Трансиверы
Трансивер — это устройство, выполняющее двунаправленное преобразование сигналов: электрических в оптические и обратно.
Основные конфигурации трансиверов:
- С двумя оптическими портами (Tx и Rx):
- Tx (Transmitter) — порт для передачи оптического сигнала;
- Rx (Receiver) — порт для приёма оптического сигнала.
Такая конфигурация рассчитана на работу с дуплексным волокном. В этом случае для приёма и передачи используются два отдельных оптических волокна, работающих на одной длине волны.
- С одним оптическим портом:
- Поддерживает двунаправленную передачу (приём и отправку) по одному волокну — так называемое симплексное (одноволоконное) соединение;
- Для разделения сигналов в обоих направлениях применяется технология спектрального уплотнения каналов (WDM — Wavelength Division Multiplexing);
- В каждом направлении используется своя длина волны;
- Внутри трансивера установлен WDMмультиплексор (BOSA — Bidirectional Optical SubAssemblies), который разделяет и объединяет сигналы разных длин волн.
 |  |
|---|
Типы излучателей (лазеров)
На данный момент используется несколько видов излучателей (лазеров):
- FP (Fabry-Perot) — характеризуется средней мощностью, широким спектром, низкой ценой;
- VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) — построен на основе вертикального объемного резонатора, имеет более узкий спектр и низкую цену;
- DFB (Distributed Feed Back) — отличаются повышенными мощностными параметрами с минимумом спектральных составляющих, так как имеет распределенную обратную связь;
- EML (Electroabsorption Modulated Laser) — более дорогостоящее решение с внешним модулятором, которое обеспечивает скорость до 100 Гбит/с на дальности до 80 км; находит применение в системах DWDM.
Дальность передачи
Трансиверы также характеризуются вариативностью дальности передачи сигнала. Важно подбирать трансиверы, соответствующие расстоянию линии (ВОЛС), так как использование передатчика, рассчитанного на 40 км, на коротких расстояниях может привести к повреждению приёмного трансивера изза избыточной мощности излучателя.
- SR (Short Range) — до 300м на длине волны 850нм. Используются для локальных соединений в пределах здания. Это недорогой и очень популярный формат.
- LRM (Long Range Multimode) — до 220м на длине волны 1310нм. Предназначены для работы с многомодовым волокном.
- LR (Long Range) — до 10км на длине волны 1310нм. Применяются для соединений между зданиями или в пределах города. Они работают с одномодовым волокном и обеспечивают стабильную передачу на большие расстояния.
- ER (Extended Range) — до 40км на длине волны 1550нм. Предназначены для работы с одномодовым волокном и используются в сетях со значительным расстоянием (между городами и в крупных корпоративных сетях).
- ZR (Extended Range) — дальность передачи до 80км на длине волны 1 550нм. Самые мощные трансиверы, используются для сверхдальних соединений. Предназначены для магистральных сетей связи.
Волновое уплотнение (мультиплексирование)
Технология WDM (спектральное уплотнение каналов, Wavelength Division Multiplexing) похожа на многополосное шоссе: по одному и тому же оптоволоконному кабелю одновременно передаются сразу несколько световых сигналов — как машины по разным полосам.
Каждый сигнал «едет» на своей длине волны — это позволяет им не мешать друг другу. Чтобы это стало возможным:
- Транспондеры в трансиверах «настраивают» каждый сигнал на свою волну — как если бы машины были разных цветов.
- Мультиплексор собирает все разноцветные лучи в один общий пучок и отправляет его по волокну.
- На другом конце демультиплексор «сортирует» лучи обратно: разделяет общий поток на отдельные сигналы по цветам (длинам волн) и направляет каждый к нужному получателю.
Благодаря WDM можно передавать в разы больше данных без прокладки новых кабелей — просто используя разные «цвета» света в одном волокне.
Технологи мультиплексированиея
В настоящее время используется три основных вида технологии спектрального уплотнения.
WDM (Wavelength Division Multiplexing) – простейшая версия, которая позволяет передавать два независимых световых сигнала с длиной волн 1310 и 1550нм. Используется для двунаправленной связи по одному волокну.
CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing) стала улучшенной версией WDM. С ее помощью можно разделить световой сигнал уже на 18 каналов в диапазоне от 1270 до 1610нм с шагом 20нм.
DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) - современная и широко используемая технология спектрального уплотнения. Расстояние между несущими волнами составляет в основном 0.8−0.4 нм, до 48−96 каналов в одном волокне.
DWDM обеспечивает высокую пропускную способность и применяется в магистральных сетях, где передача идет на большие расстояния и потери должны быть минимальны. Благодаря высокой плотности каналов DWDM эффективно использует ресурсы оптоволокна.
Соединения
Помимо характеристик самого оптоволокна, на качество сигнала влияет и обработка его торцов. При стыковке двух отрезков волокна неизбежно возникают потери из-за воздушной прослойки между ними, а также эффекта самоотражения сигнала обратно. Чтобы минимизировать эти негативные явления, концы волокон шлифуют специальным образом. Существует несколько основных технологий полировки (PC, UPC, APC и SPC), которые обеспечивают плотное соприкосновение волокон и снижают потери сигнала.
Типы полировки
PC (Physical Contact) - это самый простой и старый тип полировки. Торец волокна полируется сферически. У PC-полировки относительно высокие обратные потери (отражение сигнала).
SPC (Super Physical Contact) - улучшенная версия PC-полировки с более гладкой поверхностью и меньшими обратными потерями.
UPC (Ultra Physical Contact) - дальнейшее усовершенствование PC-полировки. UPC еще больше снижает обратные потери за счет обработки поверхности торца и более точной его геометрии. Именно эта технология широко используется в современных ВОЛС.
APC (Angled Physical Contact, угловой контакт) - вид полировки, который выполняется под углом (обычно 8°). Отраженный сигнал практически не возвращается к источнику. Такой вид обработки обеспечивает самые низкие обратные потери, используется в решениях, критичных к отражениям, таких как CATV и аналоговые системы передачи.
Коннекторы (типы разъемов)
Помимо различных вариантов стыковки непосредственно волокна, существует еще несколько видов коннекторов для подключения его к оборудованию. Их достаточно много, некоторые уже устарели, какие-то используются для специфических условий например, где необходима высокая защита от загрязнений. В настоящее время самые распространенные типы коннекторов это LC, FC, SC и ST.
Коннекторы (типы разъемов)
FC (Fiber Connector) один из первых типов. Имеет резьбовое соединение, которое обеспечивает надежную фиксацию. Чаще всего применяется с одномодовым волокном. Из-за сложности установки и обслуживания, использование в современных сетях ограничено. Обеспечивает высокую точность соединения и устойчивость к вибрациям, дороговат.
ST (Straight Tip) имеет байонет-соединение, что позволяет быстро и просто подключать его. В основном используется с многомодовым волокном. На данный момент ST уступает в популярности коннекторам SC и LC. Достоинство - простота установки, а недостатк — меньшая точность соединения и чувствительность к вибрациям.
SC (Standard Connector) коннектор имеет защелкивающееся соединение, которое гарантирует простое и надежное подключение. Используется с одномодовым и многомодовым волокном и является одним из самых популярных коннекторов в современных сетях. Достоинство - простота установки, надежность соединения и низкая стоимость, недостаток - относительно большой размер.
LC (Little Connector) миниатюрный коннектор, имеет защелкивающееся соединение, используется с одно- и многомодовым волокном. Благодаря компактным размерам, низким потерям и высокой плотности портов LC получил широкое распространение, особенно в телекоммуникационном оборудовании и ЦОД. Недостаток – высокая цена (по сравнению с SC).
DAC кабели
Наряду с традиционной схемой подключения ВОЛС, где используются раздельные трансиверы и оптоволокно, существуют кабели с интегрированными трансиверами на концах. Эти решения (DAC и AOC кабели) применяются для организации локальных соединений внутри телекоммуникационных стоек или машинных залов.
DAC (Direct Attach Copper Cable, кабель прямого медного подключения) оконеченный трансиверами форм-факторов SFP+, XFP, SFP28, QSFP и CFPn. Он предназначен для локального двунаправленного обмена. Это не оптоволоконное соединение, но оно играет важную роль в телекоммуникациях. DAC кабели экономичны и часто выигрывают у коротких оптических линий.
Существует также специфическая конфигурация DAC-кабеля, называемая Breakout. В ней высокоскоростной поток данных разделяется на несколько с меньшей скоростью — например, на четыре. В этом примере интерфейсы могут быть сконфигурированы как отдельные логические интерфейсы, так и в режиме агрегации.
AOC кабели
AOC (Active Optical Cable, активный оптический кабель) это многомодовый волоконный кабель с жестко закрепленными оптическими трансиверами на концах. В зависимости от них имеет одну или четыре пары волокон для приема и передачи информации. Длина же AOC кабелей может достигать 400м (в зависимости от конфигурации).
AOC кабели с одной парой волокон называются двухволоконными и рассчитаны для работу на скорости 10 Гбит/с. Соответственно, по первому волокну идет прием сигнала, по второму — передача. Формат используемых трансиверов — SFP+.
AOC кабели с четырьмя парами волокон называются ленточными и рассчитаны для работы на скорости 40 и 100 Гбит/c. Принцип передачи точно такой же, как в двухволоконном кабеле, только здесь уже используются четыре канала. Форматы используемых трансиверов: QSFP+, QSFP28 и др.
Данные кабели используются как альтернатива DAC кабелям и ВОЛС с отдельным трансивером. Разница со вторыми только в том, что здесь волокно соединено не посредством коннекторов (LC, FC и им подобных), а вклеено напрямую в излучатель и фотоприемник. Такой подход способствует более надежному соединению, а также защищает от загрязнений на торцах волокна с портом трансивера.
Для AOC кабелей тоже существует конфигурация Breakout, которая работает аналогично DAC исполнению, где одно оптоволокно разводится на несколько потоков (например QSFP+ 40 Гбит/с на четыре SFP+ 10 Гбит/с).
Примеры использования ВОЛС
