光ファイバケーブル（パッチケーブル）：シングルモード（SMF）とマルチモード（MMF）の違い
2022年7月4日読了時間約1分
シングルモードファイバ（SMF）とマルチモードファイバ（MMF）の光ケーブルタイプは、多様な用途で広く使用されているが、シングルモードファイバとマルチモードファイバの違いはまだ分かりにくいものです。この記事では、基本的な構造、ファイバの距離、コスト、ファイバの色などに焦点を当て、シングルモードファイバとマルチモード光ファイバのタイプを詳細に比較します。
シングルモード光ファイバケーブルとマルチモード光ファイバケーブルの概要
シングルモードとは、ファイバが一度に1種類の光モードを伝搬できることを意味します。マルチモードとは、ファイバが複数のモードを伝搬できることを意味します。シングルモードとマルチモードの光ファイバケーブルの違いは、主にファイバコア径、波長と光源、帯域幅、シースの色、距離、コストにあります。
コア径
シングルモードファイバのコア径はマルチモードファイバよりはるかに小さいです。他のファイバも存在するにもかかわらず、その標準的なコア径は9µmです。また、マルチモードファイバのコア径は一般的に50µmと62.5µmであり、より高い「集光」能力と接続の簡素化を可能にしています。シングルモードファイバとマルチモードファイバのクラッド径は125μmです。
マルチモード光ファイバはコア径が大きいため、SM光ファイバよりも減衰が大きくなります。シングルモード光ファイバのコア径は非常に細いため、通過する光は反射回数が少なく、減衰を最小限に抑えることができます。
9/125シングルモードファイバ シンプレックス | 50/125 OM3マルチモードファイバ | ||
減衰量（λ=1310nm） | 0.36 dB/km | 減衰量（λ=850nm） | 3.0 dB/km |
減衰量（λ=1550nm） | 0.22 dB/km | 減衰量（λ=1300nm） | 1.0 dB/km |
波長 & 光源
マルチモードファイバのコアサイズが大きいため、LED（発光ダイオード）やVCSEL（垂直共振器面発光レーザー）のような850nmや1300nmの波長で動作する低コストの光源が、マルチモードファイバケーブルに使用されています。シングルモードファイバでは、ケーブルに入射する光を生成するためにレーザーやレーザーダイオードを使用することが多いです。そして、一般的に使用されるシングルモードファイバの波長は1310nmと1550nmです。
帯域幅
マルチモードファイバの帯域幅は光モードによって制限され、現在の最大帯域幅はOM5ファイバで28000MHz*kmです。一方、シングルモードファイバは一度に1つの光モードしか通過できないため、理論上は帯域幅は無制限です。
カラーシース
TIA-598C標準の定義によると、非軍事用途では、シングルモードケーブルは黄色のアウターシースで被覆され、マルチモードファイバはオレンジ色または水色のジャケットで被覆されています。光ファイバケーブルのカラーコードの詳細については、こちらをご覧ください。
シングルモードファイバとマルチモードファイバの距離
シングルモード光ファイバは長距離用途に適しており、マルチモード光ファイバは短距離用途に適していることはよく知られています。では、シングルモード光ファイバとマルチモード光ファイバの距離に関して、定量的にどのような違いがあるのでしょうか？
光ファイバケーブルの種類 | 伝送距離 | |||||||
ファストイーサネット100BASE-FX | 1Gbイーサネッ1000BASE-SX | 1Gbイーサネット1000BA SE-LX | 10GBベースSE-SR | 25GbベースSR-S | 40GbベースSR4 | 100GbベースSR10 | ||
シングルモードファイバ | OS2 | / | 5,000m | 5,000m | 10km | / | / | / |
マルチモードファイバ | OM1 | 2000m | 275m | 550m (モード調整パッチケーブルが必要) | / | / | / | / |
OM2 | 2000m | 550m | / | / | / | / | ||
OM3 | 2000m | 550m | 300m | 70m | 100m | 100m | ||
OM4 | 2000m | 550m | 400m | 100m | 150m | 150m | ||
OM5 | / | 550m | 300m | 100m | 400m | 400m | ||
この表から、1Gから10Gまでのデータレートでは、シングルモードファイバの距離はマルチモードファイバケーブルの距離よりもはるかに長いことがわかりますが、OM3/OM4/OM5マルチモードファイバはより高いデータレートをサポートしています。マルチモード光ファイバはコアサイズが大きく、複数の光モードをサポートするため、そのファイバ距離は、マルチモードのステップインデックスファイバで一般的な現象であるモード分散によって制限されます。一方、シングルモードファイバは制限されません。これが両者の本質的な違いです。さらに、OS2シングルモードファイバは、40Gおよび100Gリンクでより長い距離をサポートすることができますが、表には記載されていません。
シングルモードファイバとマルチモードファイバのコスト
「シングルモードとマルチモードの光ファイバコスト」は、いくつかのフォーラムで話題になっています。多くの人々がそれぞれの意見を表明しています。彼らの意見は、主に光モジュールのコスト、システムコスト、設置コストに焦点を当てています。
光モジュールのコスト
シングルモードトランシーバに比べ、マルチモードモジュールの価格は2～3倍近く安いです。次の表は、FS互換のCiscoシングルモードモジュールとマルチモードモジュールを例にしています。
通信速度 | モジュール | モジュールの説明 | 価格 |
1G | FS互換 GLC-LH-SMD 1000BASE-LX/LH SFPモジュール(1310nm 10km DOM) | 1,585円 | |
FS互換 GLC-SX-MMD 1000BASE-SX SFPモジュール(850nm 550m DOM) | 1,427円 | ||
10G | FS互換 SFP-10G-LR 10GBASE-LR SFP+モジュール(1310nm 10km DOM) | 4,279円 | |
FS互換 SFP-10G-SR 10GBASE-SR SFP+モジュール(850nm 300m DOM) | 3,170円 | ||
25G | FS互換 SFP-25G-LR-S 1310nm 10km | 9,351円 | |
FS互換 SFP-25G-SR-S 850nm 100m | 6,181円 | ||
40G | FS互換 QSFP-40G-LR4 40GBASE-LR4 and OTU3 QSFP+モジュール(1310nm 10km LC DOM) | 48,973円 | |
FS互換 QSFP-40G-SR4 40GBASE-SR4 QSFP+モジュール(850nm 150m MTP/MPO DOM) | 6,181円 | ||
100G | FS互換 QSFP28 Cisco QSFP-100G-LR4-S 100GBASE-LR4モジュール(1310nm 10km) | 63,238円 | |
FS互換 QSFP28 Cisco QSFP-100G-SR4-S 100GBASE-SR4モジュール(850nm 100m) | 15,690円 |
表から、速度が上がるにつれて価格差が大きく広がることがわかります。
システムコスト
シングルモードファイバの基本的な特性を利用するには、一般に長距離用途向けであるため、スポットサイズが小さく、一般にスペクトル幅が狭い、より長い波長で動作するレーザーを備えたモジュールが必要です。このようなモジュールの特性と、より高精度のアライメントや、より小さなコア径に対するより厳しいコネクタ公差の必要性が組み合わさることで、モジュールのコストが大幅に上昇し、シングルモードファイバ相互接続の相互接続コストが全体的に上昇します。
マルチモードファイバでの使用に最適化されたVCSELベースのモジュールの製造方法は、アレイデバイスへの製造が容易であり、同等のシングルモードモジュールよりも低コストです。複数のファイバーレーンと複数のモジュールアレイを使用するにもかかわらず、単純二重接続よりもシングルまたはマルチチャンネル動作を採用するシングルモード技術よりも大幅なコスト削減が可能です。マルチモードファイバシステムは、パラレルオプティックベースの相互接続を使用する標準ベースの構内アプリケーションにおいて、最も低いシステムコストと100Gへのアップグレードパスを提供します。
設置コスト
シングルモード光ファイバは、マルチモード光ファイバよりも安価な場合が多いです。1Gの光ファイバネットワークを構築し、最終的に10G以上の速度にしたい場合、シングルモードのファイバコストの節約は約半額になります。一方、マルチモードのOM3またはOM4ファイバは、SFPモジュールのコストが35%増加します。シングルモードの光学部品はより高価ですが、マルチモードの交換にかかる人件費は、特にOM1-OM2-OM3-OM4と続いた場合、大幅に高くなります。中古のファイバチャネルSFPを探す気があれば、シングルモード1Gの価格が大幅に下がります。予算があり、10Gの短距離接続が必要であれば、最後に確認したところ、経済性はまだマルチモードを支持しています。しかし、歴史的にシングルモードの価格プレミアムは低下することが示されているため、経済性には注意が必要です。
シングルモードとマルチモード光ファイバケーブルに関するよくある質問
Q: シングルモードとマルチモードのどちらのファイバタイプが優れていますか?
A: 前述したように、シングルモード光ファイバとマルチモード光ファイバケーブルには、コスト面でも用途面でもそれぞれの利点があります。シングルモード光ファイバがマルチモード光ファイバより優れているということはありません。用途に合わせて最適なものを選べばOKです。
Q: シングルモードとマルチモードのファイバを混在させることはできますか？
A: この質問に対する答えは「いいえ」です。マルチモードファイバとシングルモードファイバはコアのサイズが異なり、伝送する光のモード数も異なります。この2つのファイバを混ぜたり、直接接続したりすると、光損失が大幅に増加し、リンクのフラッピングやダウンが発生します。決して異なる種類のケーブルを無造作に混ぜないように留意してください。
Q: シングルモードの光ファイバケーブルでマルチモードモジュールを使用できますか？
A: 一般的に言えば、答えは「いいえ」です。マルチモードモジュールをシングルモードファイバで接続すると、大きな光損失が発生します。しかし、その逆も可能です。例えば、1000BASE-LXのシングルモードSFPは、モード調整ファイバケーブルを使用することで、マルチモードファイバケーブルで動作することができます。また、シングルモードモジュールとマルチモードモジュール間のこのような問題を解決するために、光ファイバメディアコンバータを使用することもできます。
Q: シングルモードとマルチモードの光ファイバケーブルタイプ：どちらを選ぶべきか？
A: シングルモードファイバケーブルとマルチモードファイバケーブルのどちらを選ぶかを決める際、まず考慮すべきなのは、実際に必要となるファイバ距離です。例えば、データセンターでは、300～400メートルの距離であればマルチモードファイバケーブルで十分です。一方、数千メートルまでの距離を必要とする用途では、シングルモードファイバが最適です。また、シングルモードファイバとマルチモードファイバを使用できるアプリケーションでは、コストや将来のアップグレード要件など、その他の要因も考慮して選択する必要があります。
まとめ
シングルモードとマルチモードの光ファイバケーブルの比較から、シングルモードファイバケーブルシステムは、長いリーチのデータ伝送アプリケーションに適しており、キャリアネットワーク、MAN、PONで広く展開されていると結論付けることができます。マルチモードファイバケーブルシステムは、到達距離が短く、企業、データセンター、LANに広く導入されています。どちらを選択するにしても、ファイバの総コストに基づいて、ネットワークの需要に最も適したものを選択することは、すべてのネットワーク設計者にとって重要な課題です。
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