Matt Taverso，Opnext
多模光纖是用戶駐地網絡中最受歡迎的光纖媒質，因為多模光纖可以使用便宜的LED和VCSEL作為光源，對于數據通信來說這種特性占有很大優勢。
隨著多模光纖網絡使用者對帶寬的需求越來越高，多模光纖標準和收發器技術也跟著向更高速率演進。
這些標準必須考慮多模光纖的模式色散，因為模式色散決定了光纖的帶寬上限，而模式色散與波長、入射光的特性和光纖的折射率分布有關。通過這個帶寬上限，可以在波長、發射條件、傳輸距離和數據速率之間建立聯系。IEEE已經制定了快速以太網（100Mbps），吉比特以太網（1Gbps）和萬兆以太網（10Gbps）支持單模和多模光纖的光學標準。
圖:多模光纖的種類不同，萬兆以太網PMD的性能也隨之不同
網絡建設者必須確定哪種PMD能夠滿足其對成本和性能的要求。
尤其是萬兆以太網，標準制定者必須考慮各種光纖中的模式色散問題。由此提出了數種光纖和光收發器標準，網絡規劃者們在設計網絡時必須考慮這些標準。在多模光纖網絡的實際部署當中，有幾個因素會影響收發器的選型。
從千兆以太網到萬兆以太網
要了解使用多模光纖萬兆以太網技術的演進，最好先看看千兆以太網的發展歷史。IEEE P802.3標準化組織發布了兩個關于多模光纖千兆以太網的標準，一個是1000Base-SX，另一個是1000Base-LX。1000Base-SX標準在通信光接口方面更加成功一些。現在，每個季度會有150萬到200萬端口的1000Base-SX設備交貨。1000Base-SX標準只適用于各種多模光纖，工作波長為850nm。
1000Base-LX標準在1310nm波長工作，所以通常使用單模光纖（SMF）。不過它也可以使用一些多模光纖。目前，每個季度會有幾十萬端口的1000Base-LX設備交貨。
與千兆以太網類似，萬兆以太網標準為各種多模光纖制定了兩個不同的PMD（physical media dependents，與物理介質相關的規范），另外還有第三個標準正在標準委員會的評審當中。已經批準發布的兩個標準分別是10GBase-SR和10GBase-LX4。
10GBase-SR標準使用的波長與常用的1000Base-SX是一樣的，但是，由于數據傳輸速率提高了，在使用傳統的62.5微米多模光纖時，傳輸距離減少到了33米。10GBase-LX4標準則使用與1000Base-LX相同的波長窗口，也同時支持單模和多模光纖傳輸。與單波長LX標準（1000Base-LX）不同的是，10GBase-LX4標準使用1310nm窗口中的四個波長，每波長傳輸速率為2.5Gb/s，所以在低帶寬光纖上也能傳輸更遠的距離。
正在被標準委員會評審的新標準是10GBase-LRM，這個標準旨在解決1000Base-LX4因4波長并行而引起的器件制造難和成本偏高的問題。在10GBase-LRM草案中，使用單激光器，使下一代串行收發器（如XFP）的結構更簡單，制造更容易。
附圖對三種PMD在不同類型的多模光纖上的鏈路長度進行了比較，這三種萬兆以太網PMD主要使用XENPAK、X2、XPAK和XFP四種光收發器，這四種光收發器有時統稱為X-模塊。為了滿足下一代系統中高密度萬兆以太網接口的要求，收發器制造商正在降低這些模塊的耗電量、尺寸和成本，并要支持所有的PMD。為了實現以上目標，制造商將工作重點放在了光源和收發器芯片（IC）的選擇和開發上。
光源的主要成本來自半導體材料，萬兆以太網傳輸器件可以使用兩種基本的光電晶圓材料：砷化鎵（GaAs）和磷化銦（InP）。這些III-V族材料性能優良，質量上乘，而且主要的半導體激光二極管供應商都能提供。工作在850nm波長的10GBase-SR和1000Base-SX收發器都使用砷化鎵晶圓來制造收發器所需的垂直腔面發射（VCSEL）光源，而工作在1310nm波長的收發器一般使用磷化銦。由于晶圓尺寸和批量規模的不同，砷化鎵光源的材料成本一般是磷化銦光源的五分之一。
第二個造成成本差異的因素是光源類型，1990年代中期，VCSEL迅速商品化并廣泛地應用于1000Base-SX。VCSEL有三個固有優勢：一、圓形光束便于與光纖耦合；二、低閾值電流降低了激光器本身及IC的功耗；三、在晶圓上即可進行測試，從而使VCSEL制造更像IC制造，避免了封裝壞芯片而造成的浪費。在萬兆以太網中，850nm的VSCEL是10GBase-SR收發器的主要光源，而1310nm萬兆以太網收發器一般使用DFB激光器作為光源。除了上面兩種光源，還有三種可選的光源：FP激光器、GaInNAs VCSEL和SC-DBR。
FP激光器在1310nm 1000Base-LX鏈路中使用的最多，由于結構簡單，它比DFB的成本低很多。
SC-DBR是一種新型光源，它的優點是閾值電流低，輸出功率高，高頻性能好。但是由于這是一種新型光源，其質量和可靠性有待進一步檢驗。
GaInNAs VCSEL由于使用了砷化鎵晶圓，成本更低，現在最受關注。它的閾值電流也很低，所以功耗很小。但是它面臨兩個主要的挑戰：輸出功率和波長。在萬兆數據速率下，很難達到必需的輸出功率。另外，GaInNAs材料還必須進一步改進才能工作在1310nm波長，現在它的實際發射波長要比1310nm短。
同時，收發器芯片技術的發展一直在遵循摩爾定律不斷前進著。現今市場上的大部分收發器芯片使用的是0.13微米CMOS，而下一代產品將使用90nm CMOS。CMOS的使用極大地降低了功耗和產品成本，當90nm CMOS產品被廣泛采用時，功耗和成本將變的更低。
另外，為了達到10Gbps全線速均衡，電子色散補償和均衡器的使用也取得了很多重要進展。這些創新正在推動IEEE 10GBase-LRM標準草案的發展。
PMD的方向在哪里？
最近，為了給多模光纖制訂一個合理的傳輸長度標準，我們最近對使用多模光纖的園區網進行了多次調查。對多個園區網調查的結果顯示出了很好的統計相關性。更確切地說：90%以上的鏈路長度小于300米，而大于300m的鏈路的統計相關性很差。不幸的是，由于沒有足夠細致的調查，無法得到更詳細的鏈路長度分布情況。
鏈路長度的調查對于正在進行的LRM標準制訂工作是相當重要的，因為每增加10米的傳輸距離，光發射器和接收器的復雜度就會提高很多，成本也會相應增加很多。從1996年到1999年期間，關于鏈路長度的大量調查統一了大批行業專家對傳輸距離的認識，那就是要想使一種收發器被廣泛并成功地使用，300米的傳輸距離是必需的。
10GBase-SR規范是為下面兩種情況設計的：一、高帶寬（2000MHz-km）多模光纖，300米鏈路長度。二、低帶寬（FDDI）光纖，30到80米鏈路長度。這兩種鏈路廣泛地應用于高帶寬水平互聯鏈路和建筑物內的垂直互連鏈路，也用于其他一些場合，如高密度服務點（POP）的互聯。
10GBase-LX4 PMD是為所有300米多模光纖鏈路和10千米單模光纖鏈路設計的。LX4能夠支持較長的鏈路長度，所以它可以用在用戶駐地網的骨干鏈路上。另外，使用較早的低帶寬多模光纖的垂直互連也需要LX4來確保300米的鏈路長度。
按目前的預測，10GBase-LRM標準僅會對多模光纖和FDDI光纖的220米鏈路長度進行規范。IEEE委員會正在起草這個標準，即P802.3aq，他們的初始目標是確保300米的鏈路長度，但是后來將鏈路長度減小到220米。鏈路長度的減小可以使產品較早地進入市場，卻是以犧牲低帶寬光纖的傳輸距離為代價的。然而，有人樂觀地希望市場可以驅動收發器供應商進行開發，做到即使在低帶寬光纖上也能保證較長的傳輸距離。
為多模光纖選擇什么樣的PMD光器件的主要決定因素就是價格。顯然，串行方法（如10GBase-LRM）更加經濟。10GBase-LRM草案要增加10Gbps全線速均衡功能，制訂與10GBase-LR單模光纖收發器幾乎相同的光傳輸規范。為了這個目的，LRM要利用CMOS收發器芯片強大的均衡功能降低光收發器的成本。
然而，除了成本問題，光收發器供應商必須關注長距離傳輸的性能問題。長距離傳輸勢必帶來光學性能的降低，這時，光器件的價格就不是最重要的了。鑒于上述原因，LX4有可能繼續長時間占領低帶寬多模光纖市場，這與先前行業分析師的估計不同。另外，在使用LX4還是LRM上存在的困惑也有可能加速10GBase-SR標準被市場采用。
采用串行結構是10GBase-LRM標準取得成功的重要原因，因為，高密度萬兆以太網設備為了在一個背板上實現大于16的端口密度，就必須使用串行收發器。要求苛刻的企業和數據中心將是這種收發器的最大消費群。
成本、功耗、媒質和傳輸距離將共同決定哪種情況下使用哪種萬兆以太網PMD。每一種PMD對于駐地網中不同類型的鏈路都有其不同的優勢。由于每種駐地網都有其獨特的用途，網絡建設者必須選擇出最適合自己網絡的PMD解決方案。
