Одномодовые и многомодовые волоконно-оптические кабели

Растущий спрос на увеличенную ширину полосы частот и высокоскоростные сетевые соединения существенно стимулирует расширение рынка оптоволокна, в особенности одномодового (SMF) и многомодового волокна (MMF). Несмотря на широкое применение этих двух типов оптических кабелей в различных областях, выбор подходящего типа волокна зачастую вызывает затруднения, поскольку различия между ними не всегда очевидны. Сегодня мы детально рассмотрим строение волокна, различия в дальности передачи данных, стоимости и цветовой кодировке, чтобы помочь вам лучше понять особенности одномодового и многомодового волокна.

Сравнение одномодового и многомодового волокна

Определение

Согласно определению моды, многомодовое оптическое волокно (MultiMode MM) — это тип оптического волокна с большим диаметром сердцевины, которое передает световые лучи благодаря эффекту полного внутреннего отражения (в многомодовом волокне со ступенчатым профилем). Одномодовое оптическое волокно (SingleMode MM) имеет сердцевину с диаметром, который примерно в семь-десять раз больше длины волны проходящего по нему света.

Диаметр сердечника

Диаметр сердечника одномодового волокна значительно меньше, чем у многомодового. В многомодовом волокне диаметр сердечника составляет 50 мкм и 62,5 мкм, что позволяет передавать несколько мод, но также увеличивает вероятность отражения света от внешней поверхности сердечника, что вызывает затухание сигнала. У одномодового кабеля диаметр сердечника составляет 10 мкм и меньше, что значительно снижает вероятность дисперсии и позволяет передавать данные на большие расстояния.

Длина волны и источник света

Из-за большого диаметра сердечника многомодового волокна в нем часто используются недорогие источники света, такие как светодиоды (LED) и VCSEL (поверхностно-излучающий лазер с вертикальным резонатором), которые работают на длинах волн 850 нм и 1310 нм. В одномодовом оптоволокне чаще используются лазеры или лазерные диоды для генерации света, вводимого в кабель. Наиболее часто используемые длины волн для одномодового волокна составляют 1310 нм и 1550 нм.

Пропускная способность

Ширина полосы пропускания многомодового волокна ограничена его световым режимом, максимальная ширина полосы составляет 28000 МГц*км для волокна OM5. В то время как ширина полосы пропускания одномодового волокна теоретически не ограничена, что позволяет ему пропускать один световой режим за раз.

Расстояние передачи данных

Одномодовое волокно идеально подходит для передачи данных на большие расстояния, тогда как многомодовое оптическое волокно предназначено для работы на короткие дистанции. Давайте рассмотрим количественные различия в расстоянии передачи данных между одномодовым и многомодовым волокном.

Как видно из таблицы, одномодовое волокно обеспечивает значительно большее расстояние передачи данных по сравнению с многомодовым при скорости передачи от 1G до 10G. Многомодовое волокно типов OM3, OM4 и OM5 поддерживает более высокие скорости передачи данных и чаще применяется для организации локальных вычислительных сетей (ЛВС) и структурированных кабельных систем (СКС) небольших размеров в пределах одного здания или комплекса (около 500 метров). Одномодовые волоконно-оптические линии связи обычно используются для подключения удаленных зданий, например, для организации системы видеонаблюдения в масштабах района, города или даже на магистральных линиях связи (1000 метров и более).

В центрах обработки данных (ЦОД) многомодовое волокно может использоваться наряду с одномодовым, а также в офисах, где оно обеспечивает необходимую пропускную способность на короткие расстояния. Благодаря своим характеристикам, многомодовое волокно идеально подходит для применения в тех случаях, где требования к количеству поворотов, спусков и радиусу изгиба кабеля не столь строги.

Стоимость системы

Одномодовое волокно ориентировано на работу на большие расстояния. Это требует использования специализированных модулей с лазерами, которые функционируют на более длинных волнах и имеют узкую спектральную ширину. Эти характеристики трансиверов, вместе с необходимостью точного выравнивания и использования прочных разъемов для меньших диаметров сердечника, делают такие модули более дорогими и увеличивают общие затраты на одноканальные волоконно-оптические соединения.

Модули, созданные на базе VCSEL, оптимизированные для многомодовых волокон, легче интегрировать в крупные системы и они обходятся дешевле по сравнению с одномодовыми трансиверами. Несмотря на необходимость применения множества волоконно-оптических линий и массивов с несколькими трансиверами, общая стоимость таких систем оказывается ниже, чем у одномодовых, которые применяют одно- или многоканальную работу через симплекс-дуплексное подключение.

Стоимость установки

Хотя первоначальная стоимость одномодового волокна часто выше, чем у многомодового, общие расходы на установку и эксплуатацию могут быть ниже. При проектировании волоконно-оптической сети 1G, с возможностью модернизации до 10G и выше, экономия на стоимости одномодового волокна может достигать значительных сумм. В то время как многомодовые волокна OM3 и OM4 увеличивают затраты на 35% для SFP модулей, замену многомодового волокна также следует учитывать. Замена многомодового волокна на каждом этапе (OM1, OM2, OM3, OM4) может оказаться дороже. 

Сегодня стоимость использования одномодового волокна снижается. Однако для сетей с необходимостью в 10G соединении, многомодовый режим все еще может быть целесообразным вариантом.

Области применения

Применение одномодового и многомодового волокна сильно различается. Клиенты могут выбирать наиболее подходящий вариант в зависимости от специфических нужд и характеристик обоих типов волокна.

Одномодовое волокно находит свое применение в следующих ситуациях:

• Когда нужно проложить кабель на большие расстояния, превышающие 500 метров, например, для магистральных соединений между удаленными узлами.
• В региональных линиях связи, соединениях между городскими узлами, в выделенных оптических каналах на большие расстояния и в магистральных линиях для оборудования операторов мобильной связи.
• В системах GPON (Gigabit Passive Optical Network), доставляющих волокно до конечного пользователя.
• В подводных кабельных линиях связи, обеспечивающих передачу данных на большие расстояния.
• В центрах обработки данных (ЦОД), кампусах и университетах, где требуются высокоскоростные соединения на большие расстояния.

Многомодовое волокно используется в следующих случаях:

• Для передачи данных внутри одного здания между кроссовыми и серверными комнатами на разных этажах или в разных корпусах.
• В магистралях между зданиями, если расстояние не превышает 550 метров.
• В горизонтальных сегментах структурированных кабельных систем (СКС) и в системах FTTD (fiber-to-the-desk), где устанавливаются рабочие станции с многомодовыми оптическими сетевыми картами.
• Для экономии затрат в проектах, где требования к количеству поворотов, спусков и радиусу изгиба кабеля менее строги.
• В центрах обработки данных (ЦОД), где многомодовое волокно используется наряду с одномодовым, а также в офисах, где оно обеспечивает необходимую пропускную способность на короткие расстояния.

Важно также учитывать будущее развитие инфраструктуры при выборе между одномодовым и многомодовым волокном. Если планируется расширение сети или повышение скорости передачи данных в будущем, одномодовое волокно может оказаться более выгодным решением, несмотря на первоначальные затраты.

Вывод

Одномодовое волокно подходит для приложений, требующих передачи данных на длинные расстояния, и широко используется в сетях операторов связи, MAN (Metropolitan Area Network) и PON (Passive Optical Network). Многомодовое волокно имеет более короткий диапазон и широко применяется в корпоративных сетях, центрах обработки данных и локальных сетях. Независимо от того, какой тип волокна вы выбираете, важно учитывать общую стоимость и конкретные потребности вашей сети для обеспечения оптимальной производительности и надежности.