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全面讲解光纤、光模块、光纤交换机、光模块组网设计与案例

时间:2022-08-30 20:00:00 塑料快速插拔连接器单芯单模光纤旋转连接器模块450nm二极管光模块激光二极管405nm500mw激光二极管稳定型光纤连接器

光纤网络是当今建筑智能弱电行业中常见的网络方式。在建立远程无线和监控网络时,通常需要使用光纤进行连接和通信。使用光纤收发器是一种经济适用的做法,特别是在户外。事实上,光纤收发器不仅可以成对使用,还可以与光纤交换机一起使用。

光纤、光模块、光纤交换机、光模块网络知识共享

全面讲解光纤、光模块、光纤交换机、光模块组网设计与案例

光纤

纤维由玻璃或塑料制成用于传输光信号。传输原理是‘光的全反射’。光纤具有保密性好、重量轻、抗干扰能力强、距离长、数据带宽高等优点传输速率包括100Mbps,1Gbps,10Gbps及更高。

光纤分类


光纤传输的常见的波长有:850、1310、1490、1550nm,根据光纤传输的光信号模式分为单模光纤(SMF)和多模光纤(MMF):

单模光纤:适用于长距离传输,只能传输一种模式的光。

多模光纤:可传输多种模式的光,适用于机房等短距离传输。

常见的光纤接口类型

光模块

光模块分类

按封装:1*9 、GBIC、 SFF、SFP、XFP、SFP 、X2、XENPARK、300pin等。

按速率:155M、622M、1.25G、2.5G、4.25G、10G、40G等。

按波长:常规波长、CWDM、DWDM等。

按模式:单模光纤(黄色)、多模光纤(橙色)。

按使用性:热插拔(GBIC、 SFP、XFP、XENPAK)和非热插拔(1)*9、SFF)。

包装形式是光模块的基本原理

光收发一体模块(Optical Transceiver)

光收发一体化模块是光通信的核心设备,完成光电/电-光信号的转换。

接收部分和发射部分由两部分组成。接收部分实现光电转换,发射部分实现电光转换。

发射部分:

输入一定动芯片处理后,输入一定码率的电信号驱动半导体激光器(LD)或发光二极管(LED)

发出具有光功率自动控制电路的调制光信号(APC),保持输出的光信号功率。

接收部分:

一定码率的光信号输入模块后,由光检测二极管转换为电信号,相应码率的电信号在前放大器后输出。输出的信号通常是PECL电平。输入光功率小于一定值后,输出报警信号。

负责光电转换,发送端将电信号转换为光信号,光纤传输后,接收端将光信号转换为电信号。常见的光模块速率:155M(百兆)、1.25G(千兆)、 10G(万兆)、40G。

光模块的主要参数

1. 传输速率

传输速率是指每秒传输比特数,单位Mb/s 或Gb/s。主要速率:百兆、千兆、2.5G、4.25G和万兆。

2.传输距离

光模块的传输距离分为短距离、中距离和长距离。一般认为2km 以下为短距离,10~20km 中距,30km、40km 以上为长距离。

■光模块的传输距离有限,主要是因为光信号在光纤中传输时会有一定的损失和色散。

光模块类型

光纤的端面和直径

·根据光纤连接器连接头内插针端面分:PC,SPC,UPC,APC

· 根据光纤连接器的直径:Φ3,Φ2, Φ0.9

根据光纤的类型:

单模光纤连接器(通常)G.652 纤维:光纤内径9um,外径125um);

多模光纤连接器(一是G.651 纤其内径50um,外径125um;另一种是内径62.5um,外径125um);

根据光纤连接器的连接头形式:FC,SC,ST,LC,MU,MTRJ 等等,目前常用的有FC,SC,ST,LC

SC(Subscriber Connector Standard Connector,日本标准光纤连接器)NTT公司开发的模塑插拔耦合连接器。外壳采用模塑工艺,采用铸模玻璃纤维塑料制成,呈矩形;插针由精密陶瓷制成,耦合套筒为金属开缝套管结构。紧固方式为插拔式,无需旋转。外观图如下:

注:为保护光纤连接器的清洁,请务必在未连接光纤时盖上防尘帽。

接口指标

输出光功率

输出光功率是指光模块发送端光源的输出光功率。

单位为W或mW或dBm。其中W或mW线性单位,dBm对数单位。我们通常使用通信dBm表示光功率。

公式: P(dBm)=10Log(P/1mW)

光功率衰减一半,减少3dB,0dBm光功率对应1mW用光功率计测量。PON产品,因为它ONU端部采用突发模式,因此需要使用专用光功率计进行测量,串联在线路中,可立即给出当前的上下光功率。

接收灵敏度

接收灵敏度指的是在一定速率、误码率情况下光模块的最小接收光功率,单位:dBm。一般来说,接收灵敏度越高,即最小接收光功率越大,对光模块接收端器件的要求越高。

考虑到光纤老化或其他不可预见因素导致的链路损耗增加,最佳接收光功率范围控制在接收灵敏度以上2-3dB?过载点以下2-3dB,即上图中的白色区域。

光模块分类

按光模块模式分类

单模:传输距离远

多模:传输距离近,一般小于≤2km

光模块发射光功率和接收灵敏度

发射光功率是指发射端的光强,接收灵敏度是指可以检测到的光强。两者都是dBm单位是影响传输距离的重要参数。光模块传输的距离主要受损失和色散的限制。 按公式限制损失:

损失限距=‐接收灵敏度/光纤衰减量 来估算

光纤衰减与实际选择的光纤有关。一般目前G.652光纤可以做到1310nm波段0.5dB/km,1550nm波段0.3dB/km甚至更佳。50um多模光纤在850nm波段4dB/km 1310nm波段2dB/km。对于百兆、千兆光模块的色散限制远大于损耗限制,可以忽略不计。

按链路资源分类

单纤光模块

饱和光功率值

指光模块接收端可以检测到的最大光功率‐3dBm。当光功率大于饱和光功率时,也会导致误码。因此,在没有衰减回环测试的情况下,发射光功率大的光模块会出现误码。

光饱和度

又称饱和光功率,是指一个的传输速率下,维持一定的误码率(10-10~10-12)时的最大输入光功率,单位:dBm。

■需要注意的是,光探测器在强光照射下会出现光电流饱和现象,当出现此现象后,探测器需要一定的时间恢复,此时接收灵敏度下降,接收到的信号有可能出现误判而造成误码现象,而且还非常容易损坏接收端探测器,在使用操作中应尽量避免超出其饱和光功率。 注意 对于长距光模块,由于其平均输出光功率一般大于其最大输入光功率(即光饱和度),因此请用户使用时关注光纤使用长度,以保证到达光模块的实际接收光功率小于其光饱和度,否则有可能造成光模块的损坏。

双纤光模块

光模块的选择

随着光模块的广泛,越来越多的客户开始关注模块本身稳定性和可靠性的特点。现在市场上流行的光模块一共有三种:原装光模块、二手光模块和兼容光模块

众所周知,原装光模块的价格非常高,许多厂商只能望而却步。而至于二手光模块,虽然其价格比较低,但是质量却得不到保证,经常在使用半年后就会出现丢包的现象。因此,许多厂商纷纷把视线转向了兼容光模块。的确,兼容光模块在使用中,其性能与原装光模块几乎无二,而在价格上更比原装光模块便宜好几倍,这也是兼容光模块能大热的原因。

但是,市场上的商品良莠不齐,许多商家又以次充好、鱼目混珠,对光模块的选取造成了一定的难度,下面就纤细谈谈光模块的选择:

第一,我们如何分辨新的光模块和二手光模块呢?

上面我们提到了,二手光模块经常会在使用半年后出现丢包的情况,这是因为它光功率不稳和光灵敏度下降等原因造成的。如果我们有光功率计的话,可以拿出来测一测,看看其的光功率是否与数据手册上的参数一致。如果出入太大,则为二手光模块。

第二,观察光模块售后的使用情况。

一个正常的光模块的使用寿命为5年,在第一年中基本很难看出光模块的好坏,但是在其使用的第二年或第三年就可以看出来了。

第三,看光模块与设备之间的兼容性如何。

消费者在购买前,需和供应商进行沟通,告知其需要使用在哪个品牌的设备上。

第四,我们还要看光模块的温度适应能力怎么样。

光模块本身在工作时产生的温度并不高,但是它一般的工作环境都是在机房或是在交换机上,温度过高或者过低都会影响其光功率、光灵敏度等参数。一般情况下所使用的光模块温度范围在0~70°C即可,如果在极冷或者极热的环境,则需使用工业级-40~85°C的光模块。

光模块配对原则

上图方法,内置光模块的设备同样适用哦~!

由于光模块进行传输数据时分为发送和接收两个方向,双纤光模块通过不同的端口区分,单纤光模块通过不同的光波长区分,如下。

因此在使用单纤的光模块时,两端光模块的波长要匹配,即TX/RX相反

双纤光模块,两端同型号

单纤光模块,两端光模块波长TX和RX相反,其他一致。

单项光模块咱给大家举个例子:海康单纤模块,型号上标识的波长都是发送波长,如HK-SFP-1.25G-20-1310,表示发送波长1310nm,接收波长1550nm。和它配对的模块是HK-SFP-1.25G-20-1550。

光模块组网方式

常见问题解答

交换机关口是否需要开启?

未配置过的可网管交换机除了光电复用口的光口需要开启外,其他交换机的光口均是即插即用,无需配置开启。

光口不亮怎么处理?常见排查分四个步骤:

1.检查设备光口和使用的光模块速率是否匹配。

2.检查两端使用的光模块是否配对。

3.检查使用的光纤是否和光模块匹配,单模光模块使用单模光纤,多模光模块使用多模光纤

双纤光模块,一端的两根光纤左右对调下

4.检查光纤链路是否OK,使用短纤进行测试。

光纤收发器的一般组网方式

光纤交换机

方案一

比较常见且稳定的传输方案,适用于小型项目。

一对一传输方式

这是光纤收发器比较常见的应用方式,传统的一对一的方式,即前端1光1电,后端1光1电,或者前端1光2/4/8电口,后端1光1电的连接方式。应用在中小型的远距离网络中比较多,比较明显的就是只有一对光纤收发器。

方案二

前端直接用1光多电的收发器连接摄像机,少用了一次交换机的中继。

方案三

机房端收发器采用集中供电方式,节省了电源布线的繁琐,管理起来更加方便。

方案四

前端1光多电,后端收发器机架集中供电。

方案五

在一些项目施工布线过程中,采用传统的布线方式光纤资源不够用的情况下,可以采用前端2光多电级联型的收发器,连接多个摄像机。

方案六

前端级联型收发器链接多个摄像机,通常一芯光纤上可以链接十几个二光多电的收发器,后端用收发器机架集中供电,统一管理。

方案七

前端用交换机+收发器、1光多电收发器两种方式混合使用,后端用4光2电汇聚型收发器接收。随着多光口汇聚型光电交换机越来越多的使用,产品逐渐稳定。不足的地方是,后端4光2电汇聚型光电交换机,一旦1个光口坏了,需要整机返厂维修,影响到其他线路上摄像机的传输。

方案八

前端用交换机+收发器、1光多电收发器两种方式混合使用,后端用8光2电汇聚型收发器接收。随着多光口汇聚型光电交换机越来越多的使用,产品逐渐稳定。不足的地方是,后端8光2电汇聚型光电交换机,一旦1个光口坏了,需要整机返厂维修,影响到其他线路上摄像机的传输,当然了插SFP模块的光电交换机除外。

方案九

级联与汇聚混合使用的方式,最大限度地利用了光纤资源。减少了不必要布线所带来的麻烦

方案十

方案十一

环网型收发器,考虑到成本的因素,目前在民用市场使用的比较少,主要在一些大型项目工程中使用,多采用工业级2光2电、2光3电、2光4电、2光8电设备。在整个光纤闭环中,有一处中断,不影响其他设备的正常通信。

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