Yksimuoto- vs. monimuotokuitu: erot, fysiikka ja valintaopas
Sisällys
Sinun on kaapeloitava konesali, FTTH-verkko tai yrityksen runkoverkko — ja epäröit kahden kuituvaihtoehdon välillä: monomode ja multimode. Kyse ei ole pelkästä vaipan väristä: nämä kaksi tekniikkaa perustuvat eri fysikaalisiin periaatteisiin, vaativat keskenään yhteensopimattomat aktiivilaitteet ja kattavat selvästi eri käyttötapaukset. Tässä oppaassa selitetään etenemismekanismit, nykyiset standardit ja miten valinta tehdään oikein.
Mikä on etenemismuoto?
Optisessa kuidussa valo etenee ilmiön avulla, joka on kokonaisheijastus : suuren taitekertoimen piidioksidiydintä ympäröi kuori, jonka taitekerroin on pienempi. Taitekerroinero pitää valon ytimessä.
Yksi muoto vastaa erillistä etenemisreittiä ytimen sisällä. Valo voi kulkea tätä reittiä eri kulmissa — jokainen kulma määrittää yhden muodon. Ohjattujen muotojen määrä riippuu ytimen halkaisijasta sekä ytimen ja kuoren taitekerroinerosta, jota kuvaa parametri V (V-luku eli normalisoitu taajuus):
V = (π · d · NA) / λ — jossa d = ytimen halkaisija, NA = numeerinen aukko, λ = aallonpituus. Jos V < 2,405, kuitu on yksimuotoinen.
Kun kyseessä on monimuotokuitu, ytimen suuri halkaisija (50 tai 62,5 µm) antaa useiden satojen muotojen edetä samanaikaisesti. Nämä muodot eivät saavu kuidun päähän kaikki samalla hetkellä — tämä on muotodispersio, joka levittää valopulsseja ja rajoittaa nopeus-etäisyystuloa.
Kun kyseessä on yksimuotokuitu, hyvin kapea ydin (9 µm) ohjaa vain yhtä muotoa. Muotodispersiota ei ole. Ainoa rajoitus on kromaattinen dispersio (eri aallonpituudet kulkevat kuidussa hieman eri nopeuksilla), joka pysyy hallittavissa satoja kilometrejä sopivalla kompensoinnilla.
Yksimuotokuitu: ominaisuudet ja standardit
Yksimuotokuitu käyttää ydintä, jonka halkaisija on 9 µm (ulkokuori 125 µm). Se on määritelty useissa ITU-T-standardeissa sovelluksen mukaan:
- G.652D (OS2) : FTTH- ja telealan standardi. Vaimennus ≤ 0,4 dB/km 1310 nm:ssä, ≤ 0,3 dB/km 1550 nm:ssä. Rajaton kaistanleveys tuhansilla kilometreillä.
- G.657A1 / A2 : »bend-insensitive«-kuitu taloasennuksiin. Pienin taivutussäde 10 mm (A1) tai 7,5 mm (A2). Yhteensopiva G.652D:n kanssa.
- G.657B3 : erittäin taipuisa kuitu asiakasliitäntäkaapeleihin. Pienin taivutussäde 5 mm. Käytössä läpinäkyvissä kaapeleissa ja koristekytkentäkaapeleissa.
Valonlähde on aina laser (Fabry-Perot- tai DFB-laserdiodi), joka lähettää aallonpituudella 1310 nm (lyhyen matkan siirto / GPONin kaksisuuntainen nouseva suunta) tai 1550 nm (pitkä matka, DWDM). Laser lähettää hyvin kollimoidun säteen, joka sopii pieneen 9 µm:n ytimeen.
Suojavaippa on yleensä keltainen (OS2 ulko- ja sisäkäyttöön), vaikka joitakin yksimuotokytkentäkaapeleita on saatavana valkoisena, tummansinisenä tai punaisena aallonpituuden tai käyttötarkoituksen mukaan.
Elfcamin OS2-yksimuotokytkentäkaapelit
- SC/APC–SC/APC OS2 simplex — kotitalouksien FTTH-standardi (Orange, SFR, Bouygues, Free)
- SC/APC–SC/APC teräksellä suojattu — asennus mekaanisesti riskialttiissa ympäristössä
- LC/UPC–LC/UPC OS2 duplex — verkkoräkit, optiset kytkimet
Monimuotokuitu: OM1, OM2, OM3, OM4, OM5
Monimuotokuitua on useita sukupolvia, jotka määritellään standardeissa ISO/IEC 11801 ja ANSI/TIA-568:
- OM1 : ydin 62,5 µm, muotokaistanleveys 200 MHz·km 850 nm:ssä. Oranssi vaippa. Vanhentunut — 1 Gbit/s enintään 275 metrillä.
- OM2 : ydin 50 µm, kaistanleveys 500 MHz·km. Oranssi vaippa. Rajallinen — 10 Gbit/s vain 82 metrillä.
- OM3 : ydin 50 µm, kaistanleveys ≥ 2 000 MHz·km (VCSEL-optimoitu). Vaippa vaaleansininen / aqua. Konesalistandardi — 10 Gbit/s 300 metrillä, 40 Gbit/s 100 metrillä.
- OM4 : ydin 50 µm, kaistanleveys ≥ 4 700 MHz·km. Vaippa violetti / magenta. 10 Gbit/s 400 metrillä, 100 Gbit/s 150 metrillä (MPO).
- OM5 : ydin 50 µm, suunniteltu SWDM:lle (Short Wavelength Division Multiplexing) neljällä aallonpituudella. Vaippa limenvihreä. 400 Gbit/s 150 metrillä SWDM4:n kautta.
Monimuotokuitujen OM3/OM4 valonlähde on aina VCSEL (Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser) aallonpituudella 850 nm. VCSELit ovat halvempia kuin yksimuotoiset DFB-laserit, mikä selittää monimuotoisten lähetinvastaanottimien pienemmän hinnan lyhyillä etäisyyksillä.
OM3 vai OM4 uuteen konesaliin?
Jos rakennat konesaliverkon tänään, valitse suoraan OM4. Lisähinta OM3:een verrattuna on vähäinen, mutta OM4:llä saavutat 100 Gbit/s 150 metrillä olemassa olevalla MPO-12-kaapelilla. Vältä OM1:tä ja OM2:ta: ne eivät tue 10G/25G-nopeuksia käyttökelpoisilla etäisyyksillä.
Vertailutaulukko: yksimuoto vs. monimuoto
| Kriteeri | Monomode (SM / OS2) | Multimode OM3 | Multimode OM4 |
|---|---|---|---|
| Ytimen halkaisija | 9 µm | 50 µm | 50 µm |
| Ulkovaippa | 125 µm | 125 µm | 125 µm |
| Valonlähde | DFB- / Fabry-Perot-laser | VCSEL 850 nm | VCSEL 850 nm |
| Aallonpituus | 1310 nm / 1550 nm | 850 nm / 1300 nm | 850 nm / 1300 nm |
| Tyypillinen vaimennus | 0,35 dB/km 1310 nm:ssä | 3,5 dB/km 850 nm:ssä | 3,5 dB/km 850 nm:ssä |
| Suurin etäisyys 1 Gbit/s | > 100 km | 1 000 m | 1 000 m |
| Suurin etäisyys 10 Gbit/s | > 40 km (LR) | 300 m | 400 m |
| Suurin etäisyys 100 Gbit/s | 10–40 km | 100 m (MPO) | 150 m (MPO) |
| Vaipan väri | Keltainen (OS2) | Vaaleansininen / aqua | Violetti / magenta |
| Kaapelin hinta | Matala | Matala tai kohtalainen | Kohtalainen |
| SFP/SFP+-moduulin hinta | Korkeampi (tarkka laser) | Matalampi (VCSEL) | Matalampi (VCSEL) |
| Pääkäyttökohde | FTTH, teleala, pitkän matkan kampusyhteydet | Konesali, SAN, rakennuksen 10G-runkoverkko | Suuritiheyksinen konesali, 40/100G |
| Standardi | ITU G.652D / G.657 | ISO 11801 OM3 / TIA-568 | ISO 11801 OM4 / TIA-568 |
Liittimet ja värikoodit
Liittimen väristä voi päätellä kuitutyypin ja hiontatyypin:
- vihreä SC/APC : yksimuoto, 8°:n hionta (kulma). Ranskassa FTTH-PTO:n standardiliitin. Heijastuspaluu ≥ 65 dB.
- sininen SC/UPC : yksimuoto, tasainen hionta. Käytössä aktiivilaitteissa (SFP, OLT). Heijastuspaluu ≥ 50 dB.
- sininen LC/UPC : yksimuoto tai monimuoto siihen liitetyn kuidun mukaan. Pienikokoinen muoto, konesalien ja SFP-kytkimien standardi.
- vihreä LC/APC : yksimuoto, 8°:n kulma. Käytössä joissakin telelaitteissa ja FTTH-jakelukaapeleissa.
- Beiget / kreeminväriset liittimet : monimuoto OM1 (62,5 µm) — vanhentuneita.
- Vaaleansiniset / aqua-liittimet : monimuoto OM3 LC-muodossa.
Älä sekoita yksimuotoa ja monimuotoa
Yksimuotokaapeli kytkettynä monimuotoiseen lähettimeen (tai päinvastoin) aiheuttaa suuria liitäntähäviöitä (usein 10–20 dB) ja voi tehdä yhteydestä täysin toimimattoman. Yhteensopimattomat ytimen halkaisijat (9 µm vs. 50 µm) estävät tehokkaan optisen kytkeytymisen. Tarkista aina kuidun ja moduulin yhteensopivuus ennen asennusta.
SFP-moduulit ja yhteensopivuus
Kuidun ja SFP-moduulin valinta kuuluvat erottamattomasti yhteen. SFP/SFP+-moduuleja on eri versioita kuitutyypin mukaan:
- SFP+ SR (Short Range) : monimuoto OM3/OM4, 850 nm VCSEL, LC/UPC, 10 Gbit/s 300/400 metrillä — esim. tuotenumerot 477, 2583
- SFP+ LR (Long Range) : yksimuoto OS2, 1310 nm:n laser, LC/UPC, 10 Gbit/s 10 kilometrillä
- SFP 1.25G SM : yksimuoto OS2, SC/UPC, 1310 nm, 1 Gbit/s 10–20 kilometrillä — esim. tuotenumero 6603
- SFP 1.25G MM : monimuoto, LC/UPC, 850 nm, 1 Gbit/s 550 metrillä — esim. tuotenumero 6598
- GPON SFP OLT : yksimuoto SC/UPC, TX 1490 nm / RX 1310 nm, erityisesti PON-verkkoon — esim. tuotenumerot 6618, 6631
Useimmat nykyaikaiset kytkimet ja reitittimet hyväksyvät molemmat moduulityypit SFP-portteihinsa. Tarkista aktiivilaitteesi tekniset tiedot varmistaaksesi DDM-yhteensopivuuden (Digital Diagnostic Monitoring) ja hyväksyttyjen moduulien luettelon.
Valintaopas sovelluksen mukaan
Valitse OS2-yksimuotokuitu, jos:
- FTTH/FTTP-liitäntä (asiakas ↔ PTO ↔ boksi)
- Rakennusten välinen yhteys kampuksella (etäisyys > 550 m)
- WAN- tai metrorunkoverkko (useita kilometrejä)
- Televerkko, DWDM/CWDM-siirto
- PON-infrastruktuuri (GPON, XGS-PON, EPON)
- Teollisuusyhteys häiriöisessä ympäristössä (täydellinen häiriösuojaus)
Valitse monimuotokuitu OM3 tai OM4, jos:
- Vaakakaapelointi konesalissa (palvelimet ↔ ToR-kytkin, < 100 m)
- SAN (Storage Area Network) Fibre Channel
- Rakennuksen pystyrunkoverkko lyhyellä etäisyydellä (< 300 m)
- Tiukka budjetti monilla lyhyillä yhteyksillä (VCSEL-moduulit halvempia)
- Suuritiheyksiset liitännät MPO-12/24-kaapeleilla (40G, 100G räkissä)
Yritysten kampusten tapaus
Kampuksella, jonka rakennukset ovat alle 300 metrin etäisyydellä, OM4 voi riittää 10G:llä. Yli 300 metrin etäisyyksillä tai 25/100 Gbit/s -yhteyksillä duplex-kaapelilla siirry OS2-yksimuotokuituun ja SFP LR -moduuleihin. Moduulien hintaero (SM vs. MM) kuittautuu heti ensimmäisessä aktiivilaitteen vaihdossa, jos etäisyydet ylittävät monimuodon rajat.
1Voiko yksimuoto- ja monimuotokuitua sekoittaa samalla yhteydellä?
Ei. Yksimuotokuidun (9 µm) ja monimuotokuidun (50/62,5 µm) ytimen halkaisijat ovat yhteensopimattomia. Yksimuotokaapelin kytkeminen monimuotoiseen moduuliin — tai päinvastoin — aiheuttaa 10–20 dB:n liitäntähäviöt, mikä tekee yhteydestä yleensä toimimattoman. Jokaisen yhteyden on oltava yhtenäinen : sama kuitutyyppi moduulista A moduuliin B ja liittimet samalla hionnalla (UPC tai APC).
2Onko yksimuotokuitu aina parempi kuin monimuotokuitu?
Ei — kyse on käytön, etäisyyden ja budjetin yhteensopivuudesta. Yksimuotokuitu on ylivoimainen pitkillä etäisyyksillä (kilometreistä tuhansiin kilometreihin) ja suurilla nopeuksilla. Mutta lyhyillä konesaliyhteyksillä (< 300 m) monimuotoiset VCSEL-moduulit ovat merkittävästi halvempia kuin vastaavat yksimuotoiset lasermoduulit. Nopeudella 10 Gbit/s 50 metrillä SFP+ SR -moduuli (OM3) kustantaa 2–3 kertaa vähemmän kuin SFP+ LR (OS2).
3Miten yksimuoto- tai monimuotokuidun tunnistaa paljaalla silmällä?
Tunnusmerkki on vaipan väri : keltainen = yksimuoto OS2; aqua/vaaleansininen = monimuoto OM3; violetti/magenta = monimuoto OM4; oranssi = monimuoto OM1/OM2 (vanhentuneet); limenvihreä = OM5. Myös liittimen väri auttaa: SC/APC vihreä = aina yksimuoto kulmahionnalla. Epäselvässä tapauksessa vaimennuksen mittaus ensin 850 nm:ssä ja sitten 1310 nm:ssä auttaa erottamaan: monimuotokuidun vaimennus on normaali 850 nm:ssä mutta liiallinen 1310 nm:ssä, jos siihen syötetään yksimuotoinen lähde.
4Mitä kuitua käytetään kotitalouden FTTH-asennuksessa?
Aina kuitua, joka on monomode OS2 liittimellä SC/APC (vihreä 8°:n viiste). Se on kaikkien ranskalaisten kotitalouksien PTO-pistokkeiden standardi (Orange, SFR, Bouygues, Free). PTO:n ja boksin välisen kytkentäkaapelin on oltava tyyppiä SC/APC–SC/APC OS2 simplex. Monimuotokuitu ei toimisi operaattorin GPON-OLT:n kanssa, joka käyttää yksimuotoisia 1490/1310 nm:n lasereita.
5Mikä on yksimuotokuidun pienin taivutussäde?
Se riippuu G.657-standardista: G.652D tavallinen: pienin säde 30 mm (käytössä), 15 mm (asennuksessa). G.657A1 : 10 mm. G.657A2 : 7,5 mm. G.657B3 (läpinäkyvät, koristekaapelit): 5 mm. Monimuotokuitu OM3/OM4 kestää G.657A1:n kaltaiset taivutussäteet, eli noin 10 mm. Pienimmän säteen alittuessa taivutushäviöt kasvavat eksponentiaalisesti ja yhteys voi muuttua vaatimusten vastaiseksi.
6Voiko OM4-kaapelia käyttää korvaamaan olemassa oleva OM3?
Kyllä,OM4 on taaksepäin yhteensopiva OM3:n kanssa. Molemmat käyttävät 50 µm:n ydintä, 125 µm:n kuorta ja samoja LC/UPC- tai SC/UPC-liittimiä. OM3:lle suunniteltu SFP+ SR -moduuli toimii OM4-kaapelilla — jopa paremmilla kohinamarginaaleilla. Päinvastoin (OM3 OM4:lle mitoitetulla yhteydellä) on mahdollista, jos pysytään OM3:n etäisyysrajoissa.
7Mitä aallonpituutta yksimuotoinen SFP-moduuli käyttää?
Yksimuotoiset SFP-moduulit käyttävät pääasiassa aallonpituutta 1310 nm (lyhyen ja keskipitkän matkan siirto, jopa 40 km) ja 1550 nm (pitkä matka, jopa 120 km, tai DWDM/CWDM-järjestelmät). BiDi-moduulit (kaksisuuntaiset yhdellä kuidulla) käyttävät kahta eri aallonpituutta: esimerkiksi TX 1310 nm / RX 1550 nm yhteen suuntaan ja TX 1550 nm / RX 1310 nm toiseen. Moduulit, jotka ovat GPON OLT käyttävät TX 1490 nm / RX 1310 nm.
8Mitkä ovat Elfcamin kuitukaapeleiden ja -moduulien toimitusajat?
Elfcamin OS2-yksimuotokytkentäkaapelit, OM3/OM4-monimuotokaapelit ja SFP/SFP+-moduulit ovat Ranskan varastossa ja lähtevät 24 työtunnissa. Ennen klo 14.00 tehdyt tilaukset lähtevät yleensä samana päivänä. Rakenteisen kaapeloinnin hankkeisiin suurilla määrillä on saatavana räätälöityjä tarjouksia takuullisilla toimitusajoilla.
