit besseren Bandbreiteneigenschaften zu unterstützen:

• Kerndurchmesser: 50 µm (kleiner als OM1 für verbesserte Leistung)

• Bandbreite: 500 MHz·km bei 850 nm

• Laseroptimiert: Nein, LED-basierte Systeme

• Reichweite für 10G Ethernet: ~82 m

Durch die Reduzierung der Kerngröße und die Verbesserung der Modenleistung ermöglichte OM2 größere Entfernungen für 1 Gbit/s und 10 Gbit/s Ethernet. Es wurde in den späten 1990er und frühen 2000er Jahren zur Standard-Multimode-Faser für viele Unternehmensinstallationen. Als 10G Ethernet jedoch immer üblicher wurde, wurden laseroptimierte Fasern notwendig.

4. OM3 – Laseroptimierte Multimode-Faser (LOMMF)

Mit dem Aufkommen von 10G, 40G und 100G Ethernet war die herkömmliche LED-basierte Multimode-Faser nicht mehr ausreichend. OM3 wurde als laseroptimierte Multimode-Faser (LOMMF) eingeführt:

• Kerndurchmesser: 50 µm

• Bandbreite: 2000 MHz·km bei 850 nm (effektive Modenbandbreite)

• Laseroptimiert: Ja, für VCSEL-Laser konzipiert

• Typische Reichweite: 300 m für 10G, 100 m für 40/100G Ethernet

OM3 wurde zur bevorzugten Faser für Hochgeschwindigkeits-Rechenzentren, da sie die Reichweite für 10G/40G/100G-Netzwerke erheblich erweiterte und gleichzeitig geringere Kosten und eine einfachere Installation im Vergleich zu Singlemode-Fasern beibehielt. Ihre blaue Ummantelung wird üblicherweise verwendet, um sie von OM4 zu unterscheiden.

5. OM4 – Erweiterte laseroptimierte Faser

Da Rechenzentren noch höhere Geschwindigkeiten und größere Entfernungen forderten, wurde OM4 als Verbesserung gegenüber OM3 entwickelt:

• Kerndurchmesser: 50 µm

• Bandbreite: 4700 MHz·km bei 850 nm

• Laseroptimiert: Ja, unterstützt VCSEL-Laser

• Typische Reichweite: 400 m für 10G, 150 m für 40/100G Ethernet

OM4 unterstützt höhere Datenraten und größere Entfernungen und ist damit ideal für große Rechenzentren, Campus-Netzwerke und Umgebungen mit hoher Rechenleistung. Seine Leistung reduziert die Notwendigkeit einer frühen Migration zu Singlemode-Fasern und gleicht Kosten und Geschwindigkeit aus. OM4 wird oft durch seine aqua-farbene Ummantelung gekennzeichnet.

6. OM5 – Breitband-Multimode-Faser für die Zukunft

Die neueste Ergänzung, OM5, auch bekannt als WBMMF (Wideband Multimode Fiber), wurde standardisiert, um neue Technologien zu unterstützen:

• Kerndurchmesser: 50 µm

• Bandbreite: Wie OM4, aber über mehrere Wellenlängen (850–950 nm)

• Laseroptimiert: Ja, unterstützt Shortwave Wavelength Division Multiplexing (SWDM)

• Typische Reichweite: 100 m für 100G/400G SWDM Ethernet über vier Wellenlängen

OM5 ermöglicht die Multiwellenlängenübertragung über einen einzigen Faserstrang, sodass Betreiber die Bandbreite erhöhen können, ohne mehr Fasern installieren zu müssen. Es eignet sich sehr gut für Rechenzentren mit hoher Dichte und Umgebungen, in denen die Minimierung der Faseranzahl unerlässlich ist. Seine limettengrüne Ummantelung unterscheidet es von OM3 und OM4.

7. Vergleichende Übersicht über OM1–OM5

8. Haupttreiber der Multimode-Faser-Entwicklung

Mehrere Faktoren trieben die Entwicklung von OM1 zu OM5 an:

1. Erhöhung der Netzwerkgeschwindigkeiten: Von 1G Ethernet bis 400G Ethernet und darüber hinaus waren höhere Bandbreiten und geringere Modenstreuung erforderlich.

2. Kosteneffizienz: Multimode-Fasern bieten eine kostengünstigere Lösung im Vergleich zu Singlemode-Fasern für Anwendungen mit kurzer bis mittlerer Reichweite.

3. Dichte der Rechenzentren: Umgebungen mit hoher Kabeldichte erfordern Fasern, die höhere Geschwindigkeiten ohne massive Kabelmengen unterstützen können.

4. Fortschritte in der Lasertechnologie: Die Entwicklung von VCSELs und SWDM ermöglichte es Multimode-Fasern, höhere Geschwindigkeiten über dieselben Stränge zu liefern.

5. Abwärtskompatibilität: Jedes OM-Upgrade behielt die Kompatibilität mit der bestehenden Infrastruktur bei, wo immer dies möglich war, was die Migration erleichterte.

9. Anwendungen von OM1–OM5-Fasern

• OM1 & OM2: Kleine Unternehmensnetzwerke, ältere 1G–10G LAN-Verbindungen, Verbindungen über kurze Entfernungen innerhalb von Gebäuden.

• OM3 & OM4: Moderne Unternehmens-LANs, Hyperscale-Rechenzentren, Hochgeschwindigkeits-Ethernet (10G, 40G, 100G), Storage Area Networks (SANs).

• OM5: Zukunftssichere Rechenzentren mit hoher Dichte, SWDM-Ethernet und Anwendungen, bei denen die Reduzierung der Faseranzahl und des Kabelmanagements entscheidend ist.

10. Zukünftige Trends bei Multimode-Fasern

Die Multimode-Faser-Landschaft entwickelt sich ständig weiter:

1. SWDM-Einführung: OM5 ist die Grundlage für SWDM, das die Bandbreite über vorhandene Fasern vervierfachen kann.

2. 400G & Darüber hinaus: Rechenzentren werden zunehmend OM5 oder Hochleistungs-OM4 einsetzen, um den Anforderungen an ultraschnelle Netzwerke gerecht zu werden.

3. Integration mit optischen Modulen: Transceiver und Kabel werden für OM4/OM5 optimiert, um einen geringen Stromverbrauch und eine bessere thermische Leistung zu gewährleisten.

4. Migrationsstrategien: Unternehmen ersetzen OM1/OM2 schrittweise durch OM3/OM4/OM5, um Netzwerke zukunftssicher zu machen und die Skalierbarkeit zu verbessern.

5. Umweltaspekte: LSZH- und raucharme, halogenfreie Ummantelungen werden aus Sicherheitsgründen in Rechenzentren zum Standard.

Fazit

Die Entwicklung von OM1 zu OM5 stellt eine Reise dar, die von Leistung, Kosteneffizienz und zukunftsweisendem Design angetrieben wird. Jede nachfolgende Generation verbesserte die Bandbreite, reduzierte die Modenstreuung und ermöglichte größere Entfernungen für die Hochgeschwindigkeitskommunikation. Heute sind OM4- und OM5-Fasern das Rückgrat von Rechenzentren und Hochgeschwindigkeits-Unternehmensnetzwerken und unterstützen 10G, 40G, 100G und mehr, während OM5 die Multiwellen-Fähigkeit für SWDM-Netzwerke der nächsten Generation einführt.

Für Netzwerkdesigner, Systemintegratoren und Glasfaserhersteller ist das Verständnis der Unterschiede und Anwendungen jeder OM-Klasse unerlässlich. Die Investition in OM4- und OM5-Implementierungen gewährleistet heute Skalierbarkeit, Abwärtskompatibilität und einen Weg zu den ultraschnellen Netzwerken der Zukunft.