Чем отличается многомод от одномодового оптического кабеля

Разница между многомодовым и одномодовым волокном

Удивить кого-то в наше время оптоволокном у себя в доме, на работе или даже в квартире не так уж легко. Технологии передачи данных через волоконно-оптическую линию связи распространяется с огромной скоростью. Постоянно ведется монтаж, как и новых оптических кабелей, так и модернизация по замене существующих медных кабелей (устаревшая технология DSL), на оптические.

Часто приходится слышать вопросы на тему оптоволоконных линий связи. В этой статье хочу ответить на один из часто задаваемых вопросов о разнице между одномодовыми и многомодовыми оптическими кабелями простыми словами, понятными конечному пользователю.

Так что же такое мода и с чем ее едят? Модами называются типы электромагнитных колебаний, которые распространяются в оптоволокне. Каждая мода имеют свою фазовую и групповую скорость. Под групповой скоростью понимается скорость переноса энергии, а под фазовой скоростью – скорость перемещения фазы волны. Если будем брать пример обычных электромагнитных волн, то там и фазовая и групповая скорости равны скорости света, в оптоволоконном же кабеле скорости разнятся и зависят от частоты колебаний волн, от диаметра волокна, от материалов из которых произведен кабель. Именно из-за этих совокупностей свойств кабеля возникает рассеивание (модовая дисперсия).

Исходя из определения моды, многомодовое (MultiMode MM) оптоволокно позволяет подавать несколько световых сигналов. Одномодовое (SingleMode MM)- позволяет пропустить через себя лишь один сигнал.

Казалось бы многомодовое волокно имеет преимущество перед одномодовым, но это только на первый взгляд. У многомода есть важный недостаток высокая модовая дисперсия.

Диаметр сердечника волокна многомодового кабеля составляет 50 мкм и более. Такая ширина как раз и позволяет подавать несколько мод в одно волокно, но так же и увеличивает вероятность отражения света от внешней поверхности сердечника, что и вызывает затухание сигнала. Соответственно для подачи сигнала на дальние расстояния использование подобного кабеля возможно, только если увеличивать количество ретрансляторов, что значительно удорожает проект. Скорость передачи данных составляет 2,5 Гб/с

У одномодового кабеля, диаметр сердечника составляет 10 мкм и меньше. В волокне с таким диаметром вероятность дисперсии значительно снижается, что позволяет передавать данные на большие расстояния. Одномодовое оптоволокно позволяет передавать данные со скоростью 10 Гб/с. Но в то же время одномодовый кабель и коммутирующее оборудование к нему дороже. Так же сварные стыки у одномода более чувствительны к качеству сварки.

Где и какое волокно лучше применять? Чаще всего многомодовое оптоволокно используется для организации ЛВС (локально-вычислительной сети) и СКС (структурированной кабельной сети) небольших размеров в рамках одного здания или прилегающих строений (около 500 метров). Волоконно-оптические линии связи с одномодовыми волокнами используют для подключения удаленных зданий, например для организации системы видеонаблюдения в рамках района, города или даже магистрали (1000м и более).

Источник

Одномодовый и многомодовый волоконно-оптический кабель: отличия и правила выбора

Волоконно-оптические системы связи ведут свою историю с 1960 года, когда был изобретен первый лазер. При этом само оптическое волокно появилось только 10 лет спустя, и сегодня именно оно является физической основой современного интернета.

Оптические волокна, применяемые для передачи данных, имеют принципиально схожее строение. Светопередающая часть волокна (ядро, сердечник или сердцевина) находится в центре, вокруг него располагается демпфер (который иногда называют оболочкой). Задача демпфера – создать границу раздела сред и не дать излучению покинуть пределы ядра.

И ядро, и демпфер изготавливаются из кварцевого стекла, при этом показатель преломления ядра несколько выше, чем показатель преломления демпфера, чтобы реализовать явление полного внутреннего отражения. Для этого достаточно разницы в сотые доли – например, ядро может иметь показатель преломления n₁=1.468, а демпфер – значение n₂=1.453.

Диаметр ядра одномодовых волокон составляет 9 мкм, многомодовых – 50 или 62.5 мкм, при этом диаметр демпфера у всех волокон одинаков и составляет 125 мкм. Строение световодов в масштабе показано на иллюстрации:

Ступенчатый профиль показателя преломления (step—index fiber)– самый простой для изготовления световодов. Он приемлем для одномодовых волокон, где условно считается, что «мода» (маршрут распространения света в ядре) одна. Однако для многомодовых волокон со ступенчатым показателем преломления характерна высокая дисперсия, вызванная наличием большого количества мод, что приводит к рассеиванию, «расползанию» сигнала, и в итоге ограничивает расстояние, на котором возможна работа приложений. Минимизировать дисперсию мод позволяет градиентный показатель преломления. Для многомодовых систем настоятельно рекомендуется использовать именно волокна с градиентным показателем преломления (graded—index fiber), в которых переход от ядра к демпферу не имеет «ступеньки», а происходит постепенно.

Основной параметр, характеризующий дисперсию и, соответственно, способность волокна поддерживать работу приложений на определенные расстояния – коэффициент широкополосности. В настоящее время многомодовые волокна делятся по этому показателю на четыре класса, от OM1 (которые не рекомендуется применять в новых системах) до наиболее производительного класса OM4.

Класс волокна

Размер ядра/демпфера, мкм

Коэффициент широкополосности,
режим OFL, МГц·км

Примечание

850 нм

1300 нм

OM1

Применяется для расширения ранее установленных систем. Использовать в новых системах не рекомендуется.

OM2

Применяется для поддержки приложений с производительностью до 1 Гбит/с на расстоянии до 550 м.

OM3

Волокно оптимизировано для применения лазерных источников. В режиме RML коэффициент широкополосности на длине волны 850 нм составляет 2000 МГц·км. Волокно применяется для поддержки приложений с производительностью до 10 Гбит/с на расстоянии до 300 м.

OM4

Волокно оптимизировано для применения лазерных источников. В режиме RML коэффициент широкополосности на длине волны 850 нм составляет 4700 МГц·км. Волокно применяется для поддержки приложений с производительностью до 10 Гбит/с на расстоянии до 550 м.

Одномодовые волокна делятся на классы OS1 (обычные световоды, используемые для передачи на длинах волн либо 1310 нм, либо 1550 нм) и OS2, которые можно применять для широкополосной передачи во всем диапазоне от 1310 нм до 1550 нм, поделенном на каналы передачи, или в даже более широком спектре, например, от 1280 до 1625 нм. На начальном этапе выпуска волокна OS2 маркировались обозначением LWP (Low Water Peak), чтобы подчеркнуть, что в них минимизированы пики поглощения между окнами прозрачности. Широкополосная передача в наиболее производительных одномодовых волокнах обеспечивает скорости передачи свыше 10 Гбит/с.

Одномодовый и многомодовый волоконно-оптический кабель: правила выбора

Учитывая описанные характеристики многомодовых и одномодовых волокон, можно привести рекомендации по выбору типа волокна в зависимости от производительности приложения и расстояния, на котором оно должно работать:

для скоростей свыше 10 Гбит/с выбор в пользу одномодового волокна независимо от расстояния

для 10-гигабитных приложений и расстояний свыше 550 м выбор также в пользу одномодового волокна

для 10-гигабитных приложений и расстояний до 550 м также возможно применение многомодового волокна OM4

для 10-гигабитных приложений и расстояний до 300 м также возможно применение многомодового волокна OM3

для 1-гигабитных приложений и расстояний до 600-1100 м возможно применение многомодового волокна OM4

для 1-гигабитных приложений и расстояний до 600-900 м возможно применение многомодового волокна OM3

для 1-гигабитных приложений и расстояний до 550 м возможно применение многомодового волокна OM2

Стоимость оптического световода во многом определяется диаметром ядра, поэтому многомодовый кабель при прочих равных обходится дороже одномодового. При этом активное оборудование для одномодовых систем из-за использования в них мощных лазерных источников (например, лазер Фабри-Перо) стоит существенно дороже активки для многомода, где используются либо относительно недорогие лазеры поверхностного излучения VCSEL либо еще более дешевые светодиодные источники. При оценке стоимости системы необходимо учитывать затраты как на кабельную инфраструктуру, так и на активное оборудование, причем последние могут оказаться существенно больше.

На сегодняшний день сложилась практика выбора оптического кабеля в зависимости от сферы использования. Одномодовое волокно используется:

в морских и трансокеанских кабельных линиях связи;

в наземных магистральных линиях дальней связи;

в провайдерских линиях, линиях связи между городскими узлами, в выделенных оптических каналах большой протяженности, в магистралях к оборудованию операторов мобильной связи;

в системах кабельного телевидения (в первую очередь OS2, широкополосная передача);

в системах GPON с доведением волокна до оптического модема, размещаемого у конечного пользователя;

в СКС в магистралях длиной более 550 м (как правило, между зданиями);

в СКС, обслуживающих центры обработки данных, независимо от расстояния.

Многомодовое волокно в основном используется:

в СКС в магистралях внутри здания (где, как правило, расстояния укладываются в 300 м) и в магистралях между зданиями, если расстояние не превышает 300-550 м;

в горизонтальных сегментах СКС и в системах FTTD (fiber—to—the—desk), где пользователям устанавливаются рабочие станции с многомодовыми оптическими сетевыми картами;

в центрах обработки данных в дополнение к одномодовому волокну;

во всех случаях, где расстояние позволяет применять многомодовые кабели. Хотя сами кабели обходятся дороже, экономия на активном оборудовании покрывает эти затраты.

Можно ожидать, что в ближайшие годы волокно OS2 постепенно вытеснит OS1 (его снимают с производства), а в многомодовых системах исчезнут волокна 62.5/125 мкм, поскольку их полностью вытеснят световоды 50 мкм, вероятно, классов OM3-OM4.

Тестирование одномодовых и многомодовых оптических кабелей

После монтажа все установленные оптические сегменты подлежат тестированию. Только измерения, проведенные специальным оборудованием, позволяют гарантировать характеристики установленных линий и каналов. Для сертификации СКС применяются приборы с квалифицированными источниками излучения на одном конце линии и измерителями на другом. Такое оборудование производят компании Fluke Networks, VIAVI, Psiber; все подобные устройства имеют предустановленные базы допустимых оптических потерь в соответствии с телекоммуникационными стандартами TIA/EIA, ISO/IEC и другими. Более протяженные оптические линии проверяют с помощью оптических рефлектометров, имеющих соответствующий динамический диапазон и разрешающую способность.

На этапе эксплуатации все установленные оптические сегменты требуют бережного обращения и регулярного использования специальных чистящих салфеток, палочек и других средств очистки.

Нередки случаи, когда проложенные кабели повреждают, например, при копке траншей или при выполнении ремонтных работ внутри зданий. В этом случае для поиска места сбоя необходим рефлектометр или другой диагностический прибор, основанный на принципах рефлектометрии и показывающий расстояние до точки сбоя (подобные модели есть у производителей Fluke Networks, EXFO, VIAVI, NOYES (FOD), Greenlee Communication и других).

Встречающиеся на рынке бюджетные модели предназначены в основном для локализации повреждений (плохих сварок, обрывов, макроизгибов и т д). Зачастую они не в состоянии провести детальную диагностику оптической линии, выявить все её неоднородности и профессионально создать отчет. Кроме этого, они менее надежны и долговечны.

Качественное оборудование – напротив надежно, способно диагностировать ВОЛС в мельчайших деталях, составить корректную таблицу событий, сгенерировать редактируемый отчет. Последнее крайне важно для паспортизации оптических линий, потому как иногда встречаются сварные соединения с настолько низкими потерями, что рефлектометр не в состоянии определить такое соединение. Но сварка ведь всё равно есть, и ее необходимо отобразить в отчёте. В этом случае программное обеспечение позволяет принудительно установить на рефлектограмме событие и в ручном режиме измерить потери на нем.

Многие профессиональные приборы также имеют возможность расширения функциональных возможностей за счет добавления опций: видеомикроскопа для инспектирования торцов волокон, источника лазерного излучения и измерителя мощности, оптического телефона и др.

Источник

В чем отличия между одномодовыми и многомодовыми оптическими кабелями

Оптическое волокно характеризуется прекрасными эксплуатационными параметрами. Оно предназначается для скоростной передачи цифровой информации. В структуре любого кабеля присутствует светонесущий элемент, который окружен демпферной оболочкой. Ее главной задачей считается формирование границы сред. Сегодня выделяют одномодовый и многомодовый оптические виды кабеля, имеющие отличия.

Определение одномодового оптического кабеля

Под этим термином понимают способность передачи лишь одной моды – единственного светового несущего сигнала. Такое волокно дополнено сердечником диаметром 10 микрометров и даже меньше. Потому при передаче сигнала возникает меньшая модовая дисперсия. Благодаря этому удается передавать сигнал на значительные дистанции, не пользуясь повторителями. При этом одномодовое оптоволокно и его сопутствующие элементы характеризуются довольно высокой стоимостью.

К главным разновидностям такого кабеля стоит отнести следующие:

• со смещением лучевой дисперсии;
• с ненулевой смещенной дисперсией;
• со смещенным параметром минимальной длины волны.

Одномодовое волокно применяется в таких системах:

• морские кабельные линии связи;
• структурированные кабельные системы, при которых магистрали имеют длину больше 550 метров;
• региональные линии;
• наземные магистрали дальней связи;
• системы GPON с доведением до итогового пользователя;
• системы кабельного телевидения;
• кабельные системы, которые обслуживают центры обработки данных.

Что такое многомодовое волокно

Под этим термином понимают способность передачи ряда независимых световых сигналов – мод. Они отличаются по фазам и длине волн. Но это требует использования сердечника большего диаметра.

По мере увеличения этого показателя повышается вероятность отражения света от поверхности этого элемента. Как следствие, появляется модовая дисперсия. Ее также называют рассеиванием. Как следствие, сокращается дистанция и пропускная способность между повторителями сигнала.

Многомодовое волокно обычно применяется в таких структурах:

• структурированные кабельные системы и магистрали, которые проходят внутри здания;
• горизонтальные элементы кабельных систем;
• центры обработки данных в сочетании с одномодовым волокном.

В чем отличия

Одномодовое волокно отличается от многомодового по целому ряду технических характеристик и параметров.

По диаметру сердечника

Этот параметр одномодового волокна намного меньше, чем этот же показатель у многомодового. Во втором случае он равняется 50 и 62,5 микрометра. Такая ширина дает возможность подавать несколько мод в единственное волокно. Однако при этом она повышает риск отражения светового потока от внешней части сердечника. Это становится причиной рассеивания и ухудшения передачи сигнала.

По длине волны и источнику света

Большой размер сердечника многомодового оптоволокна позволяет использовать в нем доступных световых источников. К ним относятся светодиоды и VCSEL. Они функционируют на длине волны 850 и 1310 нанометров. При этом в одномодовом волоконе, как правило, применяются лазеры. Также могут использоваться лазерные диоды. Они производят свет, который впрыскивается в кабель. Длина волны этого вида оптоволокна составляет 1310 и 1550 нанометров.

По пропускной способности

На размер полосы пропускания многомодового волокна влияет его световой режим. При этом предельная ширина полосы сейчас равняется 28000 мегагерц на километр. Стоит отметить, что теоретически полоса пропускания одномодового волокна считается неограниченной. Потому этот вид волокна способен пропускать 1 световой режим за раз.

По расстоянию

Одномодовое волокно можно применять для работы на внушительные дистанции. При этом многомодовое оптоволокно стоит использовать для коротких интервалов.

Разница в стоимости

Сегодня одномодовое обычно стоит дешевле по сравнению с многомодовым. Однако при этом рекомендуется учитывать и прочие ценовые особенности.

Разводка кабелей

Большая часть волоконно-оптических систем пользуется приемопередатчиками. Они соединяют приемник и передатчик в одном модуле. Для этого применяется оптоволоконная технология для отправки и получения информации по оптической сети.

Оптический модуль

В структуре любого волоконно-оптического кабеля есть так называемые модули. Они представляют собой пластиковые трубки, которые защищают оптические волокна. Такие элементы отличаются по цветам и количеству. Если сравнивать стоимость модулей, нужно сказать, что многомодовые конструкции стоят в 2-3 раза дешевле.

Стоимость системы

Одномодовое волокно обычно настроено на работу на внушительные расстояния. Это требует применения модулей с лазерами, которые функционируют на более длинных волнах. При этом они отличаются более узкой спектральной шириной.

Эти параметры трансивера в комбинации с потребностью в более точном выравнивании и разъемах повышенной прочности для меньших диаметров сердечника существенно повышают стоимость модулей и приводят к высоким расходам на одноканальное оптоволокно.

Методы создания модулей на основе VCSEL, которые оптимизированы для применения многомодовым оптоволокном, проще интегрируются в массивные приборы. Они считаются более дешевыми, если сравнивать с аналогичными одномодовыми устройствами.

Цена за установку

Одномодовое волокно обычно стоит дешевле по сравнению с многомодовым. При создании волоконно-оптической сети по технологии 1G, которую требуется усовершенствовать до 10G и даже выше, экономия на цене волокна для одномодового кабеля обеспечивает снижение затрат на 50 %. При этом многомодовые оптоволокна OM3 или OM4 повышают стоимость для SFP модулей на 35 %.

Стоит учитывать, что расходы на замену многомодового волокна существенно выше. Это особенно актуально для очередности OM1-OM2-OM3-OM4. Сегодня цена одномодового режима падает. Но при потребности в применении соединения 10G до сих пор требуется выбирать многомодовый вариант.

Вывод

Одномодовую кабельную систему рекомендуется применять для приложений передачи информации на значительные расстояния. Ее часто используют в сетях операторов связи MAN и PON. Для многомодовой системы характерен более короткий охват. Ее активно применяют в локальных сетях. Также эту систему используют на предприятиях и в центрах обработки данных. Таким образом, выбирать конкретный вариант рекомендуется с учетом своих потребностей.

Источник