Podroben tehnični vodnik za tehnologijo oddajnikov BiDi

Kaj je oddajnik BiDi

A BiDi oddajnik(okrajšava za dvosmerni oddajnik), znan tudi kot advosmerni SFP modul, jesprejemnik za optična vlaknaki omogočadvosmerna komunikacijačez eno vlakno. Za razliko od tradicionalnih modulov z dvojnimi-optičnimi vlakni,BiDi SFP sprejemnikiuporabite tehnologijo multipleksiranja z delitvijo valovnih dolžin (WDM) za hkraten prenos signalov na različnih valovnih dolžinah znotraj istega vlakna in s tem prihranite vire vlaken. Ta tehnologija je trenutno zelo razširjena vFTTHdostopovna omrežja, medsebojne povezave podatkovnih centrov, kampusna omrežja podjetij in drugi scenariji.
 

Načelo delovanja BiDi SFP modulov

Glavna komponenta aBiDi SFP modulje filter WDM (imenovan tudi duplekser ali diplekser). Ta naprava ločuje in združuje optične signale na različnih valovnih dolžinah, kar omogočadvosmerna komunikacijačez eno vlakno.

Poseben delovni proces: Laser oddajnika ustvari optični signal na določeni valovni dolžini (npr.1310nm vlakna), ki je sklopljen v vlakno skozi filter WDM in oddan. Istočasno se optični signal na drugi valovni dolžini (kot je 1550 nm), prejet iz vlakna, loči s filtrom WDM in pošlje fotodetektorju za pretvorbo v električni signal.

BiDi SFP sprejemnikije treba uporabiti v paru. Če konec A oddaja pri 1310 nm in sprejema pri 1550 nm, mora konec B oddajati pri 1550 nm in sprejemati pri 1310 nm. Nepravilno združevanje valovnih dolžin bo preprečilo vzpostavitev povezave. Pogoste kombinacije valovnih dolžin vključujejo: 1310nm/1490nm, 1310nm/1550nm, 1270nm/1330nm in druge.

Različne kombinacije valovnih dolžin so primerne za različne razdalje prenosa. Kombinacija 1310 nm/1550 nm se običajno uporablja za srednje do dolge-prenose (20-120 km), ker imata ti dve valovni dolžini nižje dušenje v eno-optičnih vlaknih; 1270nm/1330nm se uporablja predvsem za 10G in višje hitrosti uporabe na kratke do srednje razdalje (10-40km).

Notranja struktura BiDi SFP modulov

BiDi SFP moduliv glavnem sestavljen iz naslednjih komponent:

TOSA (optični podsklop-oddajnika): Vsebuje lasersko diodo (LD) in pogonsko vezje, odgovorno za pretvorbo električnih signalov v optične signale pri določeni valovni dolžini. Pogosti laserji vključujejo laserje DFB (razdeljene povratne informacije) in laserje FP (Fabry-Perot). Laserji DFB imajo odlično stabilnost valovne dolžine in so primerni za prenos-na velike razdalje; Laserji FP so stroškovno-učinkoviti in se večinoma uporabljajo za-aplikacije na kratkih razdaljah.

ROSA (optični pod-sklop sprejemnika): Vsebuje fotodetektor (PIN ali APD) in predojačevalno vezje, odgovorno za pretvorbo prejetih optičnih signalov v električne signale. Detektorji PIN se uporabljajo za običajne aplikacije, medtem ko imajo detektorji APD višjo občutljivost in se uporabljajo za prenos-na velike razdalje.

Filter WDM: kritična komponenta modulov BiDi, ki uporablja tehnologijo tank{0}}filterskih filtrov ali tehnologijo rešetk za ločevanje oddajnih in sprejemnih optičnih signalov pri različnih valovnih dolžinah. Zmogljivost filtra neposredno vpliva na specifikacije vstavljene izgube in izolacije modula. Visoko{3}}kakovostni filtri lahko dosežejo izolacijo kanala nad 30 dB, kar zagotavlja, da oddajni in sprejemni signali ne motijo ​​drug drugega.

Vezje in vmesnik: Zagotavlja funkcije upravljanja porabe energije, obdelave signalov in DDM (Digitalni diagnostični nadzor). Skladen s standardi, kot je SFF-8472, omogoča branje parametrov modula, kot so temperatura, napetost in optična moč prek vmesnika I²C.

Celoten modul je pakiran v standardna ohišja SFP, SFP+, QSFP ali druga, zSCozLCSimplex vmesniki na vratih.
 

Prednosti oddajnikov BiDi SFP

Zmanjšana poraba vlaken: Rešitev za prenos z eno-optičnimi vlakni zmanjša uporabo optičnih vlaken za 50 %, kar nudi znatne prednosti pri projektih, kjer so viri optičnih vlaken omejeni ali so stroški kablov visoki. Zlasti v-scenarijih uvedbe v velikem obsegu, kot so metropolitanska omrežja in dostopovna omrežja FTTH, so prihranki pri stroških optičnih vlaken precejšnji. Študija primera podatkovnega centra je pokazala, da je sprejem rešitve BiDi zmanjšal stroške nabave vlaken in gradnje za približno 35 %.

Poenostavljena namestitev kablov: Zmanjša število spajanj vlaken in vrat ODF, kar znižuje kompleksnost konstrukcije in stroške dela. Pri projektih nadgradnje je mogoče v celoti izkoristiti obstoječe-električne vire vlaken brez potrebe po ponovnem ožičenju. To je še posebej pomembno za obstoječe podatkovne centre s tesnim prostorom za opremo in polnimi kabelskimi policami.

Zmanjšana zasedenost prostora: Zasnova z enimi-vrati zmanjša prostor, ki ga zasedajo povezovalne plošče in omarice, zaradi česar je primerna za okolja z visoko-gosto uvedbe. 24-portna povezovalna plošča BiDi lahko upravlja 48 povezav, kar podvoji učinkovitost izkoriščenosti prostora.

Visoka prilagodljivost: Če med nadgradnjami omrežja obstoječi optični viri ne zadostujejo,BiDi vlaknauvedba lahko hitro razširi zmogljivost brez-ponovnega ožičenja velikega obsega. Ta prilagodljivost je zelo dragocena za scenarije, ki zahtevajo visoko neprekinjeno poslovanje.

Vendar pa ima rešitev BiDi tudi omejitve. Prenos z enim-optikom postavlja višje zahteve glede kakovosti vlaken, pri čemer imajo dejavniki, kot sta polmer upogiba in čistoča, večji vpliv na zmogljivost prenosa. Kontaminacija kon-česa vlaken ali pretirano upogibanje lahko poveča preslušavanje med signaloma valovnih dolžin, kar vpliva na stabilnost povezave. Poleg tega med izolacijo napake, za razliko od rešitev z dvojnimi-optičnimi vlakni, kjer je mogoče povezave TX in RX testirati ločeno,BiDi vlaknazahteva celostno oceno, zaradi česar je vzdrževanje nekoliko zahtevnejše.

Moduli BiDi SFP v primerjavi s tradicionalnimi moduli z dvojnimi-optičnimi vlakni

Temeljna razlika medBiDi SFP moduliin tradicionalni optični moduli z dvojnimi- vlakni je v tem, kako uporabljajo fizični prenosni medij.Postavitev dupleksnih vlakenuporablja dve neodvisni vlakni, eno namenjeno prenosu in eno sprejemu, s popolno izolacijo fizične plasti.BiDi oddajnikidoseči dvosmerni prenos po enem vlaknu s tehnologijo multipleksiranja z delitvijo valovnih dolžin.

Obrazec vmesnika
Moduli z dvojnimi-optičnimi vlakni uporabljajo dupleksne vmesnike LC ali SC z dvema vratoma;dvosmerni moduli SFPuporabite preproste vmesnike samo z enimi vrati.

Uporaba v paru
Tradicionalni moduli z dvojnimi-optičnimi vlakni lahko uporabljajo enake module na obeh koncih (kot je 1000BASE-LX na obeh koncih), ker sta njihovi oddajni in sprejemni valovni dolžini enaki.BiDi SFP sprejemnikije treba uporabljati v parih z različnimi kombinacijami valovnih dolžin (kot je 1310 nm TX/1550 nm RX na enem koncu in 1550 nm TX/1310 nm RX na drugem koncu).

Stroškovna perspektiva
BiDi SFP modulcene na enoto so običajno 20 %-40 % višje od primerljivih modulov z dvojnimi-optiki, ker filtri WDM povečajo proizvodne stroške. Pri projektih, ki zahtevajo kabliranje na dolge razdalje ali kjer so viri optičnih vlaken omejeni, pa so skupni stroški (modul + optična vlakna + konstrukcija) lahko nižji.

Zanesljivost
Rešitve z dvojnimi-optičnimi vlakni imajo zaradi fizične izolacije prenosa in sprejema nekoliko močnej{1}}zmožnost zaščite pred motnjami; BiDi rešitve so odvisne od delovanja filtra in imajo strožje zahteve glede kakovosti vlaken. Vendar z izboljšanimi proizvodnimi procesi, modernoBiDi SFP moduliimajo zanesljivost, ki se približuje zanesljivosti modulov z dvojnimi{0}}optičnimi vlakni.

Pomembno je vedeti, da sta "dvosmerno" in "dupleksno" dva različna pojma. Duplex se nanaša na način prenosa podatkov (polni duplex ali pol duplex), medtem koBiDise nanaša na način uporabe fizičnega medija.BiDi SFP sprejemnikiše vedno delujejo v polnem dupleksnem načinu, samo implementirani preko enega samega vlakna.
 

Vrste oddajnikov BiDi

Razvrstitev po hitrosti

1G BiDi SFP: Uporablja se za Gigabit Ethernet in je trenutno najpogosteje uporabljena vrsta modula BiDi. Tipične kombinacije valovnih dolžin so 1310 nm/1490 nm ali 1310 nm/1550 nm, pri čemer razdalje prenosa pokrivajo od 3 do 120 km. Uporablja se predvsem v omrežjih podjetij, kampusnih omrežjih, dostopu FTTH in drugih scenarijih.

10G BiDiSFP+: Uporablja se za 10-gigabitni Ethernet, kombinacije valovnih dolžin so običajno 1270 nm/1330 nm (kratke do srednje razdalje) ali 1490 nm/1550 nm (dolge razdalje). Razdalje prenosa so od 10 km do 80 km. Široka uporaba v povezavah podatkovnih centrov, omrežjih mestnih območij in drugih scenarijih.

25G BiDi SFP28: Uporablja se za 25G Ethernet, ki uporablja ožji razmik valovnih dolžin (kot je 1295nm/1309nm), s prenosnimi razdaljami 10-40km. Uporablja se predvsem za dostop do strežnika in omrežja za shranjevanje v visoko zmogljivih podatkovnih centrih.

40G BiDi QSFP+: uporablja dvojno-zasnovo vlaken, vendar se integriraWDMtehnologijo, pri čemer vsako vlakno prenaša dvosmerni prenos 20 Gbps. Uporablja razpon valovnih dolžin 832-918nm, deluje na večmodnih vlaknih OM3/OM4, z razdaljami prenosa 100-150 metrov. Primerno za medsebojno povezovanje visoke gostote v podatkovnih centrih.

100G BiDi QSFP28: Uporablja modulacijsko tehnologijo PAM4 z eno samo valovno dolžino, ki prenaša 50 Gbps, kar omogoča dvosmerni prenos 100 G po enem samem-načinovnem vlaknu. Prenosne razdalje 10-40 km, ki se uporabljajo za povezave med podatkovnimi centri.

Razvrstitev po tehnologiji valovne dolžine

Standardni BiDi: Uporablja fiksne pare valovnih dolžin, na primer 1310 nm/1550 nm. Nižji stroški in najbolj razširjena uporaba.

CWDM BiDi: uporablja tehnologijo grobega multipleksiranja z delitvijo valovnih dolžin, obseg valovnih dolžin 1270 nm-1610 nm, z razmikom valovnih dolžin 20 nm. Lahko multipleksira več valovnih dolžin na enem vlaknu, kar je primerno za metropolitanska omrežja in prenos na dolge razdalje.

DWDM BiDi: Uporablja tehnologijo multipleksiranja z gosto valovno dolžino z razmikom valovnih dolžin samo 0,8 nm (100 GHz) ali 0,4 nm (50 GHz), skladno s standardi ITU-T G.694.1. Uporablja se za hrbtenična omrežja in prenos na ultra-dolge-razdalje, pri čemer se doseže izjemno visoka izraba spektra vlaken.

Razvrstitev po scenariju uporabe

PON BiDi moduli: Posebej zasnovano za pasivna optična omrežja FTTH/FTTB, kot so EPON, GPON, 10G-EPON itd. Stran OLT in stran ONU uporabljata različne kombinacije valovnih dolžin, pri čemer sta tipični konfiguraciji navzdol 1490 nm/navzgor 1310 nm. Nekateri sistemi PON prekrivajo tudi valovno dolžino 1550 nm za prenos signala CATV.

BiDi moduli podatkovnega centra: Optimizirano za okolja podatkovnih centrov, podpira funkcionalnost DDM, nizko porabo energije in visoko-gostoto uvajanja. Običajne cene so 10G, 25G in 100G.

Nosilni-moduli BiDi: Izpolnjevati zahteve glede zanesljivosti-razreda operaterja, z razponi delovne temperature od -40 stopinj do +85 stopinj, opraviti stroge okoljske preskuse. Uporablja se v zunanjih baznih postajah, vozliščih metropolitanskega omrežja in drugih težkih okoljih.

Industrijski-moduli BiDi: Izboljšana zmožnost proti -motenjem in mehanska trdnost, primerna za industrijsko avtomatizacijo, inteligenten transport in druge scenarije.

Področja uporabe oddajnikov BiDi

FTTH Fiber-do--doma: scenarij primarne uporabe za operaterska širokopasovna dostopovna omrežja.BiDirešitve med OLT in ONU prihranijo 50 % stroškov optičnega distribucijskega omrežja (ODN). Na stotine milijonov uporabnikov FTTH po vsem svetu uporablja tehnologijo BiDi. Podatki navzgor običajno uporabljajo valovno dolžino 1490 nm, podatki navzgor valovno dolžino 1310 nm, nekateri sistemi pa uporabljajo tudi 1550 nm za prenos signala CATV, s čimer dosežejo multipleksiranje treh-valovnih dolžin.

Omrežja podatkovnih centrov: Med-to-rack, tla-to-tla in medsebojna povezava med-kampusom-kampusom. V podatkovnih središčih v oblaku z visoko-gostotoBiDirešitve lahko zmanjšajo uporabo optičnih vlaken za 50 %, kar zmanjša kompleksnost kablov. Zlasti pri projektih nadgradnje, ko obstoječi optični viri ne morejo izpolniti zahtev za nadgradnjo pasovne širine, je BiDi najbolj ekonomična rešitev.10G BiDi SFP+in25G BiDi SFP28so pogosto uporabljeni modeli v podatkovnih centrih.

Enterprise Campus Networks: Navzkrižna-gradnja in navzkrižna-blokovna medomrežna povezava podjetij. V primerjavi z uporabo dvojne količine kablov iz optičnih vlaken,BiDirešitve lahko znatno zmanjšajo stroške in časovne okvire gradnje. Primerno za porazdeljena omrežja v šolah, bolnišnicah, industrijskih parkih in drugih lokacijah.

Varnostni nadzorni sistemi: Veliki projekti nadzora pogosto vključujejo na stotine ali celo tisoče kamer z velikimi delovnimi obremenitvami optičnih kablov.BiDirešitve lahko zmanjšajo fuzijske spoje in vrata ODF za 50 %, s čimer pospešijo napredek pri gradnji in zmanjšajo stopnje napak. Zlasti pri projektih nadgradnje je mogoče v celoti izkoristiti obstoječe vire vlaken z eno-jedrom.

5G Fronthaul/Midhaul omrežja: Prenos podatkov med baznimi postajami mobilne komunikacije in jedrnimi omrežji. Z visoko gostoto baznih postaj 5G in zahtevami glede pasovne širine tehnologija BiDi učinkovito ohranja vire vlaken.10G/25G BiDi modulise široko uporabljajo v omrežjih 5G.

Industrijski ethernet: Scenariji, kot so pametne tovarne, energetski sistemi in nadzor prometa. Industrijska okolja imajo visoke zahteve glede zanesljivosti, vendar pogosto omejen prostor za kable.BiDirešitve zmanjšajo porabo vlaken, hkrati pa zmanjšajo težave s kabliranjem. Industrijski-moduli BiDi imajo široko temperaturno zasnovo in izboljšano zmožnost za-proti motnjam.

Oddajna omrežja: Prenos CATV signala in storitve IPTV. Nekatera oddajna omrežja uporabljajo tehnologijo BiDi za doseganje optične transformacije omrežij HFC, nadgradnjo zmogljivosti omrežja z uporabo obstoječih optičnih virov.

Aplikacije za pametno mesto: IoT scenariji, kot so inteligenten transport, pametna ulična razsvetljava in spremljanje okolja. Te aplikacije imajo običajno razpršene točke uvajanja in velike razdalje, sBiDirešitve, ki znatno zmanjšajo stroške optične infrastrukture.

Pomembno je omeniti, da izbira medBiDiin tradicionalne dual{0}}optične rešitve zahtevajo celovito obravnavo projektnih-specifičnih okoliščin: če so optični viri obilni, razdalje kratke in proračuni obsežni, so lahko dual{2}}optične rešitve preprostejše in zanesljivejše; če so optični viri omejeni, so stroški napeljave visoki in je potrebna hitra uvedba,BiDirešitve ponujajo jasne prednosti.