РАЗНОВИДНОСТИ ОПТИЧЕСКИХ ПЕРЕДАТЧИКОВ

В настоящее время почти любое сетевое оборудование для передачи данных в сетях Ethernet, дающее возможность подключения через оптическое волокно, имеет оптические порты. В них установлены оптические модули. А в модули может подключаться волокно.

Современные оптоволоконные кабели имеют массу других преимуществ над ранее созданными носителями. Простейшая оптоволоконная система передачи информации между двумя точками состоит из оптоволоконного кабеля, оптического передатчика, оптического приемника.

Простейшая оптоволоконная система  представлена на рисунке 1[1].

Рисунок 1. Схема простейшей оптоволоконной системы передачи информации

Поскольку речь в данной статье идёт об оптическом передатчике, стоит разобраться, что же он собой представляет.

Оптический передатчик -  устройство, которое преобразует  электрический сигнал на входе в оптический сигнал на выходе. Он предназначен для передачи по оптической передающей среде. Передатчик представлен на рисунке 2[2].

Рисунок 2. Оптический передатчик

Оптические модули различаются типом технологии, форм-фактором, разъемами и мощностью.

Для начала стоит рассмотреть различия по  форм-факторам. Список представлен ниже:

• GBIC;
• SFP;
• SFP+;
• XFP;
• XENPAK;
• X2.

GigaBit Interface Converter. Данный форм-фактор использовался в 2000-х. Он являлся первым промышленно стандартизованным форматом модулей.

Также он применялся при передачи через многомодовые волокна. В настоящее время из-за своих габаритов он не используется [3].

GBIC – модули представлены на рисунке 3.

Рисунок 3. GBIC –модули 1000Base-LX и 1000Base-T

Small Form-factor Pluggable. Данный форм-фактор, наверное, самый распространенный формат в настоящее время. Он имеет небольшие размеры.

С помощью этого форм-фактора удалось значительно увеличить плотность портов на сетевом оборудовании, благодаря чему стало возможно реализовать до 52 оптических портов на одном приборе. Данный форм-фактор используется для передачи данных на скоростях 100Mbits, 1000Mbits.

SFP – модули представлены на рисунке 4.

Рисунок 4. SFP – модули NSGate SFG-W04/AL-D

Enhanced Small Form-factor Pluggable имеет схожий с SFP размер. В следствие чего стало возможно сделать оборудование с портами, поддерживающими обычные форм-факторы SFP и SFP+. Данные порты работают в режимах 1000Base и 10GBase. Большая длина имеется только у CWDM-модулей из-за радиатора.

 Малые размеры придали некоторые особенности — для дальнобойных модулей бывают случаи слишком сильного нагрева. Поэтому для передачи более чем на 80 км таких модулей пока нет[3].

SFP+ - модуль представлены на рисунке 5.

Рисунок 5. SFP+ модуль WDM

10 Gigabit Small Form Factor Pluggable(XFP). Данный форм-фактор используются для передачи данных на скоростях 10 Gbits.

В отличие от предыдущих,  XFP немного шире, что позволило использовать форм-фактор для «прострела» на большее расстояние по сравнению с SFP+, зато он сильно нагревается.

XFP- модуль представлены на рисунке 6.

Рисунок 6. XFP – модуль OptTech OTXFP-ZR80

XENPAK – это модули, которые используются преимущественно в оборудовании Cisco для передачи данных XENPAK. В настоящее время не так легко найти им применение. Зачастую этот форм-фактор можно встретить в старых линейках маршрутизаторов.

Также такие модули используют для подключения медного провода 10GBase-CX4[3].

XENPAK – модуль представлен на рисунке 7.

Рисунок 7. XENPAK - модуль Cisco XENPAK-10GB-ZR

X2  является развитием модулей формата XENPAK. Довольно часто встречаются разъемы X2, в которые можно установить модуль TwinGig. В TwinGig можно установить пару модулей SF.

Это необходимо, когда  на оборудовании нет 1GE оптических портов. Данный форм-фактор зачастую использует Cisco.

X2 – модуль представлен на рисунке 8.

Рисунок 8. X2 – модуль Cisco X2-10GB-LR

Множество разных стандартов Ethernet принято Комитетом 802.3. Оптические модули поддерживают один из них. В настоящее время распространены следующие типы:

• 100Base-LX — 100 мегабит по волокну на 10км;
• 100Base-T — 100 мегабит по меди на 100 м;
• 1000Base-LX — 1000 мегабит по волокну на 10 км;
• 1000Base-T — 1000 мегабит по меди на 100 м;
• 1000Base-ZX — 1000 мегабит по одномодовому волокну на 70 км;
• 10GBase-LR — 10GE по одномодовому волокну на 10 км;
• 10GBase-ER — 10GE по одномодовому волокну на 40 км[3].

Оптические модули есть и под другие стандарты. В статье перечислены основные типы, используемые в провайдерских сетях.

По какому стандарту будет работать модуль, обычно пишут в названии или спецификации. Но важную роль также играет то, будет ли поддерживать  этот стандарт порт оборудования, куда будет установлен модуль. Эту особенность тоже надо учитывать.

Описанные выше оптические модули передают сигнал в основном на длине волны 1310 нм или 1550 нм на двух волокнах. Они имеют широкополосный фотоприемник и лазер, излучающий на определенной длине.

Но можно использовать уплотнение по длине волны.

 Это позволит использовать меньше волокон для организации нескольких каналов, тем самым увеличивая пропускную способность одного волокна [3].

WDM  модули. Имеют совмещенный приёмо-передатчик и работают в парах. Пара состоит из двух зеркальных модулей, один из которых имеет передатчик с длиной волны 1310нм и приёмник с длиной волны 1550нм. Второй, соответственно, наоборот. Расстояние между каналами составляет порядка 240 нм, благодаря чему не требуются средства детектирования, чтобы их обнаружить. Поэтому два сигнала объединены в одном одномодовом волокне.

Приемник на таких модулях так и остается широкополосным. Бывают как для 1GE, так и для 10GE[3].

В большинстве случаев предпочтительнее использовать WDM-модули для малых расстояний, из-за цены.

WDM - модули представлены на рисунке 9.

Рисунок 9.WDM – модули  различными разъемами для подключения патчкордов LC и SC

CWDM – более современная версия WDM с раздельным приёмником и передатчиком. Каналы передачи – от 1270 нм до 1610 нм: два дополнительных канала и шестнадцать основных. В простонародье эти модули  называют «цветные», они передают сигнал на определенной длине волны. Приёмник у таких модулей широкополосный, а значит, два модуля с любыми длинами волн передачи могут работать в паре. Но для работы в паре такие модули использовать неразумно, вся мощь данной технологии раскрывается при использовании 16-ти модулей с разными длинами волн, подключенными к мультиплексору. На рисунке 10 представлен диапазон каналов CWDM.

Рисунок 10. Диапазон каналов CWDM

 В то же время приемник на них широкополосный. Кроме того, такие оптические модули часто делают для передачи на большие расстояние (до 160 км).

CWDP – модули представлены на рисунке 11.

Рисунок 11. Оптические модули CWDM

DWDM – модули, аналогичные CWDM, но работающие по другой технологии. Основное отличие от CWDM – расширенный диапазон каналов передачи в пределах.  Диапазон находится в пределах от 1528,38 нм до 1622,25 нм.

Данный диапазон делится надвое, образуя диапазон каналов C и L. В диапазоне С 61 канал с шагом 0,82 нм( от 1528,77 нм до 1577,03 нм). В диапазоне L 52 канала с шагом 0,87 нм( от 1577,86 нм до 1622,25 нм). Существуют поддиапазоны H и Q. Каналы поддиапазона H находятся между каналами основного диапазона C. Их тоже 61. Каналы поддиапазона Q находятся между каналами основного диапазона L. Их 52. Получается 113 каналов основного диапазона и 113 каналов дополнительного диапазона[4].

Принцип приёма и передачи данных аналогичен CWDM, с разницей в оборудовании для мультиплексирования/демультиплексирования.

В заключение можно сказать, что в цифровых волоконно-оптических системах передачи (ВОСП) и волоконно-оптических сетях кабельного телевидения (CTV) в качестве несущих информацию сигналов используются инфракрасные световые волны. Источниками и потребителями информации являются информационные системы (ИС), информация в которых представлена в виде электрических сигналов. Поэтому обязательными и неотъемлемыми  элементами ВОСП являются передатчики и приемники светового излучения. Передатчики играют очень важную роль в волоконно – оптических системах передачи.

Список литературы:

1. Оптоволоконные линии связи: неограниченные возможности [Электронный ресурс]. http://www.avclub.pro/articles/audio-video-ot-a-do-ya/optovolokonnye-linii-svyazi-neogranichennye-vozmozhnosti/ (дата обращения: 27.05.18)
2. Оптический передатчик [Электронный ресурс]. https://ru.wikipedia.org/wiki/Оптический_передатчик (дата обращения: 28.05.18)
3. Наглядный обзор оптических передатчиков [Электронный ресурс].http://savepearlharbor.com/?p=188224(дата обращения: 29.05.18)
4. Модули SFP/SFP+. Виды. Принцип действия.[Электронный ресурс]. http://ic-line.ua/wiki/sfp-sfp-plus (дата обращения: 30.05.18).