Оптический приемопередатчик: Обзор оптических трансиверов

Как выбрать оптический трансивер? Типы оптических модулей

Трансивер (от англ. Transceiver, акроним от слов transmitter – передатчик и receiver – приемник) – это съемный приемо-передатчик, предназначенный для использования в активном сетевом оборудовании таком, как маршрутизаторы, коммутаторы, транспондеры, медиаконвертеры. Оптический трансивер конвертирует передаваемые сигналы из внутренней среды сетевого оборудования в транспортную оптическую или электрическую среды передачи.

Виды трансиверов

Классифицировать трансиверы можно по нескольким характеристикам:

1. Среда передачи
2. Форм-фактор трансивера
3. Скорость передачи
4. Технология передачи

Основным параметром, от которого во многом зависит форм-фактор модуля, его скорость и технология передачи является – среда передачи. Существует две среды передачи: оптоволоконная, к которой относятся одномодовые и многомодовые оптические волокна и электрическая, к которой можно отнести витую пару и твинкоаксиальный кабель.

Оптоволоконная среда передачи

Оптическое волокно — среда для передачи световых сигналов. Представляет собой тонкий стеклянный провод (жила). Волокно которого состоит из внутренней сердцевины (ядра), по которой распространяется свет, и окружающей ее оболочки. Любые дополнительные покрытия (оболочки) являются защитными и служат для защиты волокна от физических воздействий.

На рисунке видно, что свет, проходящий через сердцевину к оболочке, полностью отражается от границы двух этих сред. Данное явление называется полное внутреннее отражение. Именно за счет этого явления свет может преодолевать большие расстояния по ОВ.

Волокна делятся по типу на два вида:

• Многомодовое — это волокно с большим диаметром сердцевины, по которому может распространяться несколько световых мод. В современных многомодовых волокнах диаметр сердцевины может быть 50 мкм и 62,5 мкм. Диаметр оболочки может составлять 125 или 250 мкм.
• Одномодовое — волокно с малым диаметром сердцевины, по которому может распространяться только одна световая мода. В современных одномодовых волокнах диаметр сердцевины составляет 9 мкм. Диаметр оболочки может составлять 125 мкм или 250 мкм.

В рамках многомодовых волокон свет может распространяться на расстояние до двух километров. Данный вид оптических волокон используется для локальных подключений, где расстояние между конечными точками не превышает 300 метров. На основе многомодового волокна построены трансиверы типа AOC, а также системы уплотнения SWDM (Short Wavelength Division Multiplexing).

Одномодовое волокно более популярно в современных телекоммуникациях, так как позволяет передавать данные на расстояния до 160 километров, а также строить протяженные системы уплотнения DWDM.

Электрическая среда передачи

Электрическая среда передачи – это совокупность телекоммуникационных кабелей, в которых для передачи информации используется металлический проводник/проводники, по которым подается электрический ток.

По типу телекоммуникационные кабели делятся на два вида:

• Витая пара — кабель на медной основе, объединяющий в оболочке одну или более пар проводников. Каждая пара представляет собой два перевитых вокруг друг друга изолированных медных провода. В рамках телекома, витой парой зачастую называют двух парные (четыре жилы) и четырех парные (восемь жил) кабеля.
• Твинаксиальный (от англ. twin-axial) кабель – это коаксиальный кабель с двумя параллельными проводниками, заключенные в общий экран.

Необходимо заметить, что твинаксиальный кабель практически не встречается вне трансиверов типа Direct Attach Copper. Кабели из витой пары встречаются очень часто, как в быту – соединения личного компьютера с домашним роутером, так и в отрасли в целом, так как это самый популярный способ организации локальных низкоскоростных соединений. Примерно в 2016 году широкое распространение получил 10GE Copper – это связано с выходом на рынок трансиверов SFP+ 10GE Copper.

О форм-факторах и скоростях передачи в рамках рубрики «Wiki» выходило несколько статей, чтобы не растягивать вступление предлагаем ознакомиться с ними по ссылке, также более подробное описание технологий xWDM Вы можете прочитать по ссылке.

Изучить принципы работы и особенности трансиверов Direct Attach Copper можно по ссылке, а трансиверов Active Optical Cable в данной статье, ссылка.

Как выбрать трансивер?

Необходимость в приобретении оптических трансиверов может возникнуть по нескольким причинам:

• Замена вышедшего из строя модуля;
• Модернизация существующей линии связи;
• Проектирование новой линии связи.

Если речь идет о замене вышедшего из строя трансивера, то необходимую модель подобрать несложно, нужно правильно «прочитать» маркировку сломанного устройства и на основании этого подобрать такую же модель или аналог. Более подробно про маркировку ниже.

При модернизации существующей линии связи выбор необходимых модулей становится значительно сложнее. Для начала необходимо определиться с задачей, что есть в распоряжении и чего хочется добиться в итоге модернизации.

Самое простое и самое важное с чего стоит начать, это параметры имеющейся трассы, а именно затухания по трассе, в идеале на длинах волн 1310 нм и 1550 нм. Зная эти значения, можно сузить спектр подходящего оборудования и выбрать конкретную технологию передачи данных.

Если речь идет о расширении емкости системы уплотнения CWDM или DWDM, то необходимо знать есть ли «свободные» длины волн в мультиплексоре и трансиверы, с каким оптическим бюджетом работают на этой линии.

В том случае, если модернизация носит глобальный характер, например, переход от 1 Гбит/с к 100 Гбит/с, рекомендуем Вам обратиться в компании, занимающиеся расчётом и продажей телекоммуникационного оборудования. Эта рекомендация связана с тем, что без специальных знаний спроектировать такое расширения сети сложно, и при недостаточной компетентности можно совершить серьезные ошибки, которые могут привести к некорректной работе организованных каналов передачи.

Проектирование новой линии связи в принципе не отличается от модернизации уже существующей. В данном случае, также необходимо изначально обрисовать для себя итоговой результат и уже после этого начинать выбор необходимого оборудования. Совет по передаче расчёта новой трассы специализированным инженерам в данном варианте также актуален.

Маркировка трансиверов

Каждый трансивер имеет заводскую маркировочную этикетку, на которой в обязательном порядке содержится информация о марке, модели (артикуле устройства) и серийный номер. Дополнительно на этикетке производитель может разместить информацию: о скорости передачи, длине волны передатчика, типе транспортной среды (тип волокна, например), наличии дополнительного функционала, такого как DDM.

При необходимости идентифицировать имеющийся «на руках» приемопередающий модуль, проще всего занести информацию о марке и модели с этикетки трансивера в поисковую интернет систему и получить полное техническое описание устройства.

В случае, если информация на маркировочной наклейке развернутая и включает в себя описание характеристик трансивера, а доступ в интернет отсутствует, можно постараться идентифицировать трансивер по имеющейся на этикетке информации.

Также достаточно развернутую информацию о модуле можно узнать из диагностических данных получаемых коммутатором из прошивки трансивера. В зависимости от марки и модели активного сетевого оборудования объем предоставляемой информации может меняться, но в микрокоде оптического трансивера содержится следующая информация:

1. Форм-фактор;
2. Тип оптического коннектора;
3. Протокол передачи;
4. Скорость передачи;
5. Дальность передачи;
6. Марка производителя;
7. Модель трансивера;
8. Длина волны передатчика.

Совместимость трансиверов

Часто перед Пользователями встает вопрос: «А будет ли работать новый трансивер уже с имеющимся?». Чтобы утвердительно ответить на этот вопрос, необходимо соблюсти следующие условия:

1. Одинаковая скорость передачи;
2. Одинаковая или парная длина волны передачи;
3. Соответствие среды передачи;
4. Поддержка коммутатором.

Совместимость по скорости передачи

Как известно, форм-фактор трансивера не влияет на совместимость с техническим аналогом. Например, двухволоконный SFP 1.25 Гбит/с трансивер полностью совместим со своим более старым аналогом двухволоконным GBIC 1.25 Гбит/с трансивером или трансивер WDM SFP+ 10 Гбит/с 1270/1330 нм совместим с парным трансивером WDM XFP 10 Гбит/с 1330/1270 нм. Но если в первом примере изменить скорость SFP трансивера, то пара модулей не заработает (то есть двухволоконный SFP 4.25 Гбит/с FiberChannel модуль не совместим с двухволоконным GBIC 1.25 Гбит/с модулем). Это происходит из-за несогласованности скоростей передачи, протоколы передачи в данном случае являются второстепенными. Например, можно взять пару двухволоконных SFP модулей для Ethernet сетей, но скорость передачи одной будет 1,25 Гбит/с (GigabitEthernet), а второй 100 Мбит/с (FastEthernet), такая пара не заработает без дополнительных настроек коммутаторов.

Таким образом, можно резюмировать, что при выборе трансивера необходимо соблюдать одни и те же скорость передачи и протокол передачи, при этом форм-фактор трансиверов не влияет на их совместимость друг с другом.

Согласованность длин волн

Этот параметр наиболее важен при выборе WDM трансиверов, так как трансиверы работают в парах со строго обозначенными длинами волн приема и передачи, но и для двухволоконных модулей этот параметр так же лучше соблюдать. Разберем для начала длины волны WDM трансиверов. Ниже приведена таблица с длинами волн, скоростью передачи и дальностью передачи. Видно, что для некоторых трансиверов для одной и той же скорости и дальности передачи существуют две разные пары модулей по длине волны, которые несовместимы друг с другом.

Дальность передачи		Тип трансивера
		WDM SFP	WDM SFP+	WDM XFP	WDM SFP28
	3 км	Tx: 1310/ Rx: 1550 нм	Tx: 1270/ Rx: 1330 нм	Tx: 1270/ Rx: 1330 нм
		Tx: 1550/ Rx: 1310 нм	Tx: 1330/ Rx: 1270 нм	Tx: 1330/ Rx: 1270 нм
	3 км	Tx: 1310/ Rx: 1490 нм
		Tx: 1490/ Rx: 1310 нм
	10 км	Tx: 1310/ Rx: 1550 нм	Tx: 1270/ Rx: 1330 нм	Tx: 1270/ Rx: 1330 нм	Tx: 1270/ Rx: 1330 нм
		Tx: 1550/ Rx: 1310 нм	Tx: 1330/ Rx: 1270 нм	Tx: 1330/ Rx: 1270 нм	Tx: 1330/ Rx: 1270 нм
	10 км	Tx: 1310/ Rx: 1490 нм
		Tx: 1490/ Rx: 1310 нм
	20 км	Tx: 1310/ Rx: 1550 нм	Tx: 1270/ Rx: 1330 нм	Tx: 1270/ Rx: 1330 нм
		Tx: 1550/ Rx: 1310 нм	Tx: 1330/ Rx: 1270 нм	Tx: 1330/ Rx: 1270 нм
	20 км	Tx: 1310/ Rx: 1490 нм
		Tx: 1490/ Rx: 1310 нм
	40 км	Tx: 1310/ Rx: 1550 нм	Tx: 1270/ Rx: 1330 нм	Tx: 1270/ Rx: 1330 нм
		Tx: 1550/ Rx: 1310 нм	Tx: 1330/ Rx: 1270 нм	Tx: 1330/ Rx: 1270 нм
	60 км	Tx: 1490/ Rx: 1550 нм	Tx: 1270/ Rx: 1330 нм	Tx: 1270/ Rx: 1330 нм
		Tx: 1550/ Rx: 1490 нм	Tx: 1330/ Rx: 1270 нм	Tx: 1330/ Rx: 1270 нм
	80 км	Tx: 1490/ Rx: 1550 нм	Tx: 1490/ Rx: 1550 нм	Tx: 1490/ Rx: 1550 нм
		Tx: 1550/ Rx: 1490 нм	Tx: 1550/ Rx: 1490 нм	Tx: 1550/ Rx: 1490 нм
	120 км	Tx: 1490/ Rx: 1550 нм
		Tx: 1550/ Rx: 1490 нм
	120 км	Tx: 1510/ Rx: 1570 нм
		Tx: 1570/ Rx: 1510 нм
	140 км	Tx: 1490/ Rx: 1550 нм
		Tx: 1550/ Rx: 1490 нм
	160 км	Tx: 1490/ Rx: 1550 нм
		Tx: 1550/ Rx: 1490 нм

У двухволоконных модулей строгой парности нет, но несоблюдение единой длины волны может вызвать перекосы в оптическом бюджете канала, так как длины волн 1310 нм и 1550 нм имеют разные показатели погонного затухания в оптических волокнах.

Данный пункт в основном касается двухволоконных модулей, так как именно этот тип трансиверов может быть заточен для передачи информации по многомодовому и одномодовому волокну. Остальные виды оптических трансиверов рассчитаны на передачу только по одномодовому волокну.

По многомодовому волокну могут передаваться сигналы из первого (850 нм) и второго (1310) окон прозрачности, а по одномодовому сигналы из второго (1310 нм) и третьего (1550 нм), то есть общие длины волн для MMF и SMF это 1310 нм. Это значит, что при выборе двухволоконного модуля необходимо учитывать не только длину волны передатчика, но и волокно, под которое разработан трансивер.

Поддержка трансивера активным сетевым оборудованием

После проверки параметров трансиверов необходимо удостовериться, что имеющийся у Вас коммутатор совместим и поддерживает выбранный трансивер. Одна из самых банальных ошибок – это перепутать порт SFP с портом SFP+, т.к. они визуально не отличаются, узнать тип портов можно или по спецификации на оборудование, или при помощи диагностической команды, которая покажет все имеющиеся порты и их тип.

Но есть более сложная вещь – список поддерживаемых трансиверов. Это значит, что даже обладая, к примеру, портами SFP+ коммутатор может не поддерживать работу SFP+ ZR. Этот список можно получить, опросив коммутатор соответствующей диагностической командой.

Или изучить техническую спецификацию коммутатора, но в данном случае необходимо помнить, что в зависимости от версии операционной системы список поддерживаемых трансиверов может изменяться, таким образом, лучше еще проверить документацию на операционную систему коммутатора.

Отдельно необходимо выделить трансиверы SFP/SFP+ Copper и DAC, так как с этими модулями речь зачастую идет о hardware совместимости. И информацию о поддержке этих трансиверов можно получить только из технической документации на сетевое устройство, так как важна поддержка определенного интерфейса, на базе которого построен трансивер.

Это не касается оптических трансиверов в связи с тем, что они в большей своей части строятся на одном интерфейсе, и проблемы с поддержкой и совместимостью в их случае можно отнести к software ограничениям, которые при необходимости можно решить сменой прошивки трансивер, подробнее про этот процесс по ссылке.

Основные понятия и характеристики оптических модулей. Часть 1: Передатчики.

Оптические модули давно стали неотъемлемой частью современных телекоммуникационных сетей передачи данных. Оптические модули имеют ряд параметров, которые имеют важное значение для качества передачи данных. Для того, чтобы посетители нашего сайта лучше ориентировались в базовых понятиях, мы подготовили цикл статей параметры модулей и основные понятия. Начнем с оптических передатчиков и их основных параметров.

Тип излучателя

Тип излучателя передатчика определяется требованиями к дальности и скорости передачи данных. В телекоммуникационной отрасли используется несколько видов лазеров:

• Лазеры Фабри-Перо (FP — Fabry-Perot) являются простейшими излучателями, которые позволяют создавать телекоммуникационные передатчики, пригодные для расстояний более 10 км. Такие лазеры могут использоваться в одномодовых и многомодовых передатчиках, при этом для ОМ длины волн 1310 и 1550 нм (последние используются для расстояний до 5 км), для ММ доступны длины волн 850 и 1300 нм. Скорость передачи данных у таких передатчиков обычно не превышает 1 Гбит/с.

• Поверхностно-излучающие лазеры с вертикальным резонатором (VCSEL — Vertical-cavity surface-emitting laser) обеспечивают скорость передачи данных до 25 Гбит/с. Стоимость производства передатчиков на их основе минимальна и лазеры с длиной волны 850 нм получили распространение в многомодовых системах на коротких дистанциях, т.к. характеристики этих лазеров не позволяют использовать их на длинных дистанциях. Такие лазеры отличаются высокой температурной стабильностью и малой потребляемой мощностью.

• Лазеры с распределенной обратной связью (DFB — Distributed FeedBack) обеспечивают высокую мощность излучения и сохраняют при этом узкую ширину спектра излучения. Это свойство DFB используется при создании передатчиков для протяженных линий связи на основе одномодового волокна. Например, с передатчиками на DFB лазере канал 1Гбит/с может быть организован на расстоянии до 150 км. При этом канал на скорости 10Гбит/с может быть организован не более чем на 40 км. Относительно узкий спектр излучения позволил использовать такие лазеры в системах грубого спектрального уплотнения CWDM. Высокая температурная стабильность и возможность подстройки длины волны открывает лазерам DFB путь в системы с более строгими требованиями к излучателям.

• Электроабсорбционные модулированные лазеры (EML — Electroabsorptive Modulated Laser) имеют отличные спектральные характеристики и могут быть использованы в передатчиках для протяженных линий со скоростью передачи данных до 100Гбит/с. По своей стр

Трансивер: как он работает и на что обратить внимание при покупке?

С развитием телекоммуникационных сетей на рынке появляется все больше типов сетевого оборудования: есть и устройство, которое передает и принимает сигналы между двумя физически разными средами системы связи, что позволяет значительно увеличить длину линии из-за использования оптического волокна — это сетевой трансивер. Он преобразует электрические сигналы в оптические для передачи по волоконно-оптической линии.

Современные оптические трансиверы — это компактные модули, рассчитанные на различные параметры линий передачи. Они устанавливаются в стандартные электрические порты оборудования — например, трансивер можно установить в SFP или SFP+ порты, встроенные в коммутатор.

Важно отметить, что интерфейсы обратно-совместимы от более старшей версии к более младшей. Это означает, что как правило вы сможете использовать SFP трансивер в SFP+ порту оборудования. Но в любом случае не помешает предварительно изучить таблицу совместимости.

Трансиверы позволяют работать в полнодуплексном режиме как с одним волокном, так и с парой, они отличаются количеством разъемов: Simplex LC для работы с одним волокном и Duplex LC для работы с парой волокон. Полудуплексные же решения на текущий момент полностью сняты с производства ввиду своей неактуальности на фоне удешевления стоимости внутренних узлов трансивера.

Существует два типа трансиверов: одномодовые и многомодовые. Они предназначены для работы с одноименными типами волокон и отличаются длиной волны, на которой передается максимальная мощность излучения: 1310 нм или 1550 нм – для одномодовых волокон, 850 нм или 1310 нм – для многомодовых.

Сами же волокна отличаются диаметром “световодного” канала (сердечника). Диаметр сердечника одномодового волокна 9 микрон, а у многомодового 50 или 62,5. Диаметры внешних оболочек равны и составляют 125 микрон.

Одномодовые сети более критичны к качеству волокон, соединений и оборудования, но позволяют организовывать передачу данных на расстояния свыше 80км.

Многомодовые сети из-за сниженных требований дешевле в построении и эксплуатации, но длина линии не превышает 2км.

Так же допускается использование многомодового оптоволокна с одномодовыми трансиверами.

Одномодовые трансиверы

Это трансиверы для работы с одномодовыми волокнами, они работают на длине волны 1310 нм/1550 нм.

Формат SFP

Такие трансиверы вставляются в SFP-порты в коммутаторе или другом сетевом оборудовании с такими портами. Рассмотренные ниже модели отличаются режимом работы, средой и длиной волны.

Полнодуплексный режим и длина волны приема/передачи — 1310 нм/1310 нм. Перечисленные модели содержат разъем Duplex LC:

— D-Link DEM-210 передает данные в среде 100Base-FX на дистанции до 15 км;

— D-Link 310GT передает данные в среде 1000Base-LX на дистанции до 10 км.

Полнодуплексный режим и длина волны приема/передачи — 1310 нм/1550 нм. Среда 1000Base-BX. Указанные ниже модели работают парами: “принимающий” и “передающий” трансиверы. В паре их можно легко различить по условным обозначениям производителя, например, индексам T (transmit)/R (receive) или U (uplink)/D (downlink). Разъемы у каждого из них — Simplex LC:

— D-Link DEM-302S-BXD в паре с D-Link DEM-302S-BXU передают данные на дистанции до 2 км;

— D-Link 330T и D-Link 330R передают данные на дистанции до 10 км.

Формат SFP+

SFP+ является расширенной версией SFP и поддерживает скорости передачи данных от 4 Гб/с до 10 Гб/с.

Такие трансиверы устанавливаются в SFP+ порты в коммутаторе или другом сетевом оборудовании.

D-Link 432XT — полнодуплексная модель с разъемом Duplex LC для одномодового оптического кабеля, использует длину волны 1310 нм и обеспечивает передачу данных на дальние расстояния до 10 км.

Модели поддерживают полнодуплексный режим в парной конфигурации и обеспечивают передачу данных в среде 10GBase-ER на дистанции 40 км. D-Link 436XT-BXU вместе с D-Link 436XT-BXD с длиной волны приема/передачи 1330 нм/1270 нм.

Многомодовые трансиверы

Это трансиверы для работы с многомодовыми волокнами, работающие на длине волны 850 нм или 1310 нм. Модели содержат разъем Duplex LC и поддерживают полнодуплексный режим. Такие трансиверы отличаются форматом:

SFP — D-Link DEM-211 и D-Link DEM-312GT2 работают с длиной волны приема/передачи 1310 нм/1310 нм на дистанции до 2 км. Они передают данные в среде 100Base-FX и 100Base-SX+ соответственно;

SFP+ — D-Link DEM-431XT передают данные в среде 10GBase-SR с длиной волны приема/передачи 850 нм/850 нм на дистанции до 300 метров.

Трансиверы “витая пара”

Такие трансиверы представлены в формате SFP. Это две модели — D-Link DGS-712 и Huawei SFP-1000BASET передают данные в среде 1000Base-T на дистанции до 100 м. Обе модели содержат разъем RJ-45.

С развитием телекоммуникационных сетей на рынке появляется все больше типов сетевого оборудования: в нашем блоге вы можете также почитать об устройствах, которые отвечают за усиление беспроводного сигнала и за проводное подключение нескольких компьютеров.

В этом видео показан принцип работы трансивера

Оптические трансиверы SFP и SFP+, часть 2

В прошлой статье мы рассмотрели, что из себя представляют оптические трансиверы форм-фактора SFP и SFP+ в общем. В данной же хотели бы подробнее разобрать несколько более тонких моментов.

В том числе остановимся на классификации трансиверов по типу оптического разъема, стандартам и технологии спектрального уплотнения.

Заторцовка кабеля

Оптический кабель для подключения к SFP-модулям должен быть заторцован в коннектор LC (Lucent/Little/Local Connector) или SC (Subscriber/Square/Standard Connector).

Соответственно, модули выпускаются с двумя типами разъемов под кабель: SC и LC.

Здесь нужно отметить, что двухволоконные оптические трансиверы форматов SFP, SFP+ практически всегда идут с разъемом LC, так как SC более крупный, и в дуплексный модуль два таких разъема не поместится. Использование SC возможно только в одноволоконных.

SC — один из первых керамических коннекторов, предназначенных для облегчения подключения оптических кабелей к разнообразным устройствам и предохранения среза кабеля от загрязнения и механических повреждений. Учитывая микроскопическую толщину волокон оптического кабеля, даже одна пылинка может послужить причиной значительного ухудшения качества связи или разрыва соединения.

Коннектор LC был разработан компанией Lucent, как улучшенный вариант SC. Обладает вдвое меньшими габаритами и отщелкивателем, что облегчает обращение с оптическими кабелями в условиях большой плотности подключений/волокон.

В целом, стандарты Ethernet допускают использование как одного, так и второго коннектора, однако большинство производителей, все же, устанавливают на своих модулях разъемы под LC. Даже одноволоконные SFP WDM модули, которые стандартно всегда выпускались с разъемом SC, сейчас есть и с LC разъемом.

Дополнительно об оптических разъемах можно почитать в этой статье.

Стандарты

Оптические трансиверы работают в сетях Ethernet и потому должны отвечать одному из соответствующих стандартов. Для удобства мы свели параметры таковых в таблицу.

Скорость приема-передачи	Стандарт	Год	Стандарт	Кол-во волокон	Тип волокна	Длина волны излучателя, нм	Длина
100 Мбит/с	IEEE 802.3u	1995	100Base-FX	2	многомодовое, полный дуплекс	1310	2 км
				2	многомодовое, полудуплекс при гарантированном обнаружении коллизий	1310	400 м
	TIA/EIA-785-1-2002	2001	100Base-SX	2	многомодовое	850	300 м
	IEEE 802.3ah	2004	100Base-LX10	2	одномодовое	1310	10 км
			100Base-BX10	1	одномодовое	1310/1550	10 км
1 Гбит/с	IEEE 802.3z	1998	1000Base-LX	2	многомодовое	1270-1355	550 м
					одномодовое		5 км
			1000Base-SX	2	мультимодовое	770-860	550 м
	IEEE 802.3ah	2004	1000Base-LX10	2	одномодовое	1270-1355	10 км
			1000Base-BX10	1	одномодовое	1310/1490	10 км
	—	—	1000Base-EX	2	одномодовое	1310	40 км
	—	—	1000Base-ZX	2	одномодовое	1550	70 км
10 Гбит/с	IEEE 802.3ae	2003	10GBase-SR	2	мультимодовое	850	300 м
			10GBase-LX4	2	мультимодовое	1275, 1300, 1325, 1350	300 м
				2	одномодовое	1275, 1300, 1325, 1350	10 км
			10GBase-LR	2	одномодовое	1310	10 км
			10GBase-ER	2	одномодовое	1550	40 км
	IEEE 802.3aq	2006	10GBase-LRM	2	мультимодовое	1310	220 м
40 Гбит/с	IEEE 802.3ba	2010	40GBase-SR4	2	мультимодовое	850	100 м
			40GBase-LR4	2	одномодовое	1300	10 км
	IEEE 802.3bg	2011	40GBase-FR	2	одномодовое	1310/1550	2 км
100 Гбит/с	IEEE 802.3ba	2010	100GBase-SR10	2	мультимодовое	850	125 м
			100GBase-LR4	2	одномодовое	1295, 1300, 1305, 1310	10 км
			100GBase-ER4	2	одномодовое	1295, 1300, 1305, 1310	40 км

 

Окна прозрачности оптического одномодового волокна

Подавляющее большинство современного оптического кабеля относится к стандарту SMF G.652 разных версий. Последняя версия стандарта, G.652 (11/16) была выпущена в ноябре 2016 года. Стандарт описывает так называемое стандартное одномодовое волокно.

Передача света по оптическому волокну основана на принципе полного внутреннего отражения на границе сред с разной оптической плотностью. Для реализации данного принципа, волокно делается двух- или многослойным. Светопроводящая сердцевина окружена слоями прозрачных оболочек из материалов с меньшими показателями преломления, благодарю чему на границе слоев и происходит полное отражение.

Оптоволокно, как среда передачи, характеризуется затуханием и дисперсией. Затухание — потеря мощности сигнала при прохождении волокна, выражается в уровне потерь на километр дистанции (дБ/км). Затухание зависит от материала среды передачи и длины волны передатчика. Кривая зависимости спектра поглощения от длины волны содержит несколько пиков с минимальным затуханием. Именно эти точки на графике, называемые также окнами прозрачности или телекоммуникационными окнами, и были выбраны в качестве основы для подбора излучателей.

Выделяют такие шесть окон прозрачности одномодового волокна:

• O-диапазон (Original): 1260-1360 нм;
• E-диапазон (Extended): 1360-1460 нм;
• S-диапазон (Short wavelength): 1460-1530 нм;
• C-диапазон (Conventional): 1530-1565 нм;
• L-диапазон (Long wavelength): 1565-1625 нм;
• U-диапазон (Ultra-long wavelength): 1625-1675 нм.

 

В приближении свойства волокна внутри каждого диапазона можно считать примерно одинаковыми. Пик прозрачности приходится, как правило, на длинноволновый конец E-диапазона. Удельное затухание в O-диапазоне примерно в полтора раза выше, чем в S- и в С-диапазоне, удельная хроматическая дисперсия — наоборот, имеет нулевой минимум на длине волны в 1310 нм и выше нуля в C-диапазоне.

Первоначально, для организации дуплексного соединения при помощи оптического кабеля, использовались пары волокон, отвечающих каждое за свое направление передачи. Это удобно, но расточительно по отношению к ресурсу прокладываемого кабеля. Для нивелирования данной проблемы была разработана технология спектрального уплотнения, или, иначе, волнового мультиплексирования.

Технологии волнового мультиплексирования, WDM/CWDM/DWDM

 WDM

В основе технологии WDM, Wavelength Division Multiplexing, лежит передача нескольких световых потоков с разной длиной света по одному волокну.

Базовая технология WDM допускает создание одного дуплексного соединения, при наиболее часто используемой волной паре 1310/1550 нм, из O- и C-диапазона соответственно. Для реализации технологии используется пара «зеркальных» модулей, один с передатчиком 1550 нм и приемником 1310 нм, второй — наоборот, с передатчиком 1310 нм и приемником 1550 нм.

Разница в длине волны обоих каналов составляет 240 нм, что позволяет различать оба сигнала без использования специальных средств детектирования. Основная используемая пара 1310/1550 позволяет создавать устойчивые соединения на расстояниях до 60 км.

В редких случаях используются также пары 1490/1550, 1510/1570 и прочие варианты из окон прозрачности с меньшим удельным затуханием относительно O-диапазона, что позволяет организовывать более «дальнобойные» соединения. Кроме того, встречается комбинация 1310/1490, когда параллельно с данными на длине волны 1550 нм передается сигнал кабельного телевидения.

 CWDM

Следующим этапом развития стала технология Coarse WDM, CWDM, грубое спектральное мультиплексирование. CWDM позволяет передавать до 18 потоков данных в диапазоне волн от 1270 до 1610 нм с шагом в 20 нм.

CWDM модули в подавляющем большинстве случаев двухволоконные. Существуют BiDi, двунаправленные SFP CWDM модули, прием и передача в которых идет по одному волокну, но в Украине они пока встречаются в продаже довольно редко.

Передатчики (модули) SFP и SFP+ CWDM передают на одной какой-либо длине волны.

Приемник же у таких модулей широкополосный, т. е.принимает сигнал на любой длине волны, что позволяет организовать одиночный дуплексный канал с любыми двумя модулями, сертифицированными на соответствие CWDM. Для одновременного пропуска нескольких каналов, используются пассивные мультиплексоры-демультиплексоры, которые собирают потоки данных от «цветных» SFP-модулей (у каждого из которых передатчик со своей длиной волны) в единый луч для передачи по волокну и разбирают его на индивидуальные потоки в конечной точке. Универсальность приемников обеспечивает большую гибкость в организации сетей.

 DWDM

Последняя на сегодняшний день разработка — Dense WDM (DWDM), плотное спектральное мультиплексирование, позволяет организовать до 24, а в изготовленных на заказ системах — и до 80 дуплексных каналов связи, в диапазоне волн 1528,77-1563,86 нм с шагом 0,79-0,80 нм.

Естественно, чем плотнее размещение каналов, тем более жесткими становятся допуски при изготовлении излучателей. Если для обычных модулей допустимым является погрешность длины волны в пределах 40 нм, для трансиверов WDM такая погрешность снижается до 20-30 нм, для CWDM она составляет уже 6-7 нм, а для DWDM — всего 0,1 нм. Чем меньше допуски, тем дороже обходится производство излучателей.

Тем не менее, несмотря на гораздо более высокую стоимость оборудования, у DWDM есть следующие серьезные преимущества перед CWDM:
1) передача заметно большего количества каналов по одному волокну;
2) передача большего числа каналов на большие дистанции, благодаря тому, что DWDM работает в диапазоне наибольшей прозрачности (1525-1565 нм).

Напоследок следует упомянуть, что, в отличие от исходного стандарта WDM, в CWDM и DWDM каждый индивидуальный канал может доставлять данные на скоростях, как в 1 Гбит/с, так и 10 Гбит/с. В свою очередь, стандарты 40 Гбит и 100 Гбит Ethernet реализуются путем объединения пропускной способности нескольких 10 Гбит каналов.

Что такое OADM модули и WDM-фильтры (делители)?

Несмотря на созвучное название, OADM модуль не является оптическим трансивером, а представляет собой, скорее, оптический фильтр, один из видов мультиплексора.

На рисунке: OADM модуль.

Узлы Optical Add Drop Multiplexor (OADM) используются для отделения потоков данных в промежуточных точках. OADM, иначе Add-Drop модуль, — это оптическое устройство, устанавливаемое в разрыв оптического кабеля и позволяющее отфильтровать из общего луча два потока данных. OADM, как и все мультиплексоры, в отличие от SFP и SFP+ трансиверов — пассивные устройства, благодаря чему они не требуют подвода питания и могут быть установлены в любых условиях, вплоть до самых жестких. Правильно спланированный комплект OADM позволяет обойтись без оконечного мультиплексора и «раздать» потоки данных промежуточным точкам.

Недостатком OADM является снижение мощности и отделяемого, и транзитного сигналов, а значит и максимальной дальности устойчивой передачи. По различным данным, снижение мощности составляет от 1,5 до 2 дБ на каждом Add-Drop.

Еще более упрощенное устройство — WDM-фильтр, позволяет отделить из общего потока только один канал с определенной длиной волны. Таким образом, можно собирать аналоги OADM на основе произвольных пар, что увеличивает гибкость построения сети до максимума.

На рисунке: WDM фильтр (делитель).

WDM-фильтр может использоваться как в сетях с WDM мультиплексированием, так и с CWDM, DWDM уплотнением.
Так же, как и в CWDM, в спецификацию DWDM заложено использование OADM и фильтров.

Multi-source agreements (MSA)

Часто в сопроводительной документации к SFP и SFP+ трансиверов можно увидеть информацию о поддержке MSA. Что это такое?

MSA — промышленные соглашения между производителями модулей, обеспечивающие сквозную совместимость между трансиверами и сетевым оборудованием разных компаний и соответствие всех производимых приемопередатчиков общепринятым стандартам. Установка в оборудовании SFP-портов, соответствующих MSA, расширяет ассортимент совместимых модулей и обеспечивает существование конкурентного рынка для взаимозаменяемых продуктов.

MSA для SFP/SFP+ устанавливают следующие параметры:

1. Механический интерфейс:

• габариты модуля;
• параметры механического соединения коннекторов с платой;
• размещение элементов на печатной плате;
• усилие, необходимое для установки модуля в/извлечение из разъема;
• нормативы маркировки.

 

2. Электрический интерфейс:

• распиновка;
• параметры питания;
• тайминги и сигналы ввода-вывода.

 

3. Программный интерфейс:

• тип микросхемы ППЗУ;
• форматы данных и предустановленные поля прошивок;
• параметры интерфейса управления I2C;
• функции DDM (Digital Diagnostics Monitoring).

 

На сегодняшний день к модулям формата SFP/SFP+ относятся три спецификации MSA, выпущенных комитетом SNIA SFF, соблюдать которые обязалось большинство участников рынка:
SFP — Скачать в формате pdf
SFP+ — Скачать в формате pdf
DDM — Скачать в формате pdf

Модули SFP, SFP+, XFP техническое описание (рус.) Скачать в формате pdf

Оптические модули, трансиверы для ВОЛС

Оптический трансивер (от англ. transceiver = transmitter + receiver) – устройство, состоящее из оптического передатчика и приемника в одном корпусе и используемое для двунаправленной передачи оптического сигнала.

Передатчик трансивера осуществляет преобразование электрического сигнала в оптический для его последующей передачи по оптическому волокну. Основным элементом передатчика является полупроводниковый излучатель: светодиод (многомодовый) или лазер (многомодовый или одномодовый). Приемник содержит фотодиод, который преобразует оптический сигнал, переданный по оптоволокну, обратно в электрический для его последующей обработки. Передатчик и приемник могут иметь отдельные оптические разъемы для передачи сигнала по двум оптическим волокнам или же быть совмещены и иметь один разъем для двунаправленной передачи сигналов по одному волокну на разных длинах волн. В последнем случае трансиверы называют одноволоконными, или двунаправленными (BiDi – Bi-Directional).

Оптические трансиверы, также называемые оптическими модулями, различаются по конструктивному исполнению (форм-фактору). Самые распространенные форм-факторы стандартизированы и описаны в соглашениях MSA (Multi-Source Agreement), разработанных в результате совместных усилий ведущих мировых производителей оптических компонентов. Все трансиверы можно разделить на две группы:

1. модули с выводами для монтажа на плату – SFF, 1×9…;
2. сменные модули с возможностью горячей замены (hot-pluggable), устанавливаемые в порты сетевого оборудования, – SFP, XFP, QSFP, CFP, CXP, GBIC, X2, XENPAK…

Оптические трансиверы также отличаются по скорости работы. Обычно трансиверы оптимизированы для нескольких протоколов передачи данных с близкими скоростями (например, Gigabit Ethernet и 1G Fibre Channel), но существуют модули, работающие в широком диапазоне скоростей (Multi-rate).

 

_________________________

Компания «ЭФО» поставляет широкий ассортимент оптических трансиверов для телекоммуникаций и промышленных применений. Трансиверы наиболее распространенных типов представлены в данном разделе. Возможность поставки модулей других форм-факторов или с другими характеристиками уточняйте у наших специалистов.

Оптические модули, трансиверы – SFP, WDM и прочие по доступным ценам

Оптические трансиверы Optronic, (модули SFP, SFP+, SFP WDM, SFP CWDM, CISCO, XFP, X2, mini GBIC, GBIC, 1х9, 1х9 WDM) – приемо-передающие устройства, связывающие оптические сети с медными сетями передачи данных, сетями Ethernet, путем преобразования передаваемого сигнала из оптического в электрический. Они являются компактными и работают в спарке с широким спектром телекоммуникационного оборудования: коммутаторы, медиаконвертеры, мультиплексоры, и т.д. Выпускаются с оптическими интерфейсами LC либо SC, передача сигналов осуществляется в широком диапазоне длин волн от 850нм до 1610нм (зависит от типа устройства).

Компания «ФТИ-Оптроник» предлагает вашему вниманию широкий выбор оптических трансиверов различных типов: SFP модули, SFP+, WDM, CWDM, XFP, GBIC и пр. Эти устройства устанавливаются в слоты коммуникационного оборудования и являют собой сменные оптические приемопередатчики небольших размеров, предназначенные для преобразования сигналов из оптического вида в электрический, что необходимо при подключении сетевого оборудования (коммутаторов, маршрутизаторов и т.п.) к оптоволоконному или витопарному кабелю связи. Такое оборудование разработано в качестве универсального модуля для разнообразных интерфейсов.

Особенности и характеристики

К основным характеристикам данного оборудования относятся:

• Промышленный стандарт – SFP, XFP, GBIC и т.п.;
• Оптический интерфейс – обычно LC или SC;
• Дальность работы (расстояние) – может составлять до 120 км;
• Длина волны – 850-1610 нм;
• Скорость передачи данных – до 20 Гбит/сек.

В нашем каталоге представлены все типы оптических трансиверов. Мы предлагаем к продаже только качественные модули, полностью совместимые с оборудованием Cisco, HP, Dell Force10, Huawei, D-Link и др. Если у вас есть вопросы, то свяжитесь с нами по телефону или через ICQ, и мы с радостью предоставим вам подробную консультацию и поможем подобрать трансиверы, оптимальные для решения поставленной задачи. Для осуществления покупки оформите заказ на сайте, позвоните или напишите нам. Доставка производится по Москве, СПб, а также всей территории РФ посредством проверенных и надежных транспортных компаний и курьерских служб. Кроме того, наш интернет-магазин предлагает лучшие товары и гарантирует качественные услуги. Воспользуйтесь нашим сервисом и оцените сами.

Мы предлагаем вам лучшие условия:

• Широкий ассортимент;
• Самые низкие цены на оптические трансиверы SFP и др.;
• Высокое качество гарантируется;
• Доставка производится по всей России и в краткие сроки;
• Профессиональная консультация и помощь в подборе;
• Персональный подход к каждому покупателю;
• Скидки, акции, специальные предложения.

Оптические трансиверы Optronic

Вся продукция поставляется в кратчайшие сроки со склада в Санкт-Петербурге. Цены на изделия вы можете посмотреть на страницах описания продукции или уточнить у наших менеджеров, позвонив по телефону 8 (800) 333 04 94.

Если Вы не нашли на этих страницах интересующую Вас модель, заполните форму заказа или напишите письмо на адрес in[email protected] или свяжитесь с консультантами по ICQ.

Оптоволоконные линии связи: неограниченные возможности

Технологический век дал нам много ярких изобретений и открытий, но, по-видимому, именно возможность передачи информации на большие расстояния внесла один из наиболее весомых вкладов в развитие технологий. Носители, по которым передаются данные, прошли долгий путь развития от медной проволоки столетие назад до современных оптоволоконных кабелей. В результате многократно увеличились объемы информации, скорости и расстояния ее передачи, что расширило пределы технологического развития во всех областях.

Современные оптоволоконные кабели из стекла с малыми потерями обеспечивают практически неограниченную полосу пропускания и имеют массу других преимуществ над ранее созданными носителями. Простейшая оптоволоконная система передачи информации между двумя точками состоит из трех основных элементов: оптического передатчика, оптоволоконного кабеля и оптического приемника (рис. 1).

Рис. 1. Схема простейшей оптоволоконной системы передачи информации

Оптический передатчик преобразует аналоговый или цифровой электрический сигнал в соответствующий ему световой сигнал. Источником света может быть либо светодиод, либо твердотельный лазер. Чаще всего используются источники света с длиной волны 850, 1300 и 1550 нанометров.

Оптоволоконный кабель состоит из одного или нескольких стеклянных волокон, которые для света работают как волноводы (световоды). По конструкции оптоволоконный кабель похож на электрический, но содержит специальные элементы для защиты находящихся внутри него световодов. Соединение многокилометровых кабелей выполняется с помощью разъемных и неразъемных оптических соединителей.

Оптический приемник преобразует световой сигнал в копию исходного электрического сигнала. В качестве чувствительного элемента оптического приемника используется либо лавинный фотодиод, либо (чаще) PIN-фотодиод.

Оптоволоконные системы передачи информации — оптические приемник и передатчик, связанные оптоволоконным кабелем — имеют много преимуществ над обычными медными проводами и коаксиальными кабелями:

• они могут передавать значительно большее количество информации при большей достоверности, на большей скорости, на большее расстояние. Оптоволоконные системы очень удобны для передачи последовательных цифровых данных.
• оптоволоконный кабель совершенно не подвержен никаким внешним помехам, включая грозовые разряды, и не проводит электричество. По этой причине он может находиться в прямом контакте с высоковольтным электрооборудованием и силовыми линиями. При использовании оптоволоконных систем не образуются паразитные петли заземления.
• поскольку кабель изготовлен из стекла, он не восприимчив к действию большинства агрессивных химических веществ, вызывающих коррозию. Его, как правило, можно прокладывать непосредственно в грунте и использовать в корродирующей атмосфере на химических производствах.
• носителем информации в оптоволоконных кабелях является свет, и поэтому при повреждении кабеля не возникает никаких искр. Оптоволоконные линии могут использоваться даже в наиболее взрывоопасных атмосферах, они не пожароопасны и не несут опасности поражения электрическим током для ремонтного персонала.
• оптоволоконные кабели не подвержены вредному влиянию природных условий. Их можно прокладывать прямо на телефонных столбах или крепить к ранее проложенным кабелям, не заботясь о внешних наводках.
• даже многожильный оптоволоконный кабель значительно тоньше и легче медных кабелей с такой же пропускной способностью. Оптоволоконный кабель проще прокладывать, он занимает меньше места в кабельных каналах, а часто может прокладываться и вовсе без них.
• оптоволоконные кабели практически идеальны для организации защищенных систем передачи информации. Несанкционированное подключение к ним весьма затруднительно и легко обнаруживается. Оптическое волокно не создает вокруг себя никакого электромагнитного излучения.

Почему оптоволоконные системы обладают этими полезными свойствами? Прочитав эту брошюру и поняв принципы, лежащие в основе оптоволоконной технологии, вы получите ответ на этот вопрос. Каждому из трех компонентов оптоволоконных систем — передатчикам, приемникам и кабелям — посвящен свой раздел.

Оптические передатчики

Оптический передатчик преобразует электрический сигнал в модулированный световой поток, предназначенный для передачи по оптоволокну. В зависимости от типа сигнала могут использоваться различные способы модуляции — включение и выключение света или его плавное изменение между заданными уровнями пропорционально входному сигналу. На рис. 2 эти два основных способа модуляции показаны на графиках зависимости интенсивности света от времени.

Рис. 2. Основные методы модуляции светового потока

Чаще всего в оптических передатчиках в качестве источника света используются светоизлучающие диоды (светодиоды) и полупроводниковые лазеры (лазерные диоды). Для использования в оптоволоконных системах эти устройства изготавливаются в корпусах, позволяющих подвести оптоволокно максимально близко к зоне, излучающей свет. Это необходимо для того, чтобы направить как можно больше света в световод. Иногда излучатель оборудован микроскопической сферической линзой, позволяющей собрать весь свет «до последней капли» и направить его в волокно. В некоторых случаях стеклянная нить присоединяется непосредственно к поверхности излучающего свет кристалла.

Чаще всего в оптических передатчиках в качестве источника света используются светоизлучающие диоды (светодиоды) и полупроводниковые лазеры (лазерные диоды).

У светодиодов площадь излучающего элемента довольно велика, и поэтому они излучают не так эффективно, как лазеры. Однако светодиоды широко используются на линиях связи малой и средней длины. Светодиоды гораздо дешевле лазеров, имеют почти линейную зависимость интенсивности излучения от величины электрического тока, интенсивность их излучения слабо зависит от температуры. Лазеры, напротив, имеют очень малую площадь излучающей поверхности и могут отдавать в оптоволокно гораздо большую мощность, чем светодиоды. Они тоже линейны по току, но очень сильно подвержены влиянию температуры и для достижения необходимой стабильности требуют применения более сложных электронных схем. Поскольку лазеры довольно дороги, они в основном используются там, где требуется передача данных на большие расстояния.

Поскольку лазеры довольно дороги, они в основном используются там, где требуется передача данных на большие расстояния.

Применяемые в оптоволоконной связи светодиоды и лазеры излучают в инфракрасной части спектра электромагнитных волн и поэтому их свет невидим человеческим глазом без применения специальных средств. Длина волны излучения выбрана с учетом максимальной прозрачности материала световодов и наивысшей чувствительности фотодиодов. Наиболее часто используемые сейчас длины волн — 850, 1300 и 1550 нанометров. Для всех трех длин волн выпускаются как светодиоды, так и лазеры.

Как уже было сказано, световой поток светодиодов и лазеров модулируется одним из двух способов: «включено-выключено» или линейным непрерывным изменением интенсивности. На рис. 3 показаны упрощенные схемы, реализующие оба способа модуляции. Для управления излучателем используется транзистор, на базу которого поступает предварительно сформированный цифровой сигнал. Максимальная частота модуляции при этом определяется электронной схемой и свойствами излучателя. Со светодиодами легко достижимы частоты в несколько сотен мегагерц, с лазерами — в тысячи мегагерц. На схеме не показан узел термостабилизации (светодиодам он обычно вообще не требуется).

Линейная модуляция осуществляется с помощью схемы на основе операционного усилителя (рис. 3B). Модулирующий сигнал подается на инвертирующий вход усилителя, постоянное смещение поступает на неинвертирующий вход. Здесь также не показана схема термостабилизации.

Рис. 3. Методы модуляции светового потока светодиодов
и полупроводниковых лазеров

В цифровом сигнале, для передачи которого используется модуляция «включено-выключено», логические уровни могут кодироваться различными способами. В наиболее простом из них логической единице соответствует наличие света, логическому нулю — его отсутствие. Кроме того, применяются широтно-импульсная и частотно-импульсная модуляция. При широтно-импульсной модуляции используется непрерывный поток импульсов, двумя различными длительностями которых кодируются логические уровни сигнала. При частотно-импульсной модуляции все импульсы имеют одинаковую длительность, но частота их следования меняется в зависимости от передаваемого логического уровня.

Рис 4. Различные методы оптической передачи аналоговой
и цифровой информации

В цифровом сигнале, для передачи которого используется модуляция «включено-выключено», логические уровни могут кодироваться различными способами. В наиболее простом из них логической единице соответствует наличие света, логическому нулю — его отсутствие.

Для аналоговой модуляции также существует несколько методов. Простейший из них — линейная модуляция, где интенсивность источника света прямо связана с величиной передаваемого сигнала. В других методах передаваемый сигнал вначале модулирует высокочастотную несущую (а в некоторых случаях и несколько несущих), а затем этот сложный сигнал управляет яркостью источника света.

На рис. 4 показана зависимость интенсивности света от времени для этих методов модуляции.

Частота света (который тоже является электромагнитным излучением) весьма велика — порядка миллионов гигагерц. Полоса частот излучателей света (лазеров и светодиодов) достаточно широка, но, к сожалению, современная технология не дает возможности селективного использования этой полосы, как это делается при передаче информации по радио. В оптическом передатчике происходит включение и выключение всей полосы частот сразу, как это делалось в первых искровых передатчиках на заре эры радио. Со временем ученые преодолеют это препятствие и станет возможной «когерентная передача», что определит дальнейшее развитие оптоволоконной технологии.

Световоды

Ввод света в оптическое волокно

Чем выше мощность излучателя, тем больше света попадает в световод.

После того, как передатчик преобразовал входной электрический сигнал в нужным образом модулированный свет, его необходимо ввести в оптическое волокно. Как уже говорилось, для этого существует два способа: прямое соединение излучающего элемента со световодом, и размещение световода в непосредственной близости от излучателя. При использовании второго способа количество света, которое попадет в оптоволокно, зависит от четырех факторов: интенсивности излучения, площади излучающего элемента, входного угла световода и потерь на отражение и рассеяние. Кратко рассмотрим все эти факторы.

Интенсивность излучения светодиода или лазера зависит от его конструкции и обычно выражается как общая мощность излучения при определенном токе. Иногда эта цифра указывается как реальная мощность, передаваемая в оптоволокно конкретного типа. При прочих равных условиях чем выше мощность излучателя, тем больше света попадает в световод.

Отношение площадей излучающего элемента и сердцевины оптоволокна определяет долю общей мощности, которая попадает в световод — чем меньше это отношение, тем больше света окажется в волокне.

Только тот свет, который вошел в оптоволокно под углом, меньшим или равным входному, будет распространяться по световоду.

Входной угол оптоволокна характеризуют его числовой апертурой (numerical aperture, NA), которая определяется как синус половины входного угла. Типовые значения NA лежат в диапазоне от 0,1 до 0,4, что соответствует входному углу от 11 до 46 градусов. Только тот свет, который вошел в оптоволокно под углом, меньшим или равным входному, будет распространяться по световоду.

Потери. Кроме потерь от загрязнений на поверхности оптоволокна, всегда существуют неизбежные потери интенсивности света, вызванные отражением на входе в световод и выходе из него. Это так называемые френелевские потери (по имени французского физика О. Ж. Френеля), которые составляют примерно 4% общей интенсивности на каждой границе раздела стекло-воздух. При необходимости для снижения этих потерь на соединяемые стеклянные поверхности наносят немного специального оптического геля.

Типы оптического волокна

Сейчас используется два типа оптического волокна: со ступенчатым и плавным изменением показателя преломления вдоль радиуса (профилем). На рис. 5 показано, что свет распространяется по таким световодам по-разному.

Рис 5. Распространение света по оптоволокну со ступенчатым и плавным профилями показателя преломления

Оптоволокно характеризуется толщиной сердцевины и оболочки, которую выражают в микрометрах. Сейчас наиболее распространены три типоразмера оптоволокна общего назначения, хотя существуют и другие типоразмеры для специальных применений. Это многомодовые световоды 50/125 и 62,5/125 мкм и одномодовые 8-10/125 мкм.

Как показано на рисунке, волокно со ступенчатым профилем показателя преломления состоит из сердцевины, изготовленной из стекла с малыми оптическими потерями, окруженной стеклянной оболочкой с более низким показателем преломления. Такое различие показателей преломления заставляет свет отражаться от границы между сердцевиной и оболочкой на всем пути распространения. Оптоволокно с плавным профилем состоит из стекла только одного сорта, но оно обработано так, что его показатель преломления плавно уменьшается от центра к периферии. В результате световод, подобно протяженной линзе, постоянно отклоняет распространяющийся по нему свет к центру.

Оптоволокно характеризуется толщиной сердцевины и оболочки, которую выражают в микрометрах. Сейчас наиболее распространены три типоразмера оптоволокна общего назначения, хотя существуют и другие типоразмеры для специальных применений. Это многомодовые световоды 50/125 и 62,5/125 мкм и одномодовые 8-10/125 мкм. Первые два типоразмера обычно используются вместе со светодиодными излучателями на линиях передачи малой и средней длины. Оптоволокно с сердцевиной 8-10 мкм чаще всего применяется в телекоммуникационных системах большой протяженности совместно с лазерными оптическими передатчиками.

Потери в оптическом волокне

Кроме потерь интенсивности сигнала в соединении излучателя и световода, потери происходят также и при распространении света по оптоволокну. Сердцевина оптического волокна делается из сверхчистого стекла с очень низкими потерями. Стекло должно иметь высочайшую прозрачность, поскольку по изготовленному из него волокну свет должен проходить километры. Давайте посмотрим на обычное оконное стекло. Оно прозрачно, но только потому, что его толщина всего 3-4 мм. Достаточно взглянуть на торец стеклянной пластины и увидеть его зеленую окраску, чтобы понять, как сильно она поглощает свет даже на длине в десяток-другой сантиметров. Легко представить, как же мало света пройдет через стометровую толщу оконного стекла!

Большинство световодов общего назначения дает на длине волны 850 нм потери от 4 до 6 децибел на километр (то есть на одном километре теряется от 60 до 75% света). На длине волны 1300 нм по- тери снижаются до 3-4 дБ/км (50-60%), а на 1550 нм они еще меньше — не является чем-то необычным значение 0,5 дБ/км (10%).

Большинство световодов общего назначения дает на длине волны 850 нм потери от 4 до 6 децибел на километр (то есть на одном километре теряется от 60 до 75% света). На длине волны 1300 нм потери снижаются до 3-4 дБ/км (50-60%), а на 1550 нм они еще меньше — не является чем-то необычным значение 0,5 дБ/км (10%).

Основной причиной потерь является поглощение света неоднородностями и рассеяние на них. Другая причина потерь в оптоволокне — его чрезмерный изгиб, при котором часть света выходит из сердцевины. Во избежание таких потерь радиус изгиба оптоволоконного кабеля при прокладке должен быть не менее 2,5 см (а чаще и еще больше).

Полоса пропускания оптоволокна

Однако полоса пропускания оптоволокна для модулированного сигнала ограничена, и тем сильнее, чем длиннее световод.

Чем меньше мод в излучении, тем шире полоса пропускания оптоволокна.

Перечисленные выше потери не зависят от частоты модуляции, то есть уровень потерь в 3 дБ означает, что до получателя не дойдет 50% света независимо от того, модулирован он сигналом 10 Гц или 100 МГц. Однако полоса пропускания оптоволокна для модулированного сигнала ограничена, и тем сильнее, чем длиннее световод. Причину этого ограничения поясняет рис. 6. Свет, вошедший в оптоволокно под малым углом к его оси (M1) распространяется по более короткому пути, чем тот, который входит под углом, близким к предельному входному (M2). В результате различные лучи, исходящие от одного и того же источника (называемые модами), приходят к даль- нему концу световода не одновременно, что приводит к эффекту размывания — уширению коротких импульсов. Это ограничивает максимальную частоту сигнала, передаваемого по оптоволоконному кабелю. Говоря кратко, чем меньше мод в излучении, тем шире полоса пропускания оптоволокна. Чтобы уменьшить число распространяющихся мод, сердцевину волокна делают тоньше. Одномодовое волокно с диаметром сердцевины от 8 до 10 мкм имеет значительно более широкую полосу пропускания, чем многомодовые волокна с диаметром 50 и 62,5 мкм, по которым может одновременно распространяться большое число мод излучения.

Рис. 6. Полоса частот модуляции, пропускаемых оптоволокном,
ограничивается существованием различных путей распространения света

Типовая полоса пропускания для обычных волоконных световодов составляет несколько мегагерц на километр для волокна с очень большим диаметром сердцевины, несколько сотен мегагерц на километр для стандартного многомодового волокна и тысячи мегагерц для одномодовых оптических волокон. С ростом длины кабеля полоса пропускания пропорционально снижается. Например, кабель, имеющий полосу 500 МГц на длине 1 км, при длине 2 км сможет обеспечить полосу в 250 МГц, а при 5 км — лишь в 100 МГц.

Очень широкая полоса пропускания одномодовых световодов позволяет практически не обращать внимания на их длину. Однако для многомодовых волокон этот фактор важен, поскольку нередко частотный диапазон передаваемых сигналов превосходит полосу пропускания кабелей.

Конструкция оптоволоконного кабеля

Типовая полоса пропускания для обычных волоконных световодов составляет несколько мегагерц на километр для волокна с очень большим диаметром сердцевины, несколько сотен мегагерц на километр для стандартного многомодового волокна и тысячи мегагерц для одномодовых оптических волокон. С ростом длины кабеля полоса пропускания пропорционально снижается.

Оптоволоконные кабели выпускаются разного диаметра и конструкции. Как и в случае коаксиальных, конструкция оптоволоконных кабелей определяется его предназначением. Внешне оптоволоконный кабель похож на коаксиальный. На рис. 7 схематично показано устройство стандартного оптоволоконного кабеля.

Оптоволокно имеет защитное покрытие, предохраняющее его от повреждений в производственном процессе. Оно помещается в облегающую его поливинилхлоридную трубку, где может свободно изгибаться при прокладке вокруг углов стен и в кабельных каналах.

Эта трубка окружена оплеткой из кевлара, принимающей на себя основное механическое усилие, которое действует на кабель при прокладке. Наконец, внешняя оболочка из поливинилхлорида защищает весь кабель и предотвращает проникновение влаги внутрь.

Кабели такой конструкции пригодны для прокладки внутри зданий, где не требуется значительная стойкость к внешним воздействиям. Существуют кабели практически для любого варианта прокладки, например, для прямой укладки в грунт, армированные устойчивой к грызунам внешней оболочкой из стали и сертифицированные UL негорючие кабели для прокладки над фальшпотолками. Выпускаются и многожильные кабели с цветовой кодировкой.

Рис. 7. Устройство стандартного оптоволоконного кабеля

Другие типы световодов

Пластмассовые световоды применяются для передачи данных на очень малые расстояния внутри электронного оборудования совместно с недорогими светодиодами. Одно из стандартных применений таких световодов — оптическая развязка цепей управления в высоковольтных источниках питания.

Еще два типа световодов — кварцевые с сердцевиной очень большого диаметра и целиком изготовленные из пластмассы — обычно не используются в телекоммуникациях. Кварцевые световоды используются для передачи мощных световых потоков, например в лазерной хирургии. Пластмассовые световоды применяются для передачи данных на очень малые расстояния внутри электронного оборудования совместно с недорогими светодиодами. Одно из стандартных применений таких световодов — оптическая развязка цепей управления в высоковольтных источниках питания.

Оптические соединители

С помощью оптических соединителей оптоволоконные кабели подключаются к оборудованию или соединяются между собой. Они похожи на электрические разъемы по функциям и внешнему виду, но требу- ют очень высокой точности изготовления. В оптическом разъемном соединении необходимо прецизионное совмещение и центровка сердцевины обоих волокон. Поскольку их диаметр весьма мал (например, 50 мкм), требования к точности очень высоки: допуск имеет порядок одного микрона.

Сейчас используются оптические разъемы множества различных типов. Разъем SMA, использовавшийся еще до изобретения одномодовых волокон, до недавнего времени оставался наиболее распространенным. На рис. 8 показаны детали конструкции этого разъема.

Рис. 8. Конструкция разъема SMA

Следует иметь в виду, что многомодовые разъемы ST будут корректно работать только с многомодовыми световодами.

Для многомодовых волокон сейчас чаще всего применяется разъем ST, разработанный компанией AT&T. В нем применен байонетный фиксатор, а общие потери меньше, чем в SMA. Подобранная пара разъемов ST обеспечивает уровень потерь менее 1 дБ (20%) и не требует дополнительных направляющих втулок или других подобных элементов. Специальный выступ, не дающий разъему поворачиваться, гарантирует, что при соединении оптические волокна всегда будут устанавливаться в одно и то же положение друг относительно друга, что обеспечивает стабильность характеристик разъемного соединения.

Разъемы ST выпускаются как для многомодовых, так и для одномодовых световодов — основное различие состоит в величине допусков. Следует иметь в виду, что многомодовые разъемы ST будут корректно работать только с многомодовыми световодами. Более дорогие одномодовые разъемы ST можно использовать как с одномодовыми, так и с многомодовыми световодами. Процедуры установки разъемов ST и SMA на кабель сходны и занимают примерно одинаковое время. На рис. 9 показаны основные элементы ставшего промышленным стандартом разъема ST.

Рис. 9. Основные элементы разъема ST

Неразъемные соединения световодов

Хотя для соединения двух световодов можно использовать оптические разъемы, существуют другие методы, обеспечивающие значительно более низкие потери. Два наиболее распространенных — механическое соединение и сварное соединение. Оба обеспечивают уровень потерь от 0,15 до 0,1 дБ (3-2%).

Для механического соединения концы световодов освобождаются от оболочек, их торцы очищаются и точно совмещаются с использованием специального механического приспособления. На место соединения наносится оптический гель, снижающий до минимума потери на отражение. Совмещенные концы световодов удерживаются на месте запорным механизмом.

Оптические приемники

Основная задача оптического приемника — преобразование модулированного светового потока, поступающего из оптоволокна, в копию исходного электрического сигнала, поданного на передатчик.

Основная задача оптического приемника — преобразование модулированного светового потока, поступающего из оптоволокна, в копию исходного электрического сигнала, поданного на передатчик. В качестве детектора в приемнике обычно используется PIN- или лавинный фотодиод, который устанавливается на оптическом соединителе (подобном используемому для источников света). У фотодиодов обычно довольно большой чувствительный элемент (несколько микрометров в диаметре), поэтому требования к точности позиционирования оптического волокна не такие жесткие, как для передатчиков.

Важно использовать приемники только с тем типоразмером волокна, для которого они предназначены, иначе может возникнуть перегрузка усилителя.

Интенсивность излучения, выходящего из оптоволокна, достаточно мала, и в оптических приемниках устанавливаются внутренние усилители с большим коэффициентом усиления. Поэтому важно использовать приемники только с тем типоразмером волокна, для которого они предназначены, иначе может возникнуть перегрузка усилителя. Если, например, пара передатчик-приемник, предназначенная для одномодового оптоволокна, используется с многомодовым, то в приемник поступит слишком много света, что вызовет его насыщение и серьезное искажение выходного сигнала. Аналогично, при использовании одномодового волокна с передатчиком и приемником, рассчитанными на многомодовое, до приемника дойдет мало света, и выходной сигнал будет содержать много шума или вообще не появится. Единственный случай, когда несоответствие приемника и передатчика типу волокна может оказаться полезным — чрезмерные потери в световоде. Тогда дополнительные 5-15 дБ, которые даст замена одномодового волокна на многомодовое, спасут положение и позволят получить работоспособную систему. Однако это экстремальная ситуация, и такое решение не рекомендуется для нормального применения.

Следует помнить, что электронные приемники сигнала, в отличие от оптоволоконного кабеля, восприимчивы к электромагнитным помехам, поэтому при работе с ними следует использовать стандартные меры защиты — экранирование, заземление и т.п.

Как и передатчики, оптические приемники выпускаются в аналоговом и цифровом вариантах. В них обоих используется аналоговый предварительный усилитель, за которым включен аналоговый или цифровой выходной каскад.

На рис. 10 показана функциональная схема простого аналогового оптического приемника. Первый каскад — операционный усилитель, включенный как преобразователь тока в напряжение. Слабый ток, генерируемый фотодиодом, преобразуется здесь в напряжение, амплитуда которого обычно составляет несколько милливольт. В следующем каскаде, представляющим собой простой усилитель напряжения, сигнал усиливается до необходимого уровня.

Функциональная схема цифрового оптического приемника показана на рис. 11. Как и в случае аналогового приемника, первый каскад представляет собой преобразователь тока в напряжение. Его выходной сигнал поступает на компаратор напряжения, который выдает чистый цифровой сигнал с малой длительностью перепадов. Регулятор уровня срабатывания компаратора, если он есть, используется для точной настройки симметрии восстановленного цифрового сигнала.

Часто в приемники для наиболее точного воспроизведения входного сигнала добавляются дополнительные каскады, которые работают как линейные усилители для коаксиальных кабелей, преобразователи протоколов и т.п. Следует помнить, что электронные приемники сигнала, в отличие от оптоволоконного кабеля, восприимчивы к электромагнитным помехам, поэтому при работе с ними следует использовать стандартные меры защиты — экранирование, заземление и т.п.

Рис. 10. Простейший аналоговый оптический приемник

Рис. 11. Простейший цифровой оптический приемник

Разработка оптоволоконной системы

При разработке оптоволоконной системы следует учитывать множество факторов, каждый из которых вносит свой вклад в конечную цель — гарантию того, что в приемник поступит достаточное количество света. Без достижения этой цели система не будет работать правильно. На рис. 12 указаны многие из этих факторов.

Рис. 12. Важнейшие параметры, которые необходимо учитывать
при разработке оптоволоконной системы

При инженерной разработке оптоволоконной системы рекомендуется использовать следующую пошаговую процедуру:

1. Выбор приемника и передатчика, подходящих для того типа сигнала, который необходимо передавать (аналоговый, цифровой, видеосигнал, RS-232, RS-422, RS-485 и т.д.).
2. Определение имеющихся источников питания (переменное напряжение, постоянное напряжение и др.).
3. Определение, при необходимости, специальных требований (например, импедансов, полосы пропускания, специальных разъемов и диаметра волокна и т.п.).
4. Расчет общих потерь в системе (в децибелах): суммирование потерь в кабелях, в разъемных и неразъемных соединениях. Эти характеристики можно получить у производителей электронных устройств и оптоволоконных кабелей.
5. Сравнение полученной цифры потерь с допустимым значением уровня сигнала на входе приемника. Следует подстраховаться, добавив запас как минимум в 3 дБ на всю систему.
6. Проверка соответствия полосы пропускания системы потребностям передачи нужного типа сигнала. Если расчеты покажут, что полоса пропускания окажется недостаточной для передачи сигнала на нужное расстояние, то следует либо выбрать другой приемник и передатчик (другую длину волны), либо рассмотреть возможность использования более дорогого и качественного оптоволоконного кабеля с меньшими потерями.

Контрольный перечень параметров, необходимых для разработки оптоволоконной системы передачи данных

Назначение (краткое описание задачи):
Параметры аналогового сигнала:
Входное напряжение
Входной импеданс
Выходное напряжение
Выходной импеданс
Отношение сигнал/шум
Способ связи (по постоянному или переменному току)
Полоса пропускания
Разъемы
Другие данные
Параметры цифрового сигнала:
Тип интерфейса (RS-232, 422, 485 и т.п.)
Скорость передачи данных
Способ связи (по постоянному или переменному току)
Допустимая частота битовых ошибок
Разъемы
Другие данные
Требования к источнику питания:
Напряжение
Ток
Переменное или постоянное напряжение
Разъемы
Другие данные

Требования к оптоволоконной линии:
Длина линии
Длина волны света
Допустимые потери
Оптические разъемы
Тип оптоволокна
Диаметр оптоволокна
Условия монтажа
Общие требования:
Размер корпуса
Способ монтажа
Характеристики окружающей среды
Диапазон рабочих температур
Диапазон температур хранения
Другие данные
Дополнительные комментарии:

Как выбрать оптический трансивер? Типы оптических модулей

Трансивер (от англ. Transceiver, акроним от слов передатчик — передатчик и приемник — приемник) — это съемный приемо-передатчик, предназначенный для использования в активном сетевом оборудовании такого, как маршрутизаторы, коммутаторы, транспондеры, медиаконвертеры. Оптический трансивер конвертирует передаваемые сигналы из внутренней среды сетевого оборудования в транспортную оптическую или электрическую среду передачи.

Виды трансиверов

Классифицировать трансиверы можно по нескольким характеристикам:

1. Среда передачи
2. Форм-фактор трансивера
3. Скорость передачи
4. Технология передачи

Основным параметром, от которого во многом зависит форм-фактор модуля, его скорость и технология передачи — среда передачи. Существует две среды передачи: оптоволоконная, к которой относятся одномодовые и многомодовые оптические волокна и электрическая, к которой можно отнести витую пару и твинкоаксиальный кабель.

Оптоволоконная среда передачи

Оптическое волокно — среда для передачи световых сигналов. Представляет собой тонкий стеклянный провод (жила). Волокно которого состоит из внутренней сердцевины (ядра), по общему свету и окружающей ее оболочке. Любые дополнительные покрытия являются защитными оболочками для защиты волокон от физического воздействия.

На рисунке видно, что свет, проходящий через сердцевину к оболочке, полностью отражается от границы двух этих средочке.Это явление называется полное внутреннее отражение. Именно за счет этого явления свет может преодолевать большие расстояния по ОВ.

Волокна делятся по типу на два вида:

• Многодовое — это волокно с большим диаметром сердцевины, по которому может идти несколько световых мод. В современных многомодовых волокнах диаметр сердцевины может быть 50 мкм и 62,5 мкм. Диаметр оболочки может составлять 125 или 250 мкм.
• Одномодовое — волокно с малым диаметром сердцевины, по которому может быть распространена только одна световая мода.В одномодовых волокнах диаметр сердцевины современных составляет 9 мкм. Диаметр оболочки может составлять 125 мкм или 250 мкм.

В рамках многомодовых волокон свет может распространяться на расстояние до двух километров. Данный вид оптических волокон используется для локальных подключений, где расстояние между конечными точками не превышает 300 метров. На основе многомодового типа построены трансиверы AOC, а также системы уплотнения SWDM (мультиплексирование с коротковолновым разделением).

Одномодовое волокно более популярно в современных телекоммуникациях, так как пропускные данные на расстояние до 160, а также строить протяженные системы уплотнения DWDM.

Электрическая среда передачи

Электрическая среда передачи — это совокупность телекоммуникационных кабелей, которые используются для передачи информации, металлический проводник / проводники, через который подается электрический ток.

По типу телекоммуникационные кабели делятся на два вида:

• Витая пара — кабель на медной основе, объединяющий в оболочке одну или более пар проводников.Каждый пара представляет собой два перевитых вокруг друг друга медных проводов. В рамках телекома, витой парой часто называют двух парные (восемь жилы) кабеля.
• Твинаксиальный (от англ. Двухосевой) кабель — это коаксиальный кабель с двумя параллельными проводниками, заключенные в общий экран.

заметить, что твинаксиальный кабель практически не встречается трансиверов типа Direct Attach Copper. Кабели из витой пары очень часто встречаются, как в быту — соединения личного компьютера с домашним роутером, так как это самый популярный способ организации локальных низкоскоростных соединений.Примерно в 2016 году широкое распространение получил 10GE Copper — это связано с выходом на рынок трансиверов SFP + 10GE Copper.

О форм-факторах и скоростях передачи в рамках рубрики «Wiki» предлагаем ознакомиться с ними по ссылке, также более подробное описание технологий xWDM.

Изучить принципы работы и особенности трансиверов Медь с прямым подключением можно по ссылке, а трансиверов Активный оптический кабель в данной статье, ссылка.

Как выбрать трансивер?

Необходимость в приобретении оптических трансиверов. Может быть по нескольким причинам:

.

• Замена вышедшего из строя модуля;
• Модернизация существующей линии связи;
• Проектирование новой линии связи.

Если речь идет о замене вышедшего из строя трансивера, то модель подобрать несложно, нужно правильно «прочитать» маркировку сломанного устройства и на основании этого подобрать такую ​​же модель или аналог.Более подробно про маркировку ниже.

При модернизации существующей линии связи выбор необходимых модулей становится значительно сложнее. Для начала необходимо определиться с помощью, что есть в распоряжении и чего хочется добиться в совокупности модернизации.

Самое простое и самое важное с чего стоит начать, это параметры имеющейся трассы, именно затухания по трассе, в идеале на длинах волн 1310 нм и 1550 нм. Зная эти значения, можно сузить спектр подходящего оборудования и выбрать конкретную технологию передачи данных.

Если речь идет о расширении емкости системы уплотнения CWDM или DWDM, необходимо знать «свободные» длины волн в мультиплексоре и трансиверы, с каким оптическим бюджетом работают на этой линии.

В том случае, если модернизация носит глобальный характер, например, переход от 1 Гбит / с к 100 Гбит / с, рекомендуем Вам обратиться в компанию, занимающиеся расчётом и продажей телекоммуникационного оборудования. Эта рекомендация приводит к некорректной работе организованных каналов передачи, которые приводят к некорректной работе организованных ошибок передачи.

Проектирование новой линии связи в принципе не отличается от модернизации уже существующей. Также необходимо изначально обрисовать для себя итоговой результат и уже после этого начинать выбор необходимого оборудования. Совет по передаче расчёта новой трассы специализированным инженерам в данном варианте также актуален.

Маркировка трансиверов

Каждый трансивер заводскую маркировочную этикетку, имеющую в обязательном порядке информацию о марке, модели (артикуле устройства) и серийный номер.Дополнительно на этикетке производитель может связать информацию: о скорости передачи, длине волны передатчика, типе транспортной среды (тип волокна, например), наличие дополнительных функционала, как DDM.

При идентифицировании имеющегося «на руках» приемопередающий, проще всего занести информацию о марке и модели с этикетками трансивера в поисковую интернет-систему и получить полное техническое описание устройства.

В случае, если информация на маркировочной наклейке и включает в себя описание характеристик трансивера, а доступ в интернет отсутствует, можно убедиться идентифицировать трансивер по имеющейся на этикетке информации.

Также достаточно развернутую информацию о модуле можно узнать из диагностических данных получаемых коммутатором из прошивки трансивера. В микрокоде оптического трансивера зависимости следующая информация:

1. Форм-фактор;
2. Тип оптического коннектора;
3. Протокол передачи;
4. Скорость передачи;
5. Дальность передачи;
6. Марка производителя;
7. Модель трансивера;
8. Длина волны передатчика.

Совместимость трансиверов

Часто перед Пользователями встает вопрос: «А будет ли работать новый трансивер уже с имеющимся?». Чтобы утвердительно ответить на этот вопрос, необходимо соблюсти следующие условия:

1. Одинаковая скорость передачи;
2. Одинаковая или парная длина волны передачи;
3. Соответствие среды передачи;
4. коммутатор.

Совместимость по скорости передачи

Как известно, форм-фактор трансивера не влияет на совместимость с техническим аналогом.Например, двухволоконный SFP 1.25 Гбит / с трансивер полностью совместим со своим более старым аналогом двухволоконным GBIC 1.25 Гбит / с трансивером или трансивером WDM SFP + 10 Гбит / с 1270/1330 нм совместим с парным трансивером WDM XFP 10 Гбит / с 1330/1270 нм. Но если в примере выше скорость SFP-трансивера, то пара модулей не заработает (то есть есть двухволоконный модуль SFP 4.25 Гбит / с FiberChannel, не совместимый с двухволоконным GBIC 1.25 Гбит / с модулем). Это происходит из-за несогласованности скоростей передачи, протоколы передачи в данном случае второстепенными.Например, можно взять пару двухволоконных модулей SFP передачи для сетей Ethernet, но скорость одной будет 1,25 Гбит / с (GigabitEthernet), а второй 100 Мбит / с (FastEthernet), такая пара не заработает без дополнительных настроек коммутаторов.

Таким образом, можно резюмировать, что при выборе трансивера необходимо использовать одни и те же скорость передачи и протокол передачи, при этом форм-фактор трансиверов не влияет на их совместимость друг с другом.

Согласованность длин волн

Этот параметр наиболее важен при выборе трансиверов WDM, так как трансиверы работают в парах со строго обозначенными длинами волн приема и передачи, но и для двухволоконных модулей этот параметр так же лучше соблюдать.Разберем для начала длины волны WDM трансиверов. Ниже приведена таблица с длинами волн, скоростью передачи и дальностью передачи. Видно, что для некоторых трансиверов для одной и той же скорости и дальности передачи существуют две разные пары модулей по длине волны, которые несовместимы друг с другом.

Дальность передачи		Тип трансивера
		WDM SFP	WDM SFP +	WDM XFP	WDM SFP28
	3 км	Tx: 1310 / Rx: 1550 нм	Tx: 1270 / Rx: 1330 нм	Tx: 1270 / Rx: 1330 нм
		Tx: 1550 / Rx: 1310 нм	Tx: 1330 / Rx: 1270 нм	Tx: 1330 / Rx: 1270 нм
	3 км	Tx: 1310 / Rx: 1490 нм
		Tx: 1490 / Rx: 1310 нм
	10 км	Tx: 1310 / Rx: 1550 нм	Tx: 1270 / Rx: 1330 нм	Tx: 1270 / Rx: 1330 нм	Tx: 1270 / Rx: 1330 нм
		Tx: 1550 / Rx: 1310 нм	Tx: 1330 / Rx: 1270 нм	Tx: 1330 / Rx: 1270 нм	Tx: 1330 / Rx: 1270 нм
	10 км	Tx: 1310 / Rx: 1490 нм
		Tx: 1490 / Rx: 1310 нм
	20 км	Tx: 1310 / Rx: 1550 нм	Tx: 1270 / Rx: 1330 нм	Tx: 1270 / Rx: 1330 нм
		Tx: 1550 / Rx: 1310 нм	Tx: 1330 / Rx: 1270 нм	Tx: 1330 / Rx: 1270 нм
	20 км	Tx: 1310 / Rx: 1490 нм
		Tx: 1490 / Rx: 1310 нм
	40 км	Tx: 1310 / Rx: 1550 нм	Tx: 1270 / Rx: 1330 нм	Tx: 1270 / Rx: 1330 нм
		Tx: 1550 / Rx: 1310 нм	Tx: 1330 / Rx: 1270 нм	Tx: 1330 / Rx: 1270 нм
	60 км	Tx: 1490 / Rx: 1550 нм	Tx: 1270 / Rx: 1330 нм	Tx: 1270 / Rx: 1330 нм
		Tx: 1550 / Rx: 1490 нм	Tx: 1330 / Rx: 1270 нм	Tx: 1330 / Rx: 1270 нм
	80 км	Tx: 1490 / Rx: 1550 нм	Tx: 1490 / Rx: 1550 нм	Tx: 1490 / Rx: 1550 нм
		Tx: 1550 / Rx: 1490 нм	Tx: 1550 / Rx: 1490 нм	Tx: 1550 / Rx: 1490 нм
	120 км	Tx: 1490 / Rx: 1550 нм
		Tx: 1550 / Rx: 1490 нм
	120 км	Tx: 1510 / Rx: 1570 нм
		Tx: 1570 / Rx: 1510 нм
	140 км	Tx: 1490 / Rx: 1550 нм
		Tx: 1550 / Rx: 1490 нм
	160 км	Tx: 1490 / Rx: 1550 нм
		Tx: 1550 / Rx: 1490 нм

У двухволоконных модулей строгой парности нет, но несоблюдение единой длины волны может вызвать перекосы в оптическом бюджете канала, так как длина волны 1310 нм и 1550 нм имеют разные показатели погонного затухания в оптических волокнах.

Данный пункт в основном касается двухволоконных модулей, так как именно этот тип трансиверов может быть заточен для передачи информации по многомодовому и одномодовому волокну. Остальные виды оптических трансиверов рассчитаны на передачу только по одномодовому волокну.

По многомодовому волокну могут передаваться сигналы из (850 нм) и второго (1310) окон прозрачности, а по одномодовому сигналы из второго (1310 нм) и третьего (1550 нм), то есть общая длина волн для MMF и SMF это 1310 нм .Это значит, что при выборе двухволоконного модуля необходимо не только длину передатчика, но и волокно, которое проходит трансивер.

трансивера активным сетевым оборудованием

После проверки параметров трансиверов необходимо убедиться, что имеющийся у Вас коммутатор совместим и поддерживает выбранный трансивер. Одна из самых банальных ошибок — это перепутать порт SFP с портом SFP +, т.к. Они визуально не отличаются, узнать тип портов можно или по спецификациям на оборудование, или при помощи диагностической команды, которая покажет все порты и тип.

Но есть более сложная вещь — список поддерживаемых трансиверов. Это значит, что даже обладая, к примеру, портами коммутатор SFP + может не поддерживать работу SFP + ZR. Этот список можно получить диагностической командой.

Или изучить техническую спецификацию коммутатора, но в данном случае необходимо помнить, что в зависимости от версии системы поддерживаемых трансиверов может изменяться, таким образом, лучше проверить документацию на операционную систему коммутатора.

Отдельно требуется трансиверы SFP / SFP + Copper и DAC, так как с этими модулями речь зачастую идет о совместимости оборудования. Информацию о поддержке этих трансиверов можно получить из технической документации на сетевое устройство, так как важна поддержка определенного интерфейса, на базе которого построен трансивер.

Это не касается оптических трансиверов в связи с тем, что они в большей своей части строятся в одном интерфейсе, и проблемы с поддержкой и совместимостью в их случае можно отнести к программным ограничениям, которые при необходимости можно решить сменой прошивки трансивер, подробнее про этот процесс по ссылке.

.

Оптические трансиверы SFP и SFP +, часть 2

В прошлой статье мы рассмотрели, что из себя представляют оптические трансиверы форм-фактора SFP и SFP + в общем. В данной же хотели бы подробнее разобрать несколько более тонких моментов.

В том числе остановимся на классификации трансиверов по типу оптического разъема, стандарты и технологии спектрального уплотнения.

Заторцовка кабеля

Оптический кабель для подключения к SFP-модулю должен быть заторцован в коннектор LC (Lucent / Little / Local Connector) или SC (Subscriber / Square / Standard Connector).

Соответственно, модули выпускаются с двумя типами разъемов под кабель: SC и LC.

Здесь нужно отметить, что двухволоконные оптические трансиверы форматов SFP, SFP + практически всегда идут с разъемом LC , так как SC более крупный, и в дуплексный модуль два таких разъема не поместится. Использование SC возможно только в одноволоконных.

SC — один из первых керамических коннекторов, предназначенных для облегчения подключения оптических кабелей к разнообразным устройствам и предохранения кабеля от загрязнения и механических повреждений.Указание микроскопической толщины волоконного оптического кабеля, даже послужить причиной значительного ухудшения качества связи или разрыва соединения.

Коннектор LC был разработан компанией Lucent, как улучшенный вариант SC. Обладает вдвое меньшими габаритами и отщелкивателем, что облегчает обращение с оптическими кабелями в условиях большой плотности подключений / волокон.

В целом, стандарты Ethernet допускают использование как одного, так и второго коннектора, других производителей, все же, устанавливают на своих модулях разъемов под LC.Даже одноволоконные модули SFP WDM, которые стандартно всегда выпускаются с разъемом SC, сейчас есть и с разъемом LC.

Дополнительно об оптических разъемах можно почитать в этой статье.

Стандарты

Оптические трансиверы работают в сетях Ethernet. Для удобства мы свели параметры таковых в таблицу.

Скорость приема-передачи	Стандарт	Год	Стандарт	Кол-во волокон	Тип волокна	Длина волны излучателя, нм	Длина
100 Мбит / с	IEEE 802.3u	1995	100Base-FX	2	многомодовое, полный дуплекс	1310	2 км
				2	многомодовое, полудуплекс при гарантированном обнаружении коллизий	1310	400 м
	TIA / EIA-785-1-2002	2001	100Base-SX	2	многомодовое	850	300 м
	IEEE 802.3ah	2004	100Base-LX10	2	одномодовое	1310	10 км
			100Base-BX10	1	одномодовое	1310/1550	10 км
1 Гбит / с	IEEE 802.3z	1998	1000Base-LX	2	многомодовое	1270-1355	550 м
					одномодовое		5 км
			1000Base-SX	2	мультимодовое	770-860	550 м
	IEEE 802.3ah	2004	1000Base-LX10	2	одномодовое	1270-1355	10 км
			1000Base-BX10	1	одномодовое	1310/1490	10 км
	–	–	1000Base-EX	2	одномодовое	1310	40 км
	–	–	1000Base-ZX	2	одномодовое	1550	70 км
10 Гбит / с	IEEE 802.3ae	2003	10GBase-SR	2	мультимодовое	850	300 м
			10GBase-LX4	2	мультимодовое	1275, 1300, 1325, 1350	300 м
				2	одномодовое	1275, 1300, 1325, 1350	10 км
			10GBase-LR	2	одномодовое	1310	10 км
			10GBase-ER	2	одномодовое	1550	40 км
	IEEE 802.3aq	2006	10GBase-LRM	2	мультимодовое	1310	220 м
40 Гбит / с	IEEE 802.3ba	2010	40GBase-SR4	2	мультимодовое	850	100 м
			40GBase-LR4	2	одномодовое	1300	10 км
	IEEE 802.3bg	2011	40GBase-FR	2	одномодовое	1310/1550	2 км
100 Гбит / с	IEEE 802.3ba	2010	100GBase-SR10	2	мультимодовое	850	125 м
			100GBase-LR4	2	одномодовое	1295, 1300, 1305, 1310	10 км
			100GBase-ER4	2	одномодовое	1295, 1300, 1305, 1310	40 км

Окна прозрачности оптического одномодового волокна

Подавляющее большинство современного оптического кабеля относится к стандарту SMF G.652 разных версий. Последняя версия стандарта, G.652 (11/16) была выпущена в ноябре 2016 года. Стандарт описания так называемое стандартное одномодовое волокно.

Передача света по оптическому волокну основывается на общем принципе внутреннего отражения на границе сред с разной оптической плотностью. Для реализации данного принципа волокно делается двух- или многослойным. Светопроводящая сердцевина окружена слоями прозрачных оболочек из материалов с меньшими показательными преломлениями, благодарю чему за границы слоев и происходит полное отражение.

Оптоволокно, как среда передачи, характеризуется затуханием и дисперсией. Затухание — потеря сигнала при прохождении волокна, выражается на уровне потерь на километр дистанции (дБ / км). Затухание зависит от материала среды и длины волны передатчика. Кривая поглощения от длины волны содержит несколько пиков с минимальным затуханием. Именно эти точки на графике, называемые также окнами прозрачности или телекоммуникационными окнами, были выбраны в качестве основы для подбора излучателей .

Выделяют такие оконные прозрачности одномодового волокна:

• O-диапазон (Оригинал): 1260-1360 нм;
• E-диапазон (Extended): 1360-1460 нм;
• S-диапазон (Короткая длина волны): 1460-1530 нм;
• C-диапазон (Условный): 1530-1565 нм;
• L-диапазон (Длинноволновый): 1565-1625 нм;
• U-диапазон (Сверхдлинноволновый): 1625-1675 нм.

.Пик прозрачности приходится, как правило, на длинноволновый конец E-диапазона. Удельное затухание в O-диапазоне примерно в полтора раза выше, чем в S- и в С-диапазоне, удельная хроматическая дисперсия — наоборот, имеет нулевой минимум на длине волны в 1310 нм и выше нуля в C-диапазоне.

Первоначально, для дуплексного соединения при помощи оптического кабеля, использовались соединительные пары, отвечающие за свое направление передачи. Это удобно, но расточительно по отношению к ресурсу прокладываемого кабеля.Для нивелирования данной проблемы была технология спектрального уплотнения, или, иначе, волнового мультиплексирования.

Технологии волнового мультиплексирования, WDM / CWDM / DWDM

WDM

В основе технологии WDM, Мультиплексирование с разделением по длине волны, представляет собой передачу нескольких световых потоков с разной длиной света по одному волокну.

Базовая технология WDM допускает создание одного дуплексного соединения, при наиболее часто используемой волной паре 1310/1550 нм, из O- и C-диапазона соответственно.Для реализации технологии используется пара «зеркальных» модулей, один с передатчиком 1550 нм и приемником 1310 нм, второй — наоборот, с передатчиком 1310 нм и приемником 1550 нм.

Разница в длине волны обоих каналов составляет 240 нм, что позволяет различать оба сигнала без специальных средств детектирования. Основная используемая пара 1310/1550 позволяет создавать устойчивые соединения на расстояниях до 60 км.

В редких случаях используются также пары 1490/1550, 1510/1570 и прочие варианты из окон прозрачности с меньшим удельным затуханием относительно O-диапазона, что позволяет организовывать более «дальнобойные» соединения.Кроме того, встречается комбинация 1310/1490, когда идет информация на длине волны 1550 нм передается сигнал кабельного телевидения.

CWDM

Следующим этапом развития стала технология Coarse WDM, CWDM, грубое спектральное мультиплексирование. CWDM позволяет передавать до 18 потоков данных в диапазоне волн от 1270 до 1610 нм с шагом в 20 нм.

CWDM модули в подавляющем большинстве случаев двухволоконные.Существуют BiDi, двунаправленные модули SFP CWDM, прием и передача в которых идет по одному волокну, но в Украине они пока встречаются в продаже довольно редко.

Передатчики (модули) SFP и SFP + CWDM передают на какой-либо длине волны.

Приемник же у таких модулей широкополосный, т. е.принимает сигнал на любой длине волны, что позволяет организовать одиночный дуплексный канал с любыми двумя модулями, сертифицированными на соответствие CWDM. Для одновременного пропуска каналов используются пассивные собирающие мультиплексоры-демультиплексоры, которые используют потоки данных от «цветных» модулей SFP (у каждого из которых передатчик со своей длиной волны) в единый луч для передачи по волокну и разбирают его на индивидуальные потоки в конечной точке. .Универсальность приемников большую гибкость в организации сетей.

DWDM

Последняя на сегодняшний день разработка — Dense WDM (DWDM), плотное спектральное мультиплексирование, позволяет организовать до 24, а в изготовленных на заказ системах — и до 80 дуплексных каналов связи, в диапазоне волн 1528,77-1563,86 нм с шагом 0 , 79-0,80 нм.

Естественно, чем плотнее размещение каналов, тем более жесткими допусками при изготовлении излучателей.Для обычных модулей допустимая погрешность длины волны в пределах 40, для трансиверов WDM снижается до 20-30 нм, для CWDM она составляет уже 6-7 нм, а для DWDM — всего 0,1 нм. Чем меньше допуски, тем дороже обходится производство излучателей.

Тем не менее, несмотря на более высокую стоимость оборудования, у DWDM есть следующие серьезные преимущества CWDM:
1) передача заметно большего количества каналов по одному волокну;
2) передача большего числа каналов на большие дистанции, благодаря тому, что DWDM работает в диапазоне наибольшей прозрачности (1525-1565 нм).

Напоследок следует указать, что, в отличие от индивидуального стандарта WDM, в CWDM и DWDM, канал может доставлять данные по скоростям, как в 1 Гбит / с, так и 10 Гбит / с. В свою очередь, стандарты 40 Гбит и 100 Гбит Ethernet реализуются путем объединения пропускной способности нескольких каналов.

Что такое модули OADM и WDM-фильтры (делители)?

Несмотря на созвучное название, модуль OADM не является оптическим трансивером, а представляет собой, скорее, оптический фильтр, один из видов мультиплексора.

На рисунке: модуль OADM.

Узлы Optical Add Drop Multiplexor (OADM) используются для отделения потоков данных в промежуточных точках. OADM, иначе модуль Add-Drop, — это оптическое устройство, устанавливаемое в разрыв оптического кабеля и позволяющее отфильтровать из общего луча два потока данных. OADM, как и все мультиплексоры, в отличие от SFP и SFP + трансиверов — пассивные устройства, благодаря чему они не требуют подвода питания и могут быть установлены в любых условиях, вплоть до самых жестких.Правильно спланированный комплект OADM позволяет обойтись без оконечного мультиплексора и «раздать» потоки данных промежуточным точкам.

Недостатком OADM снижение мощности и отделяемого, и транзитного сигналов, а значит и максимальной дальности устойчивой передачи. По различным данным снижение мощности составляет от 1,5 до 2 дБ на каждого Add-Drop.

Еще более упрощенное устройство — WDM-фильтр, позволяющий отделить из общего потока только один канал длиной волны.Таким образом, можно собирать аналоги OADM на основе произвольных пар, увеличивая гибкость построения сети до максимума.

На рисунке: фильтр WDM (делитель).

WDM-фильтр местная как в сети с WDM мультиплексированием, так и с CWDM, DWDM уплотнением.
Так же, как и в CWDM, в спецификации DWDM заложено использование OADM и фильтров.

Соглашения с несколькими источниками (MSA)

Часто в сопроводительной документации к SFP и SFP + трансиверов можно увидеть информацию о поддержке MSA.Что это такое?

MSA — промышленные соглашения между производителями модулей, проходящие совместную совместимость между трансиверами и сетевым оборудованием разных компаний и соответствие всех производимых приемопередатчиков общепринятым стандартам. Установка в оборудовании SFP-портов, соответствующих MSA, расширяет ассортимент совместимых модулей и обеспечивает конкурентного рынка для взаимозаменяемых продуктов.

MSA для SFP / SFP + устанавливают следующие параметры:

1.Механический интерфейс:

• габариты модуля;
• Параметры механического соединения коннекторов с платой;
• размещение элементов на печатной плате;
• усилие, необходимое для установки модуля в / извлечение из разъема;
• нормативы маркировки.

2. Электрический интерфейс:

• распиновка;
• параметры питания;
• тайминги и сигналы ввода-вывода.

3.Программный интерфейс:

• тип микросхемы ППЗУ;
• форматы данных и предустановленные поля прошивок;
• параметры интерфейса управления I2C;
• функции DDM (мониторинг цифровой диагностики).

На сегодняшний день к модулю формата формата SFP / SFP + входят три спецификации MSA, выпущенные комитетом SNIA SFF, которые обязаны соблюдать большинство участников рынка:
SFP — Скачать в формате pdf
SFP + — Скачать в формате pdf
DDM — Скачать в формате pdf

Модули SFP, SFP +, XFP техническое описание (рус.) Скачать в формате pdf

.

Оптические трансиверы QSFP +

Трансиверы QSFP + — это эффективное решение для организации высокоскоростных соединений, низкое энергопотребление, компактные габариты и плотность портов.
Оптический модуль QSFP + организует 4 независимых полнодуплексных каналов 10Гбит / с, совокупная скорость передачи данных составляет 40Гбит / с.

Приемопередатчики в зависимости от установки оптических разъемов типа Duplex LC или MPO.Оптический разъем типа Duplex LC используется в трансиверах передних данных по одномодовому волокну, в то время как разъем типа MPO используется в трансиверах передающих информацию по многомодовому волокну. В рамках модельного ряда QSFP + так же производятся модель трансивера QSFP + PSM4 (PAM4) — параллельный одномодовый оптический трансивер (трансиверы передающие информацию по одномодовому волокну с оптическим разъемом типа MPO).

Оптические трансиверы QSFP + передача информации по протоколам: 40GBASE Ethernet и OTN OTU3.

Для мониторинга состояния, трансиверы системы цифровой диагностики MDIO (ввод / вывод управляющих данных). Функция MDIO даёт возможность пропускать параметры оптического трансивера. Она в реальном времени способна отображать такие параметры как: подаваемое напряжение, температура трансивера, ток с ущербом, исходящая оптическая мощность Tx, принимаемая оптическая мощность Rx и тд.

Трансиверы QSFP + предназначены для работы при температуре от 0 до 70 ° С — коммерческое исполнение.

ВНЕШНИЙ ВИД

Оптический трансивер QSFP + c MPO разъемом	Оптический трансивер QSFP + c LC Duplex разъемом

ОСОБЕННОСТИ

• Скорость передачи 41,25 Гбит / с (4 независимых каналов FullDuplex 10 Гбит / с)
• Дальность передачи:
  • По многомодовому волокну до 400 м
  • По одномодовому волокну от 2км до 40км
• Поддержка протоколов Ethernet, OTU, InfiniBand
• Соответствие QSFP + MSA

ПРИМЕНЕНИЕ

• MAN и LAN сети
• Сетевое хранилище
• Сети Межсетевое соединение ЦОД

КРАТКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Параметр	Значение
Скорость передачи одного потока, ГБ / с (Ethernet)	10.3
Совокупная скорость передачи, ГБ / с (Ethernet)	100
Скорость передачи одного ГБ / с (OTU4)	11,2
Совокупная скорость передачи, ГБ / с (OTU4)	112
Тип волокна	SMF	MMF
Оптический интерфейс	Дуплекс LC	МПО
Длина волны передачи, нм	1270, 1290, 1310, 1330	850
Напряжение питания, В	3.3
Рабочая температура, ° С	0… 70
Максимальное энергопотребление, Вт	4,5

ГАБАРИТНЫЕ РАЗМЕРЫ

Оптический трансивер QSFP + c LC Duplex, разъем	Оптический трансивер QSFP + c MPO разъемом

.

No related posts.