Wie konvertiert man Multimode- in Singlemode-Glasfaser oder umgekehrt?

Eine Lichtwelle mit einer bestimmten Frequenz, einem bestimmten Polarisationszustand und einer bestimmten Übertragungsrichtung wird als Lichtwellen-Übertragungsmodus bezeichnet. Multimode-Faser (MMF) und Singlemode-Faser (SMF) sind zwei Arten von Glasfaserkabeln, die nach dem Übertragungsmodus klassifiziert werden. Ein funktionaler Unterschied ist die Übertragungsentfernung. Das lokale Netzwerk (LAN) setzt häufig MMFs und MMF-Geräte für gebäudeinterne Kurzstreckenverbindungen ein. Daher muss die Verbindung zwischen Gebäuden vom LAN zum Weitverkehrsnetz (WAN) Singlemode-Faser verwenden, um die Übertragungsentfernung zu erweitern. Dieser Artikel stellt den Hintergrund der Fasermodus-Konvertierung und drei Konvertierungsmethoden zwischen Singlemode und Multimode vor.

Wissensgrundlage zu Multimode- vs. Singlemode-Faser

Man kann SMF von MMF anhand der Farbe des Außenmantels unterscheiden — Singlemode-Fasern haben einen gelben Kabelmantel, während Fasern mit orangefarbenen, aquablauen, rosaroten oder grünen Kabelmänteln Multimode-Fasern sind. 

Licht breitet sich in Singlemode-Fasern geradlinig durch den Kern aus, ohne dass an der Wand zwischen Faserkern und Mantel Reflexion auftritt. In Multimode-Fasern teilt sich ein Lichtimpuls in mehrere Strahlen auf und wird ständig entlang der Innenwand reflektiert, was zu starker Dispersion und Signalverlust führt. 

Abb. 1: Singlemode- vs. Multimode-Faser-Übertragungsmodus

Dementsprechend unterliegt Multimode-Faser Übertragungsbeschränkungen. Die maximale Übertragungskapazität von MMF beträgt etwa 300m bis 400m. Singlemode-Faser ohne Leistungsverlust kann das Licht jedoch viel weiter übertragen: 10km, 20km, 40km, 80km und sogar noch weiter.

Ein weiterer Unterschied zwischen den beiden ist der Kerndurchmesser. Der Kern von Singlemode-Fasern hat einen sehr kleinen Durchmesser, typischerweise 5µm, 7µm und 9µm. Der Kerndurchmesser von Multimode-Fasern beträgt ein Mehrfaches des Kerndurchmessers von Singlemode-Fasern; 62.5µm oder 50µm sind üblich. 

Abb. 2: Kerndurchmesser von Singlemode- und Multimode-Fasern

Wenn Benutzer Singlemode- und Multimode-Fasern zusammen verwenden möchten, kommt ihnen zuerst die Idee, sie direkt zu verbinden. Aufgrund des erheblichen Unterschieds zwischen SMF und MMF bei der Größe des Faserkern-Durchmessers führt passives Spleißen oder Koppeln von Multimode- mit Singlemode-Fasern zu einem Link-Ausfall. Die Fasermodenkonvertierung ist eine Möglichkeit, dieses Problem zu lösen.

Was treibt die Nachfrage nach Multimode-zu-Singlemode-Konvertierung oder umgekehrt an?

Was ist also die Ursache für die gemischte Verwendung von Multimode- und Singlemode-Fasern? Wie wir sehen, ist die in Punkt-zu-Punkt-Verbindungen eingesetzte Optik symmetrisch. Zum Beispiel enthält Ende A mit einem 10G SFP+ Port ein 10GBASE-SR SFP+ Modul. Um die direkte Kurzstreckenverbindung zum Switch an Ende B mit demselben Port zu realisieren, sollte dasselbe 10GBASE-SR SFP+ Modul in den Switch-Port an Ende B eingesteckt werden. Verwenden Sie dann eine Multimode-Faser, um die beiden Enden zu verbinden. Dies ist das idealste und einfachste Anwendungsszenario. 

Was ist, wenn Ende B in einem anderen Gebäude liegt, dutzende Kilometer von Ende A entfernt? Oder die Ausrüstung an Ende B ist singlemodefähig oder muss eine Singlemode-Glasfaserverbindung verwenden? Im ersten Fall müssen Sie Singlemode-Glasfaser verwenden, da Multimode-Glasfaser nicht so weit reicht. Das Problem besteht darin, wie eine SMF-Verbindung zu den Multimode-Modulen der Endgeräte realisiert werden kann. Im letzteren Fall besteht das Problem darin, wie die Verbindung zwischen einem Multimode-Ende und dem anderen Singlemode-Ende hergestellt werden kann.

In unterschiedlichen Verkabelungsumgebungen kann die Glasfaserkommunikation eine Umwandlung von Multimode zu Singlemode oder von Singlemode zu Multimode erfordern. Die typischste Anwendung ist jedoch die Umwandlung von Multimode zu Singlemode, um die Übertragungsdistanz des Netzwerks zu erhöhen.

Die 3 besten Lösungen zur Umwandlung von Multimode- in Singlemode-Fasern oder umgekehrt

Als Nächstes werde ich drei Methoden zur Fasermodenkonversion vorstellen; gemeinsam ist ihnen, dass sie auf Produkten zur Singlemode-zu-Multimode-Konversion basieren.

Lösung 1: Verwendung von Glasfaser-zu-Glasfaser-Medienkonvertern für die Umwandlung von Multimode zu Singlemode

Fiber-to-Fiber-Medienkonverter bieten mehrere Konvertierungsfunktionen, d. h. Multimode-zu-Singlemode-Konvertierung, Duplex-zu-Simplex-Konvertierung und Standard-zu-WDM-Wellenlängenkonvertierung. Um zu verstehen, wie Fiber-Medienkonverter Multimode zu Singlemode übertragen, nehmen Sie die Multimode-zu-Singlemode-Glasfaserkonverter von QSFPTEK als Beispiel. Das Produkt verfügt über zwei SFP/SFP+-Steckplätze, die zwei SFP/SFP+-Module aufnehmen können. Um MMF in SMF zu konvertieren, bestücken Sie einen der Steckplätze mit einem 10GBASE-SR SFP+-Transceiver für Multimode-Glasfaserverbindungen und den anderen Steckplatz mit einem 10GBASE-LR SFP+-Transceiver für Singlemode-Glasfaserverbindungen. So kann eine lokale MMF-Verbindung innerhalb von 400m durch passende unterschiedliche Optiken auf mindestens 10km und bis zu 140km erweitert werden.

Im folgenden Anwendungsszenario müssen zwei Ethernet-Switches, die sich in zwei Gebäuden befinden, miteinander verbunden werden. Beide Switches sind mit Multimode-Glasfasermodulen ausgestattet, aber die Entfernung zwischen den Gebäuden beträgt etwa 6km. Wir setzen ein Paar 10G-Glasfaser-zu-Glasfaser-Medienkonverter und zwei 10G-SR SFP+s ein, um die Ethernet-Switches über OM3 MMFs zu verbinden. Anschließend verbinden wir den anderen Medienkonverter-Port an beiden Enden mit 10G-LR SFPs über eine OS2 SMF.

Abb. 3: Konverter Multimode zu Singlemode mit Multimode-zu-Singlemode-Medienkonverter

Lösung 2: Verwendung eines WDM-Transponders für die Multimode-zu-Singlemode-Konvertierung

WDM-Transponder ist auch als optisch-elektrisch-optisch (OEO) bekannt. In WDM-Systemen findet der WDM-Transponder (OEO) breite Anwendung zur Umwandlung älterer Wellenlängen in CWDM- oder DWDM-Wellenlängen. Darüber hinaus dient OEO auch der MMF-zu-SMF-Umwandlung, die durch die Umwandlung von 850nm MMF in 1310nm SMF erreicht wird.

Im folgenden Beispiel verfügen die beiden Ports dieses WDM-Transponders jeweils über ein Singlemode-SFP und ein Multimode-SFP. Verwenden Sie wie in der vorherigen Lösung eine OM3-MMF, um den Multimode-Port des OEO mit dem Multimode-Port des Switches zu verbinden. Verbinden Sie dann die SMF-SFP-Ports des WDM-Transponders über eine Singlemode-OS2-Faser, um die Reichweite zwischen Gebäuden zu erweitern.

Abb. 4: Konverter von Multimode zu Singlemode mit WDM-Transponder

Lösung 3: Verwendung von Mode-Conditioning-Patchkabeln für die Konvertierung von Singlemode zu Multimode

In der Struktur ist ein Mode-Conditioning-Patch-Kabel (MCP) ist ein Duplex-Glasfaser-Patchkabel, das aus zwei Fasersträngen besteht. Ein Ende einer der Fasern endet in einem Singlemode-Steckverbinder und einem kurzen Stück SMF. Die anderen drei Enden sind Multimode-Steckverbinder und MMFs. Der einzige gelbe SMF-Schenkel des MCP-Kabels dient zum Anschließen von 1000BASE-LX und anderen geeigneten Modulen in Übertragungsgeräten. Die Anforderung an MCP schränkt die Modultypen strikt ein. Für Gigabit Ethernet ist die Anforderung an MCP nur für 1000BASE-LX/LH 1G SFPs im Wellenlängenfenster von 1310 nm festgelegt. Für 10-Gigabit-Ethernet ist sie nur für 10GBASE-LX4- und 10GBASE-LRM-Optiken im Wellenlängenfenster von 1310 nm vorgeschrieben. Der orangefarbene MMF-Strang dient zur Verbindung mit der Empfangsseite. Zu beachten ist, dass MCP-Glasfaser nur Singlemode in Multimode umwandeln kann, nicht umgekehrt.

Abb. 5: Konverter Singlemode auf Multimode mit Mode-Conditioning-Patchkabel

QSFPTEK Fiber Mode Conversion Solutions

Der QSFPTEK-Glasfaser-Medienkonverter ermöglicht die Umwandlung von MMF zu SMF und von Dual-Fiber zu Single-Fiber. Die Netzwerkkonnektivitätslösungen sind in den folgenden Abbildungen dargestellt.

In den folgenden Fällen werden zwei Glasfaser-Switches in zwei Gebäuden platziert. Das gebäudeinterne Netzwerk basiert auf kostengünstigen Multimode-Fasern und Multimode-SFPs. Die Entfernung zwischen den Gebäuden beträgt 10km oder sogar mehr. Das Problem hierbei besteht darin, die Switch-zu-Switch-Verbindung zwischen den beiden Gebäuden herzustellen.

MMF-zu-SMF-Konvertierung

Diese Lösung setzt Glasfaser-zu-Glasfaser-Medienkonverter ein, um Multimode in Singlemode umzuwandeln. Setzen Sie dann 10GBASE-LR/ER/ZR SFP+-Module je nach Link-Reichweite und Singlemode-Glasfaser für eine Langstreckenverbindung ein. 

Abb. 6: QSFPTEK-Lösung für Multimode-zu-Singlemode-Glasfaser-Konverter

Lösungsproduktportfolio:

Umwandlung von Dual-Fiber zu Single-Fiber

Verwendung eines Paars von Glasfaser-Medienkonvertern, um die Dual-Fiber-Verbindung in eine Single-Fiber-Verbindung umzuwandeln. Schließen Sie dann BIDi SFP+ Module und Simplex-Glasfaser für eine Langstreckenverbindung an. 

Abb. 7: QSFPTEK-Duplex-zu-Simplex-Glasfaserkonverterlösung

Lösungsproduktportfolio:

Fazit

Zusammenfassend ist eine Konvertierung zwischen Singlemode- und Multimode-Faser in den folgenden Fällen erforderlich:

• Das aktuelle MMF-Netzwerk kann die Anforderungen an die Langstreckenübertragung nicht erfüllen

• SMF-Konnektivität ist für die auf Multimode-Verbindung basierende Ausrüstung ein Muss

Multimode-zu-Singlemode-Medienkonverter und WDM-Transponder sind zwei Lösungen, um eine MMF-zu-SMF-Konvertierung oder SMF-zu-MMF-Konvertierung zu erreichen. Für Nicht-WDM-Netzwerke ist die Wahl eines Glasfaser-Medienkonverters kostengünstiger, da ein WDM-Transponder teuer ist. Mode-Conditioning-Glasfaser-Patchkabel sind nur für die SMF-zu-MMF-Konvertierung vorgesehen. Der MCP-Preis auf dem Markt ist ebenfalls erschwinglich.

Wenn Sie nach Lösungen zur Glasfasermodus-Konvertierung suchen, egal ob Multimode zu Singlemode oder Singlemode zu Multimode, hilft QSFPTEK Ihnen gerne weiter. Unsere Experten verfügen über jahrzehntelange Erfahrung in F&E. Für ein Produktangebot chatten Sie bitte live mit unserem Vertrieb oder senden Sie eine E-Mail über [email protected].