Yksimuoto- vs. monimuotokuitu: OS2, OM3, OM4 — täydellinen valintaopas

Optiset kuitukaapelit jaetaan kahteen perheeseen — monomode ja multimode — joiden fyysiset ominaisuudet määräävät kokonaan suorituskyvyn, saavutettavat etäisyydet ja asennuskustannukset. Väärä valinta näiden kahden välillä tarkoittaa joko ylimitoitusta (ja turhaa maksamista) tai alimitoitusta (ja kaiken uusimista). Tässä oppaassa käydään läpi tekniset erot, standardit OS1/OS2 ja OM1–OM5 sekä kaapeli- ja liitintyypit, jotta voit tehdä tietoisen valinnan.

Yksimuoto vs. monimuoto: fysikaalinen periaate

Optisessa kuidussa valo kulkee lasiytimen sisällä, ja ytimen ympärillä on kuori, jonka taitekerroin on hieman erilainen. Tämä taitekerroinero saa aikaan kokonaisheijastuksen, joka pitää valosignaalin ytimessä.

Yksimuodon ja monimuodon perustavin ero on ytimen koko :

• Yksimuotokuitu — ytimen koko 9 µm. Niin ohut, että vain yksi etenemismuoto on mahdollinen: valo kulkee suoraan ilman heijastuksia. Tulos: ei muotodispersiota, etäisyydet jopa 80 km, teoriassa rajaton kaistanleveys.
• Monimuotokuitu — ytimen koko 50 µm (OM3/OM4/OM5) tai 62,5 µm (OM1/OM2). Leveä ydin antaa valon kulkea useita reittejä samanaikaisesti (muotoja). Eri muodot eivät saavu täsmälleen samalla hetkellä — tämä on muotodispersio, joka rajoittaa etäisyyksiä ja kaistanleveyttä.

Kapean ytimen vastapaino yksimuodossa: tarvitaan hyvin tarkka valonlähde (DFB-laser), joka on kalliimpi kuin monimuodossa käytetty LED tai VCSEL. Tästä syystä yksimuodon aktiivilaitteet ovat kalliimpia kuin monimuotoiset vastineensa — mutta kaapelit itse ovat hinnaltaan verrattavissa.

Yksimuotokuitu: OS1 ja OS2

Standardi IEC 60793-2-50 määrittelee kaksi yksimuotokuidun alaluokkaa rakenteiseen kaapelointiin:

OS1 (ITU-T G.652) — tiukkavaippainen (tight-buffered) yksimuotokuitu, suunniteltu sisäasennuksiin. Vaimennus: 0,4 dB/km 1310 nm:ssä. Tyypilliset etäisyydet: jopa 10 km Gigabit Ethernetissä (1000BASE-LX). OS1-kaapelit eivät kestä ulkoasennuksen mekaanisia ja ympäristörasituksia.

OS2 (ITU-T G.652D) — vähähäviöinen (low-water-peak) yksimuotokuitu sisä- ja ulkokäyttöön. Vaimennus: 0,2 dB/km 1550 nm:ssä. Se on Ranskan FTTH-rakentamisen (Orange, SFR, Bouygues) ja pitkien yhteyksien viitestandardi. Etäisyydet: jopa 80 km aktiivisilla 10GbE-yhteyksillä.

Arkikielessä »yksimuotokuitu« tarkoittaa lähes aina tyyppiä OS2 G.652D. OS1/OS2-erottelu on merkityksellinen lähinnä asentajille, joiden on tarkistettava olemassa olevien kaapeleiden vaatimustenmukaisuus.

Kolmas perhe, G.657, on G.652:n kehitysversio, joka on suunniteltu erityisesti asuntoasennuksiin:

• G.657.A1 — pienin taivutussäde 10 mm. Putkiin ja suojaputkiin tavallisessa asennuksessa.
• G.657.A2 — pienin taivutussäde 7,5 mm. Ahtaisiin läpivienteihin ja suojattuihin kaapeleihin.
• G.657.B3 — pienin taivutussäde 5 mm. Läpinäkyviin kytkentäkaapeleihin, jotka liimataan jalkalistojen ja listojen myötäisesti.

Monimuotokuitu: OM1–OM5

Monimuotokuidut luokitellaan sukupolvittain OM1:stä (vanhin) OM5:een (uusin). Jokainen sukupolvi parantaa tehollista muotokaistanleveyttä (EMB) ja suurilla nopeuksilla saavutettavia etäisyyksiä.

OM1 — ydin 62,5/125 µm, väri oranssi. Kaistanleveys 200 MHz·km 850 nm:ssä. Vanhentunut uusiin asennuksiin — tukee Gigabit Ethernetiä vain 275 metriin ja 10G:tä vain 33 metriin. Esiintyy vielä vanhoissa konesalikaapeloinneissa.

OM2 — ydin 50/125 µm, väri oranssi. Kaistanleveys 500 MHz·km 850 nm:ssä. Gigabit Ethernet jopa 550 m, 10G jopa 82 m. Myös tämä on elinkaarensa päässä uusissa asennuksissa.

OM3 — ydin 50/125 µm, väri aqua. Kaistanleveys 2 000 MHz·km 850 nm:ssä (laseroptimoitu). Gigabit Ethernet jopa 1 000 m, 10G jopa 300 m, 40G/100G jopa 100 m. Nykyinen viitetaso konesaleihin ja palvelinhuoneisiin maltillisella budjetilla.

OM4 — ydin 50/125 µm, väri violetti/erika. Kaistanleveys 4 700 MHz·km 850 nm:ssä. 10G jopa 400 m, 40G/100G jopa 150 m, 400G jopa 50 m (sopivilla moduuleilla). Standardi suuritiheyksisissä konesaleissa.

OM5 — ydin 50/125 µm, väri limenvihreä (lime). Tukee lyhyen aallonpituuden WDM:ää (SWDM) neljällä aallonpituudella (850, 880, 910, 940 nm). Mahdollistaa 40G:n ja 100G:n OM4:ää vastaavilla etäisyyksillä yhdellä kuidulla. Käytössä 400G-infrastruktuureissa ja sitä nopeammissa.

Vertailutaulukko OS1/OS2/OM1–OM5

Rakennetyypit: simplex, duplex, suojattu, ulkokäyttö

Kuitutyypin lisäksi kaapelin mekaaninen rakenne määrää sen asennusominaisuudet:

Simplex — yksi kuitu vaipassa. Käytetään yksisuuntaisissa tai BiDi-yhteyksissä (kaksisuuntainen yhdellä kuidulla kahden eri aallonpituuden avulla). Kotitalouksien FTTH-kytkentäkaapelit SC/APC → SC/APC ovat aina simplex-tyyppisiä.

Duplex — kaksi kuitua rinnakkain samassa vaipassa (tai kaksi yhteenliitettyä vaippaa). Käytetään tavallisissa kaksisuuntaisissa yhteyksissä (yksi kuitu lähetykseen, yksi vastaanottoon). Se on konesaliyhteyksien LC/UPC → LC/UPC -standardi.

Teräksellä suojattu kaapeli — ulkovaippaa vahvistaa kierteinen teräslanka. Kestää jyrsijöitä, puristumista ja mekaanisia rasituksia teollisuusasennuksissa ja teknisissä putkissa. Taivuttaminen on vaikeampaa ja pienin taivutussäde suurempi.

Ulkokaapeli — PE-vaippa (polyeteeni), joka kestää UV-säteilyä, kosteutta ja lämpötilanvaihteluita (-40 °C…+70 °C). Voidaan asentaa suoraan maahan (»direct burial«) tai ilmaan lyhyellä jännevälillä. Välttämätön rakennusten välisissä yhteyksissä.

Liitintyypit: SC, LC, FC, ST, MPO

Liitin on mekaaninen rajapinta, joka asettaa kuidun pään suhteessa aktiivilaitteen porttiin tai jatkoliittimeen. Liitintyypin on vastattava porttia täsmälleen — sovitinta voi käyttää, mutta se tuo lisähäviötä.

SC (Subscriber Connector) — neliömäinen liitin, joka lukittuu painamalla (push-pull). Koko 2,5 mm. Euroopassa yleisin FTTH-asennuksissa (vihreä SC/APC) ja verkkolaitteissa (sininen SC/UPC). Helppo käsitellä, kestävä, mutta tilaa vievä.

LC (Lucent Connector) — pienikokoinen 1,25 mm:n muoto, lukittuu salvalla. Käytännön standardi SFP-, SFP+- ja QSFP-moduuleissa konesaleissa. Mahdollistaa kaksi kertaa SC:tä suuremman liitostiheyden. Saatavana duplexina (kaksi yhteen liitettyä klipsiä) ja simplexinä.

FC (Ferrule Connector) — ruuvikiinnitteinen liitin, mekaanisesti erittäin vakaa. Käytetään pääasiassa mittalaitteissa (OTDR, tehomittarit) sekä tärinälle altistuvissa tai teollisissa sovelluksissa.

ST (Straight Tip) — bajonettiliitin, neljännäskierros. Vanha standardi 1990-luvun verkkokaapeloinneissa, esiintyy vielä joissakin vanhoissa OM1/OM2-asennuksissa.

MPO / MTP — monikuituliitin (8, 12 tai 16 kuitua yhdessä liittimessä). Välttämätön 40G- (QSFP+) ja 100G-yhteyksissä (QSFP28) suuritiheyksisissä konesaleissa. Saatavana tyyppeinä A, B ja C napaisuuden mukaan.

Muistisääntö yksimuotoliittimille: SC/APC = vihreä (8°:n kulma, FTTH), SC/UPC = sininen (tasainen hionta, laitteet), LC/APC = vihreä pienikokoinen, LC/UPC = sininen pienikokoinen (konesali, SFP).

Miten valita: yksimuoto vai monimuoto?

Perussääntö on yksinkertainen: etäisyys ja budjetti ratkaisevat.

• Yli 500 m → yksimuoto OS2 on pakollinen. Mikään monimuotokuitu ei voi siirtää 10G:tä yli 400 metrin.
• 100–500 m 10G:llä → OM4 tai OM3 budjetin mukaan. OM4 antaa mukavan marginaalin.
• Alle 100 m 10G:llä tai alle 300 m 1G:llä → OM3 riittää ja on halvempi kuin OM4.
• Kotitalouden FTTH → OS2 G.657 aina (ranskalaisten operaattorien vaatimus).
• Rakennusten väliset yhteydet → OS2-ulkokaapeli (etäisyydet, lämpötila, kosteus).
• Konesali, jonka tuleva nopeus on 400G/800G → OM5 valmistautuu nopeuden kasvuun ilman kaapeloinnin uusimista.

Toinen kriteeri on aktiivilaitteiden tyyppi. Toimistoihin tarkoitetut edulliset Gigabit-kytkimet käyttävät usein monimuotoisia 850 nm:n SFP-lähettimiä (SX), jotka ovat halvempia kuin yksimuotoiset 1310 nm:n SFP:t (LX). Jos etäisyys ei ylitä 300 metriä ja aktiivilaitteiden budjetti ratkaisee, monimuoto OM3 voi olla järkevä valinta myös uudessa asennuksessa.

Usein kysytyt kysymykset — kuitutyypit