Полоса пропускания оптического волокна

В многомодовом волокне наиболее важным моментом, который ограничивает расстояние связи, является оптическая полоса пропускания.

Этот термин употребляется немного неправильно и фактически означает способность передавать информацию. Как и со множеством других оптических параметров, существуют значительные различия между общеупотребительными терминами для коаксиальных кабелей и соответствующими им понятиями для оптических кабелей. Теоретическая ширина спектра сигнала, которая может быть передана по волокну, очень высока - порядка 50-300 ГГц на короткие расстояния. В реальности ширина полосы пропускания в системе определяется длиной волны, оптикой, электроникой, коммутационным оборудованием, волокном и длиной участка. На рис. 84 отображена зависимость ширины полосы пропускания в системе от расстояния кабеля в многомодовых и одномодовых волокнах.

Как вы можете увидеть сами, существует значительная разница в ширине полосы пропускания в системе между многомодовыми и одномодовыми волокнами. Многомодовое волокно, как свидетельствует его название, дает возможность проходить нескольким световым модам, что увеличивает хроматическую и модовую дисперсию. Данная дисперсия светового сигнала значительно ограничивает информационную пропускную способность многомодового волокна. Минимальные стандарты производительности отображены в табл. 11.4.

Полезная ширина полосы пропускания на определенной длине кабеля может быть введена через разделение указанного произведения ширины полосы пропускания и расстояния на реальную протяженность в километрах. Следовательно, в кабеле 50/125 мкм длиной 100 м волокна ширина канала составляет (500 МГц*км) / (ОД км) = 5000 МГц.

Рис. 84 Полоса пропускания оптических систем

С другой стороны, 220 м кабель с 62,5/125 мкм будет иметь эффективную ширину полосы пропускания в 727 МГц, что будет серьезной проблемой для Gigabit Ethernet. Проектировщик системы сталкивается со своего рода дилеммой в вопросе вида оптоволоконного кабеля, который идет от розетки к рабочей станции. С одной стороны, многомодовое волокно значительно дешевле и на данный момент поддерживается большим количеством систем рабочих станций/концентраторов.

Одномодовое волокно имеет гораздо более высокую информационную пропускную способность и может находиться в эксплуатации довольно долгое время. Более того, теперь большая часть оптики оборудования в высокоскоростных сетях строится на лазерных диодах, что сводит на нет выгодную стоимость светодиодных источников, которые хорошо совмещаются с многомодовым волокном.

Следовательно, проблема состоит в том, стоит ли проводить на рабочий стол менее дорогой и более распространенный многомодовый оптический кабель либо использовать одномодовый. Одномодовое волокно имеет свои недостатки, но обладает широкой полосой пропускания, что полезно для будущего развития сетей. Но одномодовое волокно на данный момент несовместимо с большинством оборудования.

Ответ состоит в том, что многие понимают, что можно использовать оба вида. Стандарт требует, чтобы в каждой розетке на рабочем месте было как минимум два кабеля, один из которых оптический. Однако он не запрещает использование более чем двух кабелей на рабочем месте. Почти все модульные блоки позволяют иметь как минимум четыре модульных разъема. Следовательно, оптимальным решением проблемы на сегодняшний день и на будущее будет расположение двух медных кабелей и двух оптических кабелей, одного одномодового и одного многомодового, в каждой розетке. Если вы будете использовать новые оптические коннекторы SFF и медные модули категорий 5е или 6, то ваша система сможет работать со множеством компонентов на протяжении долгих лет.

Таблица 11.4 Информационная пропускная способность многомодового оптического волокна

Количество мод	Диаметр основы/оболочки, мкм	Рабочая длина волны, нм	Произведение расстояния и полосы пропускания, МГц/км
Многомодовое	50/125	850	500
Многомодовое	50/125	1300	500
Многомодовое	62,5/125	850	160
Многомодовое	62,5/125	1300	500

Проблема использования лазерного источника VCSEL в многомодовых кабелях

Популярным лазерным источником для высокоскоростных сетей является вертикальный лазер наружного излучения (VCSEL). Этот полупроводниковый диод совмещает высокую пропускную способность с небольшой стоимостью и является идеальным выбором для гигабитных сетей. В одномодовом оптическом кабеле лазерный источник работает безупречно. Его сильно сконцентрированный луч света с легкостью направляется в центр узкой сердцевины одномодового волокна и совершает передачу на одной моде со всеми втекающими плюсами.

Однако, как уже описывалось ранее, большинство оптических кабелей в локальной сети являются многомодовыми. Когда мы использовали светодиодные источники в низкоскоростных технологиях типа 10BaseFL и 100BaseFX, мы требовали, чтобы светодиод нацеливался на передающий конец многомодового волокна, а дальше уже все шло само собой. В этом случае избыточный свет, который не попадал в сердцевину, терялся, но свет, который попадал в нее, распространялся в нем на всех модах (отсюда название «многомодовый»). Метод использования источника света на волокне называется запуском, а применение большего количества света, чем необходимо, - запуском с переполнением.

К сожалению, когда многомодовый кабель создавался, было уделено очень мало внимания небольшим дефектам в сердцевине стекловолокна. Если в волокно запускается много мод, то мелкие нарушения не приносят большого вреда, так как все другие моды (лучи) света проходят внутри просто идеально. В большинстве случаев данные дефекты вызывают лишь небольшое увеличение затухания кабеля. Здесь не о чем беспокоиться, если только не используется лазерный источник.

Помните, что лазер представляет собой очень узкий луч монохроматического света, с шириной спектра 1 мкм для большинства VCSEL, который запускается точно из центральной оси сердцевины волокна. Это значит, что любой даже небольшой дефект может отразить значительное количество лучевой энергии, что вызовет большое затухание. Это может в свою очередь вызывать обрыв связи, если система не способна справляться с потерями дополнительных 2-10 дБ. Более того, минимальные повреждения волокна, которые могут быть вызваны механическими передвижениями и повышениями температур, могут привести к тому, что проблемы со связью будут постоянными.

Существует два решения проблемы VCSEL. Первое состоит в том, чтобы использовать лучшее волокно. Естественно, если вы устанавливаете новый кабель, то это лучший вариант. Вы должны быть уверены, что оптический кабель, используемый вами, подходит для работы с лазером, а также имеет повышенную пропускную способность (произведение пропускной способности на расстояние). Подобное волокно обычно называется gigabit-ready (подходящее для гигабитных скоростей) или совместимым с лазером.

Если у вас есть только многомодовое волокно, вы можете использовать короткий адаптер условного запуска для применения одномодового лазерного источника на многомодовых кабелях. Минус состоит в том, что такой адаптер увеличит стоимость системы на 50-100 долларов. Если вы полагаете, что у вас могут возникнуть проблемы с более старым многомодовым кабелем, то можете продолжать использовать 10BaseSX, так как многие приемопередатчики в этой технологии имеют встроенную настройку моды. Проконсультируйтесь с производителями оборудования на данную тему.