Różnice między światłowodem jednomodowym a wielomodowym dla sieci

W nowoczesnym rozwoju infrastruktury sieciowej kable światłowodowe odgrywają kluczową rolę. Wśród różnych dostępnych typów, światłowód jednomodowy (SMF) i światłowód wielomodowy (MMF) są dwoma najczęściej używanymi opcjami, z których każda służy do odmiennych celów w różnych zastosowaniach. Jednak wielu inżynierów sieciowych i specjalistów IT wciąż uważa różnice między tymi typami światłowodów za mylące. Ten artykuł analizuje ich charakterystykę strukturalną, odległości transmisji, kwestie kosztowe i kodowanie kolorami, aby pomóc specjalistom w wyborze najbardziej odpowiedniego rozwiązania dla ich potrzeb sieciowych.

Zasadniczo, światłowód jednomodowy pozwala na propagację tylko jednego trybu światła przez kabel, podczas gdy światłowód wielomodowy obsługuje wiele jednoczesnych trybów światła. To fundamentalne rozróżnienie tworzy znaczące różnice w średnicy rdzenia, wymaganiach dotyczących długości fali, przepustowości, kolorze płaszcza, odległości transmisji i ogólnej strukturze kosztów.

Światłowód jednomodowy charakteryzuje się znacznie mniejszą średnicą rdzenia w porównaniu do swojego odpowiednika wielomodowego. Typowe rdzenie SMF mierzą około 9 mikrometrów (µm), chociaż istnieją inne specyfikacje. Natomiast rdzenie światłowodu wielomodowego mierzą zazwyczaj 50µm lub 62,5µm. Większa średnica rdzenia zwiększa zdolność zbierania światła przez światłowód wielomodowy, upraszczając procesy połączeń. Oba typy światłowodów zachowują standardową średnicę płaszcza wynoszącą 125µm.

Większa średnica rdzenia skutkuje wyższymi współczynnikami tłumienia dla światłowodu wielomodowego. Wąski rdzeń światłowodu jednomodowego minimalizuje odbicie światła podczas transmisji, znacznie redukując degradację sygnału. Wartości tłumienia porównawcze ilustrują to rozróżnienie:

• światłowód jednomodowy 9/125:
  • Tłumienie 1310nm: 0,36 dB/km
  • Tłumienie 1550nm: 0,22 dB/km
• światłowód wielomodowy 50/125 OM3:
  • Tłumienie 850nm: 3,0 dB/km
  • Tłumienie 1300nm: 1,0 dB/km

Większy rdzeń światłowodu wielomodowego mieści niedrogie źródła światła, takie jak diody LED (diody elektroluminescencyjne) i VCSEL (lasery emitujące powierzchnię z wnęką pionową), które zazwyczaj działają przy długościach fal 850nm i 1300nm. Światłowód jednomodowy wymaga źródeł laserowych lub diod laserowych, powszechnie działających przy długościach fal 1310nm i 1550nm.

Aktualny światłowód wielomodowy OM5 osiąga maksymalną przepustowość 28 000 MHz*km, ograniczoną przez jego wiele trybów światła. Światłowód jednomodowy teoretycznie oferuje nieograniczony potencjał przepustowości, ponieważ transmituje tylko jeden tryb światła.

Zgodnie ze standardami TIA-598C dla zastosowań niemilitarnych, kable jednomodowe zazwyczaj mają żółte płaszcze, podczas gdy kable wielomodowe używają płaszczy pomarańczowych lub aqua. Ta standaryzacja kolorów ułatwia szybką identyfikację podczas instalacji i procedur konserwacyjnych.

Poniższa tabela porównuje odległości transmisji dla różnych prędkości Ethernet dla różnych typów światłowodów:

Koszty transceiverów dla rozwiązań wielomodowych są zazwyczaj dwa do trzech razy niższe niż odpowiedniki jednomodowe. Różnica cenowa rośnie wraz ze wzrostem prędkości transmisji, co ilustruje poniższe porównanie przykładowych cen transceiverów:

Żaden typ światłowodu nie przewyższa uniwersalnie drugiego. Każdy oferuje odrębne zalety w zależności od konkretnych wymagań aplikacji i kwestii kosztowych.

Bezpośrednie mieszanie tych typów światłowodów nie jest zalecane ze względu na niekompatybilne rozmiary rdzeni i charakterystyki transmisji światła, co spowodowałoby znaczną utratę sygnału i potencjalną awarię łącza.

Zasadniczo nie jest to zalecane ze względu na nadmierną utratę światła. Jednak odwrotna konfiguracja czasami działa z odpowiednimi kablami do kondycjonowania trybu lub konwerterami mediów.

Wymagania dotyczące odległości transmisji stanowią główny czynnik decyzyjny. Światłowód wielomodowy wystarcza do większości zastosowań w centrach danych (300-400 m), podczas gdy światłowód jednomodowy sprawdza się w zastosowaniach na duże odległości, obejmujących kilometry. Przyszłe ścieżki aktualizacji i całkowity koszt posiadania powinny również wpływać na wybór.

Systemy światłowodowe jednomodowe dominują w zastosowaniach na duże odległości, takich jak sieci operatorów, sieci metropolitalne i pasywne sieci optyczne. Rozwiązania wielomodowe pozostają powszechne w środowiskach korporacyjnych, centrach danych i sieciach lokalnych, gdzie dominują krótsze odległości. Projektanci sieci muszą dokładnie ocenić wymagania techniczne i czynniki ekonomiczne przy wyborze optymalnego rozwiązania światłowodowego dla ich konkretnej implementacji.