Как преобразовать многомодовое волокно в одномодовое и наоборот?

Световая волна с определенной частотой, состоянием поляризации и направлением распространения называется модой передачи световой волны. Многомодовое волокно (MMF) и одномодовое волокно (SMF) — это два типа оптоволоконных кабелей, классифицируемых по моде передачи. Одно из функциональных различий заключается в дальности передачи. В локальных сетях (LAN) часто используются MMF и оборудование MMF для коротких соединений внутри зданий. Поэтому для соединения зданий от LAN до глобальной сети (WAN) необходимо использовать одномодовое волокно, чтобы увеличить дальность передачи. В этой статье рассматриваются предпосылки преобразования мод волокна и три метода преобразования между одномодовым и многомодовым волокном.

Основы сравнения многомодового и одномодового волокна

SMF можно отличить от MMF по цвету внешней оболочки — оболочка одномодового оптоволокна желтая, тогда как оптоволокно с оболочкой оранжевого, голубого, розово-красного или зеленого цвета является многомодовым. 

В одномодовом волокне свет распространяется по сердцевине прямолинейно, не отражаясь от границы между сердцевиной и оболочкой оптического волокна. В многомодовом волокне световой импульс разделяется на несколько лучей и постоянно отражается от внутренней стенки, что приводит к значительной дисперсии и потере сигнала. 

Рис. 1: Режим передачи данных по одномодовому и многомодовому волокну

Таким образом, многомодовое волокно имеет ограничения по передаче. Максимальная дальность передачи MMF составляет около 300–400 м. Однако одномодовое волокно без потери мощности может передавать свет на гораздо большие расстояния: 10km, 20km, 40km, 80km и даже дальше.

Еще одно различие между ними заключается в диаметре сердцевины. Сердцевина одномодового волокна имеет очень малый диаметр, обычно 5µm, 7µm и 9µm. Диаметр сердцевины многомодового волокна в несколько раз больше, чем у одномодового волокна; распространены значения 62.5µm и 50µm. 

Рис. 2: Диаметр сердцевины одномодового и многомодового волокна

Когда пользователи хотят использовать одномодовое и многомодовое волокно вместе, первой приходящей в голову идеей является их прямое соединение. Из-за значительного различия в диаметре сердцевины SMF и MMF пассивное сращивание или соединение многомодового волокна с одномодовым приведет к отказу линии. Преобразование мод волокна позволяет найти решение этой проблемы.

Что определяет спрос на преобразование многомодового режима в одномодовый и наоборот?

Так в чём же причина совместного использования многомодового и одномодового волокна? Как видно, оптические модули, применяемые в соединении точка-точка, симметричны. Например, на конце A с портом 10G SFP+ установлен модуль 10GBASE-SR SFP+. Чтобы реализовать прямое соединение на коротком расстоянии с коммутатором на конце B, оснащённым таким же портом, в порт коммутатора на конце B следует установить такой же модуль 10GBASE-SR SFP+. Затем два конца соединяют многомодовым волокном. Это наиболее идеальный и простой сценарий применения. 

Что делать, если конечное устройство B находится в другом здании, на расстоянии десятков километров от конечного устройства A? Или оборудование на конце B является одномодовым либо должно использовать одномодовое волоконное соединение? В первом случае необходимо использовать одномодовое волокно, поскольку многомодовое волокно не может обеспечить такую дальность. Проблема заключается в том, как подключить SMF к многомодовым модулям конечного оборудования. Во втором случае проблема состоит в том, как установить соединение между одним концом с многомодовым волокном и другим концом с одномодовым волокном.

В различных средах прокладки кабелей для оптоволоконной связи может потребоваться преобразование многомодового волокна в одномодовое или одномодового в многомодовое. Однако наиболее типичным применением является преобразование многомодового волокна в одномодовое для увеличения дальности передачи данных по сети.

Топ-3 решения для преобразования многомодового волокна в одномодовое и наоборот

Далее я представлю три метода преобразования оптического режима; их объединяет использование продуктов для преобразования одномодового сигнала в многомодовый.

Решение 1: использование медиаконвертеров Fiber to Fiber для преобразования многомодового волокна в одномодовое

Медиаконвертер Fiber to Fiber поддерживает несколько функций преобразования, т. е. преобразование многомодового волокна в одномодовое, дуплексного режима в симплексный и стандартной длины волны в длину волны WDM. Чтобы понять, как медиаконвертер для оптоволокна преобразует многомодовое волокно в одномодовое, рассмотрим мультимодовый преобразователь одномодового оптоволокна например, от QSFPTEK. Изделие имеет два слота SFP/SFP+, в которые можно установить два модуля SFP/SFP+. Чтобы преобразовать MMF в SMF, установите в один из слотов трансивер 10GBASE-SR SFP+ для подключения многомодового волокна, а в другой слот — трансивер 10GBASE-LR SFP+ для линии связи по одномодовому волокну. Таким образом, локальную линию MMF длиной до 400 м можно увеличить как минимум до 10 км и максимум до 140 км, используя оптические модули с соответствующими характеристиками.

В описанном ниже сценарии необходимо соединить два коммутатора Ethernet, расположенных в двух зданиях. Оба коммутатора оснащены многомодовыми оптическими модулями, но расстояние между зданиями составляет около 6 км. Мы используем пару преобразователей среды 10G fiber-to-fiber и два модуля 10G-SR SFP+ для соединения коммутаторов Ethernet по многомодовым волокнам OM3. Затем соединяем другой порт преобразователя среды на каждом конце с модулями 10G-LR SFP по одномодовому волокну OS2.

Рис. 3. Преобразователь мультимодового волокна в одномодовое с медиаконвертером мультимодового волокна в одномодовое

Решение 2: использование WDM-транспондера для преобразования многомодового волокна в одномодовое

WDM-транспондер также известен как оптический преобразователь в электрический сигнал и обратно (OEO). В системах WDM широко используются транспондеры WDM (OEO) для преобразования унаследованной длины волны в длину волны CWDM или DWDM. Кроме того, OEO выполняет преобразование MMF в SMF, которое достигается путем преобразования MMF 850nm в SMF 1310nm.

В приведенном ниже примере два порта этого WDM-транспондера оснащены одномодовым SFP и многомодовым SFP соответственно. Как и в предыдущем решении, используйте многомодовое волокно OM3 MMF для подключения многомодового порта OEO к многомодовому порту коммутатора. Затем соедините порты SMF SFP WDM-транспондера одномодовым волокном OS2, чтобы увеличить дальность связи между зданиями.

Рис. 4: Преобразователь многомодового волокна в одномодовое с WDM-транспондером

Решение 3: использование согласующих патч-кордов для преобразования одномодового волокна в многомодовое

По структуре, кабель согласования мод (MCP) представляет собой дуплексный оптический патч-корд, состоящий из двух волокон. Один конец одного из волокон оконцован одномодовым коннектором и коротким отрезком SMF. Три других конца имеют многомодовые коннекторы и MMF. Единственная ветвь SMF желтого цвета в кабеле MCP предназначена для подключения модулей 1000BASE-LX и других совместимых модулей в передающем оборудовании. Требование MCP строго ограничивает типы модулей. Для гигабитного Ethernet требование MCP указано только для модулей 1000BASE-LX/LH 1G SFP в диапазоне длин волн 1310 нм. Для 10-гигабитного Ethernet оно предусмотрено только для оптических модулей 10GBASE-LX4 и 10GBASE-LRM в диапазоне длин волн 1310 нм. Оранжевый отрезок MMF предназначен для подключения принимающей стороны. Следует отметить, что оптоволокно MCP может передавать сигнал только из одномодового волокна в многомодовое, но не наоборот.

Рис. 5: Преобразователь одномодового сигнала в многомодовый с согласующим режимы патч-кордом

Решения QSFPTEK для преобразования режима работы волокна

Медиаконвертер QSFPTEK обеспечивает преобразование MMF в SMF и преобразование двухволоконного соединения в одноволоконное. Решения для сетевого подключения показаны на рисунках ниже.

В следующих случаях два оптических коммутатора размещены в двух зданиях. Внутренняя сеть основана на экономичных многомодовых волокнах и многомодовых SFP. Расстояние между зданиями составляет 10 км или даже больше. Проблема заключается в обеспечении соединения между коммутаторами в двух зданиях.

Преобразование MMF в SMF

В этом решении используются медиаконвертеры «оптоволокно — оптоволокно» для преобразования многомодового волокна в одномодовое. Затем устанавливаются модули 10GBASE-LR/ER/ZR SFP+ в зависимости от протяженности линии и одномодового волокна для организации дальнего соединения. 

Рис. 6: Решение QSFPTEK для преобразования многомодового волокна в одномодовое

Портфолио продуктов решений:

Преобразование двух оптических волокон в одно

Используйте пару преобразователей оптических медиаконвертеров для преобразования двухволоконного соединения в одноволоконное. Затем подключите модули BIDi SFP+ и симплексное оптоволокно для создания соединения на большое расстояние. 

Рис. 7: решение QSFPTEK для преобразования дуплексного волокна в симплексное

Портфолио продуктов решений:

Заключение

Таким образом, преобразование одномодового и многомодового волокна требуется в следующих случаях:

• Текущая сеть MMF не может удовлетворить требованиям передачи на большие расстояния

• Подключение SMF необходимо для оборудования, использующего многомодовое подключение

Мультимодовый одномодовый медиаконвертер и WDM-транспондер являются двумя решениями для преобразования MMF в SMF или SMF в MMF. Для сетей без WDM выбор оптического медиаконвертера более экономичен, поскольку WDM-транспондер стоит дорого. Волоконно-оптические патч-корды для согласования мод предназначены только для преобразования SMF в MMF. Цена MCP на рынке также доступна.

Если вы ищете решения для преобразования волоконно-оптического режима, будь то преобразование многомодового волокна в одномодовое или одномодового в многомодовое, QSFPTEK с радостью поможет. Наши эксперты обладают многолетним опытом в области исследований и разработок. Для получения ценового предложения свяжитесь с нашими специалистами по продажам в онлайн-чате или напишите по электронной почте через [email protected].