Подробное техническое руководство по технологии BiDi Transceiver

Что такое двунаправленный трансивер

A BiDi-трансивер(сокращение от двунаправленного трансивера), также известный какдвунаправленный SFP-модуль, являетсяоптоволоконный приемопередатчикчто позволяетдвусторонняя связьпо одной пряди волокна. В отличие от традиционных двух-оптических модулей,Трансиверы BiDi SFPиспользовать технологию мультиплексирования с разделением по длине волны (WDM) для одновременной передачи сигналов на разных длинах волн в одном волокне, тем самым экономя ресурсы волокна. В настоящее время эта технология широко применяется вФТТХсети доступа, соединения центров обработки данных, сети кампусов предприятий и другие сценарии.
 

Принцип работы модулей BiDi SFP

Основной компонентМодуль BiDi SFP— это фильтр WDM (также называемый дуплексером или диплексером). Это устройство разделяет и объединяет оптические сигналы на разных длинах волн, позволяядвусторонняя-связьпо одной пряди волокна.

Конкретный рабочий процесс: лазер передатчика генерирует оптический сигнал определенной длины волны (например,волокно 1310 нм), который подается в волокно через фильтр WDM и передается. Одновременно оптический сигнал на другой длине волны (например, 1550 нм), полученный от волокна, отделяется фильтром WDM и отправляется на фотодетектор для преобразования в электрический сигнал.

Трансиверы BiDi SFPнеобходимо использовать парами. Если конец А передает на длине волны 1310 морских миль и принимает на длине волны 1550 морских миль, то конец Б должен передавать на длине волны 1550 морских миль и принимать на длине волны 1310 морских миль. Неправильное сопряжение длин волн помешает установлению связи. Общие комбинации длин волн включают: 1310/1490 нм, 1310/1550 нм, 1270/1330 нм и другие.

Различные комбинации длин волн подходят для разных расстояний передачи. Комбинация 1310 нм/1550 нм обычно используется для передачи на средние и большие-расстояния (20-120 км), поскольку эти две длины волн имеют меньшее затухание в одномодовом волокне; Длина волны 1270/1330 нм в основном используется для сетей 10G и выше на коротких и средних расстояниях (10–40 км).

Внутренняя структура модулей BiDi SFP

Модули BiDi SFPв основном состоят из следующих компонентов:

TOSA (оптический блок передатчика-): Содержит лазерный диод (LD) и схему драйвера, отвечающую за преобразование электрических сигналов в оптические сигналы определенной длины волны. К распространенным лазерам относятся лазеры DFB (с распределенной обратной связью) и лазеры FP (Фабри-Перо). Лазеры DFB обладают превосходной стабильностью длины волны и подходят для передачи на большие-расстояния; Лазеры FP экономически-эффективны и в основном используются на коротких-расстояниях.

ROSA (оптический блок приемника-): Содержит фотодетектор (PIN или APD) и схему предварительного усилителя, отвечающую за преобразование полученных оптических сигналов в электрические сигналы. Детекторы PIN используются для обычных приложений, а детекторы APD имеют более высокую чувствительность и используются для передачи на большие-расстояния.

WDM-фильтр: важнейший компонент модулей BiDi, использующий технологию тонкопленочных фильтров или технологию решеток для разделения передаваемых и принимаемых оптических сигналов на разных длинах волн. Производительность фильтра напрямую влияет на вносимые потери и характеристики изоляции модуля. Высококачественные-фильтры обеспечивают изоляцию каналов более 30 дБ, гарантируя, что сигналы передачи и приема не будут мешать друг другу.

Печатная плата и интерфейс: Обеспечивает управление питанием, обработку сигналов и функции DDM (цифровой диагностический мониторинг). Соответствуя таким стандартам, как SFF-8472, он позволяет считывать параметры модуля, такие как температура, напряжение и оптическая мощность, через интерфейс I²C.

Весь модуль упакован в стандартные корпуса SFP, SFP+, QSFP или другие корпуса сСКилиЛКсимплексные интерфейсы в порту.
 

Преимущества трансиверов BiDi SFP

Снижение использования волокна: решение для передачи по одному-волоконному кабелю сокращает использование оптоволокна на 50 %, что дает значительные преимущества в проектах, где ресурсы оптоволокна ограничены или стоимость прокладки кабеля высока. Экономия затрат на оптоволокне является существенной, особенно в сценариях крупномасштабного-развертывания, таких как городские сети и сети доступа FTTH. Исследование примера центра обработки данных показало, что внедрение решения BiDi снизило затраты на закупку и строительство оптоволокна примерно на 35%.

Упрощенная установка кабелей: Уменьшает количество соединений волокон и портов ODF, снижая сложность конструкции и затраты на рабочую силу. В проектах модернизации существующие одножильные-оптические ресурсы могут быть полностью использованы без необходимости перемонтажа. Это особенно важно для устаревших центров обработки данных с ограниченным пространством для аппаратных помещений и полными кабельными лотками.

Уменьшение занимаемого пространства: конструкция с одним-портом уменьшает пространство, занимаемое патч-панелями и шкафами, что делает ее подходящей для сред с высокой-плотностью развертывания. Патч-панель BiDi с 24 портами может управлять 48 каналами, что удваивает эффективность использования пространства.

Высокая гибкость: Во время обновления сети, если существующих волоконно-оптических ресурсов недостаточно,Биди-волокноразвертывание позволяет быстро расширить емкость без масштабной-перестройки проводки. Такая гибкость очень ценна для сценариев, требующих высокой непрерывности бизнеса.

Однако решение BiDi также имеет ограничения. Передача по одному-волокну предъявляет более высокие требования к качеству волокна, при этом такие факторы, как радиус изгиба и чистота, оказывают большее влияние на производительность передачи. Загрязнение торца-волокна или чрезмерный изгиб могут увеличить перекрестные помехи между сигналами двух длин волн, влияя на стабильность соединения. Кроме того, во время локализации неисправностей, в отличие от решений с двумя-волокнами, в которых каналы TX и RX можно тестировать отдельно,Биди-волокнотребует комплексной оценки, что несколько усложняет обслуживание.

Модули BiDi SFP в сравнении с традиционными двойными-оптоволоконными модулями

Принципиальная разница междуМодули BiDi SFPи традиционных двухволоконных-оптических модулей зависит от того, как они используют физическую среду передачи.Развертывание дуплексного оптоволокнаиспользует два независимых волокна, одно предназначено для передачи, а другое для приема, с полной изоляцией физического уровня.BiDi-трансиверыобеспечить двунаправленную передачу по одному волокну с помощью технологии мультиплексирования с разделением по длине волны.

Форма интерфейса
Двухволоконные-оптические модули используют дуплексные интерфейсы LC или SC с двумя портами;двунаправленные модули SFPиспользуйте симплексные интерфейсы только с одним портом.

Парное использование
Традиционные двухволоконные-оптические модули могут использовать одинаковые модули на обоих концах (например, 1000BASE-LX на обоих концах), поскольку их длины волн передачи и приема одинаковы.Трансиверы BiDi SFPдолжны использоваться парами с различными комбинациями длин волн (например, 1310 нм TX/1550 нм RX на одном конце и 1550 нм TX/1310 нм RX на другом).

Перспектива затрат
Модуль BiDi SFPцены за единицу обычно на 20 %-40 % выше, чем у сопоставимых двух-волоконных модулей, поскольку фильтры WDM увеличивают производственные затраты. Однако в проектах, требующих прокладки кабелей на большие расстояния или где ресурсы оптоволокна ограничены, общая стоимость (модуль + волокно + конструкция) может быть ниже.

Надежность
Решения с двумя-волокнами обладают несколько более высокой защитой от-помех благодаря физической изоляции передачи и приема; Решения BiDi зависят от характеристик фильтра и предъявляют более строгие требования к качеству волокна. Однако, благодаря усовершенствованным производственным процессам, современныеМодули BiDi SFPимеют надежность, приближающуюся к надежности двух-оптических модулей.

Важно отметить, что «двунаправленный» и «дуплексный» — это два разных понятия. Дуплекс относится к методу передачи данных (полный дуплекс или полудуплекс), аБидиотносится к методу использования физического носителя.Трансиверы BiDi SFPпо-прежнему работают в полнодуплексном режиме, просто реализованном по одному волокну.
 

Типы трансиверов BiDi

Классификация по скорости

1G двунаправленный SFP: используется для Gigabit Ethernet и в настоящее время является наиболее широко используемым типом модуля BiDi. Типичные комбинации длин волн составляют 1310/1490 нм или 1310/1550 нм, при этом дальность передачи составляет от 3 до 120 км. В основном применяется в корпоративных сетях, кампусных сетях, доступе FTTH и других сценариях.

10G двунаправленныйSFP+: используется для 10 Gigabit Ethernet, комбинации длин волн обычно составляют 1270 нм/1330 нм (на малом и среднем расстоянии) или 1490 нм/1550 нм (на большом расстоянии). Дальность передачи варьируется от 10 до 80 км. Широко применяется в межсетевых соединениях центров обработки данных, городских сетях и других сценариях.

25G двунаправленный SFP28: используется для Ethernet 25G с более узким расстоянием между длинами волн (например, 1295 нм/1309 нм) и дальностью передачи 10-40 км. В основном используется для доступа к серверам и сетей хранения данных в высокопроизводительных центрах обработки данных.

40G двунаправленный QSFP+: используется конструкция с двумя-волокнами, но интегрируетсяВДМТехнология, при которой каждое волокно обеспечивает двунаправленную передачу 20 Гбит/с. Использует диапазон длин волн 832-918 нм, работает по многомодовому волокну OM3/OM4, с дальностью передачи 100–150 метров. Подходит для высокоплотных соединений в центрах обработки данных.

100G двунаправленный QSFP28: используется технология модуляции PAM4 со скоростью 50 Гбит/с на одной длине волны, обеспечивающая двунаправленную передачу 100 Гбит/с по одному одномодовому волокну. Расстояние передачи 10-40 км, используется для соединений между центрами обработки данных.

Классификация по технологии длины волны

Стандартное двунаправленное письмо: Используются пары фиксированных длин волн, например 1310 нм/1550 нм. Более низкая стоимость и наиболее широкое применение.

CWDM БиДи: используется технология грубого мультиплексирования с разделением по длине волны, диапазон длин волн 1270 нм-1610 нм, расстояние между длинами волн 20 нм. Может мультиплексировать несколько длин волн по одному волокну, что подходит для городских сетей и передачи на большие расстояния.

DWDM двунаправленное письмо: используется технология плотного мультиплексирования с разделением по длине волны с расстоянием между длинами волн всего 0,8 нм (100 ГГц) или 0,4 нм (50 ГГц), соответствующая стандартам ITU-T G.694.1. Используется для магистральных сетей и передачи на сверх-дальние-расстояния, обеспечивая чрезвычайно высокую степень использования спектра оптоволокна.

Классификация по сценарию применения

Модули PON BiDi: Специально разработан для пассивных оптических сетей FTTH/FTTB, таких как EPON, GPON, 10G-EPON и т. д. Сторона OLT и сторона ONU используют разные комбинации длин волн, при этом типичные конфигурации: нисходящая 1490 нм и восходящая 1310 нм. Некоторые системы PON также используют длину волны 1550 нм для передачи сигнала кабельного телевидения.

Модули BiDi для центров обработки данных: оптимизирован для сред центров обработки данных, поддерживает функции DDM, низкое энергопотребление и высокую-плотность развертывания. Обычные скорости: 10G, 25G и 100G.

Модули BiDi оператора-класса: Соответствует требованиям к надежности операторского-класса, работает в диапазоне рабочих температур от -40 до +85 градусов и проходит строгие экологические испытания. Используется в наружных базовых станциях, узлах городской сети и других суровых условиях.

Модули BiDi промышленного-класса: повышенная защита от-помех и механическая прочность, подходят для промышленной автоматизации, интеллектуального транспорта и других сценариев.

Области применения трансиверов BiDi

Оптоволокно FTTH-к--дому: основной сценарий применения для сетей широкополосного доступа оператора связи.Бидирешения между OLT и ONU экономят 50% затрат на оптические распределительные сети (ODN). Сотни миллионов пользователей FTTH по всему миру используют технологию BiDi. Для передачи данных в нисходящем направлении обычно используется длина волны 1490 нм, в восходящих данных используется длина волны 1310 нм, а некоторые системы также используют длину волны 1550 нм для передачи сигнала кабельного телевидения, обеспечивая мультиплексирование трех-длин волн.

Сети центров обработки данных: соединение стойки-к-стойке, этажа-к-этажу и соединения-кампуса с-кампусом. В облачных центрах обработки данных с высокой-плотностьюБидирешения могут сократить использование оптоволокна на 50 %, уменьшив сложность прокладки кабелей. BiDi является наиболее экономичным решением, особенно в проектах модернизации, когда существующие оптоволоконные ресурсы не могут удовлетворить требования к расширению пропускной способности.10G двунаправленный SFP+и25G двунаправленный SFP28— это широко используемые модели в центрах обработки данных.

Корпоративные кампусные сети: перекрестное-здание и перекрестное-межблочное соединение корпоративных сетей. По сравнению с прокладкой вдвое большего количества оптоволоконных кабелей,БидиРешения позволяют существенно сократить затраты и сроки строительства. Подходит для распределенных сетей в школах, больницах, промышленных парках и других местах.

Системы охранного наблюдения: Крупные проекты наблюдения часто включают в себя сотни или даже тысячи камер с огромной нагрузкой на оптоволоконные кабели.Бидирешения могут сократить количество сварных соединений и портов ODF на 50%, ускоряя ход строительства и снижая процент отказов. В частности, в проектах модернизации можно полностью использовать существующие ресурсы одножильных волокон.

Сети Fronthaul/Midhaul 5G: Передача данных между базовыми станциями мобильной связи и базовыми сетями. Благодаря высокой плотности базовых станций 5G и требованиям к пропускной способности технология BiDi эффективно экономит ресурсы оптоволокна.Модули BiDi 10G/25Gшироко применяются в сетях 5G.

Промышленный Ethernet: такие сценарии, как «умные» заводы, энергосистемы и управление дорожным движением. Промышленные среды предъявляют высокие требования к надежности, но часто имеют ограниченное пространство для прокладки кабелей.Бидирешения сокращают использование оптоволокна, одновременно снижая сложность прокладки кабелей. Модули BiDi промышленного-класса имеют широкий температурный диапазон и улучшенную защиту от-помех.

Сети вещания: Передача сигнала кабельного телевидения и услуги IPTV. Некоторые сети вещания используют технологию BiDi для оптоволоконной трансформации сетей HFC, повышая пропускную способность сети с использованием существующих волоконно-оптических ресурсов.

Приложения для умного города: сценарии Интернета вещей, такие как интеллектуальный транспорт, интеллектуальное уличное освещение и мониторинг окружающей среды. Эти приложения обычно имеют разбросанные точки развертывания и большие расстояния.Бидирешения, значительно снижающие затраты на оптоволоконную инфраструктуру.

Важно отметить, что выбор междуБидиа традиционные решения с двойным-волокном требуют всестороннего рассмотрения конкретных обстоятельств-проекта: если волоконно-оптические ресурсы обильны, расстояния короткие и бюджет достаточен, решения с двойным-волокном могут оказаться проще и надежнее; если ресурсы оптоволокна ограничены, затраты на прокладку кабеля высоки и требуется быстрое развертывание,Бидирешения предлагают явные преимущества.