Guida tecnica dettagliata alla tecnologia dei ricetrasmettitori BiDi

Cos'è un ricetrasmettitore BiDi

A Ricetrasmettitore BiDi(abbreviazione di ricetrasmettitore bidirezionale), noto anche come amodulo SFP bidirezionale, è unricetrasmettitore in fibra otticaciò consentecomunicazione bidirezionalesu un singolo filamento di fibra. A differenza dei moduli ottici a doppia-fibra ottica tradizionali,Ricetrasmettitori BiDi SFPutilizzare la tecnologia WDM (wavelength division multiplexing) per trasmettere simultaneamente segnali a diverse lunghezze d'onda all'interno della stessa fibra, preservando così le risorse della fibra. Questa tecnologia è attualmente ampiamente utilizzata inFTTHreti di accesso, interconnessioni di data center, reti di campus aziendali e altri scenari.
 

Principio di funzionamento dei moduli BiDi SFP

Il componente principale di aModulo BiDi SFPè il filtro WDM (chiamato anche duplexer o diplexer). Questo dispositivo separa e combina segnali ottici a diverse lunghezze d'onda, consentendocomunicazione bi-direzionalesu un singolo filamento di fibra.

Il processo di lavoro specifico: il laser del trasmettitore genera un segnale ottico a una lunghezza d'onda specifica (ad esFibra da 1310 nm), che viene accoppiato nella fibra attraverso il filtro WDM e trasmesso. Contemporaneamente, un segnale ottico ad un'altra lunghezza d'onda (come 1550 nm) ricevuto dalla fibra viene separato dal filtro WDM e inviato al fotorilevatore per la conversione in un segnale elettrico.

Ricetrasmettitori BiDi SFPdevono essere utilizzati in coppia. Se l'estremità A trasmette a 1310 nm e riceve a 1550 nm, l'estremità B deve trasmettere a 1550 nm e ricevere a 1310 nm. Un accoppiamento errato della lunghezza d'onda impedirà la creazione del collegamento. Le combinazioni di lunghezze d'onda comuni includono: 1310 nm/1490 nm, 1310 nm/1550 nm, 1270 nm/1330 nm e altre.

Diverse combinazioni di lunghezze d'onda sono adatte a diverse distanze di trasmissione. La combinazione 1310 nm/1550 nm è comunemente utilizzata per la trasmissione su distanze medio-lunghe- (20-120 km) poiché queste due lunghezze d'onda hanno un'attenuazione inferiore nella fibra monomodale-; 1270nm/1330nm viene utilizzato principalmente per applicazioni 10G e velocità superiori a breve e media distanza (10-40 km).

Struttura interna dei moduli SFP BiDi

Moduli BiDi SFPsono costituiti principalmente dai seguenti componenti:

TOSA (sottogruppo ottico- del trasmettitore): Contiene un diodo laser (LD) e un circuito driver, responsabile della conversione dei segnali elettrici in segnali ottici a una lunghezza d'onda specifica. I laser comuni includono i laser DFB (feedback distribuito) e i laser FP (Fabry-Perot). I laser DFB hanno un'eccellente stabilità della lunghezza d'onda e sono adatti per la trasmissione a lunga distanza-; I laser FP sono convenienti-e vengono utilizzati principalmente per applicazioni a breve-distanza.

ROSA (sottogruppo ottico del ricevitore-): Contiene un fotorilevatore (PIN o APD) e un circuito preamplificatore, responsabile della conversione dei segnali ottici ricevuti in segnali elettrici. I rilevatori PIN vengono utilizzati per applicazioni convenzionali, mentre i rilevatori APD hanno una sensibilità maggiore e vengono utilizzati per la trasmissione a lunga-distanza.

Filtro WDM: il componente critico dei moduli BiDi, che utilizza la tecnologia dei filtri a film sottile-o la tecnologia a reticolo per separare la trasmissione e la ricezione dei segnali ottici a diverse lunghezze d'onda. Le prestazioni del filtro influiscono direttamente sulla perdita di inserzione e sulle specifiche di isolamento del modulo. I filtri di alta-qualità possono raggiungere un isolamento del canale superiore a 30 dB, garantendo che i segnali di trasmissione e ricezione non interferiscano tra loro.

Circuito e interfaccia: Fornisce funzioni di gestione dell'alimentazione, elaborazione del segnale e DDM (monitoraggio diagnostico digitale). Conforme a standard come SFF-8472, consente la lettura dei parametri del modulo come temperatura, tensione e potenza ottica attraverso un'interfaccia I²C.

L'intero modulo è confezionato in alloggiamenti standard SFP, SFP+, QSFP o altri, conSCOLCinterfacce simplex al porto.
 

Vantaggi dei ricetrasmettitori BiDi SFP

Utilizzo ridotto di fibre: La soluzione di trasmissione in fibra singola-riduce l'utilizzo della fibra del 50%, offrendo vantaggi significativi nei progetti in cui le risorse in fibra sono limitate o i costi di cablaggio sono elevati. In particolare negli scenari di implementazione su larga-scala come le reti metropolitane e le reti di accesso FTTH, i risparmi sui costi della fibra sono sostanziali. Uno studio di caso di data center ha dimostrato che l'adozione della soluzione BiDi ha ridotto i costi di approvvigionamento e costruzione della fibra di circa il 35%.

Installazione del cablaggio semplificata: Riduce il numero di giunzioni a fusione di fibra e porte ODF, riducendo la complessità di costruzione e i costi di manodopera. Nei progetti di retrofit, le risorse in fibra single-core esistenti possono essere utilizzate completamente senza la necessità di ricablare. Ciò è particolarmente importante per i data center legacy con spazi ristretti nelle sale apparecchiature e portacavi pieni.

Occupazione dello spazio ridotta: il design a-porta singola riduce lo spazio occupato da pannelli di connessione e armadietti, rendendolo adatto per ambienti di distribuzione ad alta-densità. Un pannello patch BiDi a 24 porte può gestire 48 collegamenti, raddoppiando l'efficienza di utilizzo dello spazio.

Elevata flessibilità: Durante gli aggiornamenti della rete, se le risorse in fibra esistenti sono insufficienti,Fibra BiDil'implementazione può espandere rapidamente la capacità senza-ricablaggi su larga scala. Questa flessibilità è estremamente preziosa per gli scenari che richiedono un'elevata continuità aziendale.

Tuttavia, la soluzione BiDi presenta anche dei limiti. La trasmissione a fibra singola- impone requisiti più elevati in termini di qualità della fibra, con fattori quali il raggio di curvatura e la pulizia che hanno un impatto maggiore sulle prestazioni di trasmissione. La contaminazione delle estremità-della faccia della fibra o una piegatura eccessiva possono aumentare la diafonia tra i segnali a due lunghezze d'onda, compromettendo la stabilità del collegamento. Inoltre, durante l'isolamento dei guasti, a differenza delle soluzioni a doppia-fibra in cui i collegamenti TX e RX possono essere testati separatamente,Fibra BiDirichiede una valutazione olistica, rendendo la manutenzione leggermente più impegnativa.

Moduli SFP BiDi rispetto ai tradizionali moduli a doppia-fibra ottica

La differenza fondamentale traModuli BiDi SFPe i moduli ottici tradizionali a doppia-fibra risiede nel modo in cui utilizzano il mezzo di trasmissione fisica.Distribuzione della fibra duplexutilizza due fibre indipendenti, una dedicata alla trasmissione e una alla ricezione, con completo isolamento dello strato fisico.Ricetrasmettitori BiDiottenere la trasmissione bidirezionale su una singola fibra attraverso la tecnologia di multiplexing a divisione di lunghezza d'onda.

Modulo di interfaccia
I moduli a doppia-fibra ottica utilizzano interfacce duplex LC o SC con due porte;moduli SFP bidirezionaliutilizzare interfacce simplex con una sola porta.

Utilizzo accoppiato
I moduli ottici tradizionali a doppia-fibra possono utilizzare moduli identici su entrambe le estremità (come 1000BASE-LX su entrambe le estremità) perché le loro lunghezze d'onda di trasmissione e ricezione sono le stesse.Ricetrasmettitori BiDi SFPdevono essere utilizzati in coppia con diverse combinazioni di lunghezze d'onda (ad esempio 1310 nm TX/1550 nm RX a un'estremità e 1550 nm TX/1310 nm RX all'altra).

Prospettiva dei costi
Modulo BiDi SFPi prezzi unitari sono generalmente più alti del 20%-40% rispetto ai moduli a doppia fibra-analogabili perché i filtri WDM aggiungono costi di produzione. Tuttavia, nei progetti che richiedono cavi a lunga distanza o in cui le risorse in fibra sono limitate, il costo totale (modulo + fibra + costruzione) potrebbe essere inferiore.

Affidabilità
Le soluzioni a doppia-fibra hanno una capacità anti-interferenza leggermente più forte grazie all'isolamento fisico di trasmissione e ricezione; Le soluzioni BiDi dipendono dalle prestazioni del filtro e hanno requisiti di qualità della fibra più severi. Tuttavia, con processi di produzione migliorati, moderniModuli BiDi SFPhanno un'affidabilità che si avvicina a quella dei moduli a doppia-fibra.

È importante notare che "bidirezionale" e "duplex" sono due concetti diversi. Duplex si riferisce al metodo di trasmissione dei dati (full duplex o half duplex), mentreBiDisi riferisce al metodo di utilizzo del mezzo fisico.Ricetrasmettitori BiDi SFPoperano ancora in modalità full duplex, semplicemente implementata su una singola fibra.
 

Tipi di ricetrasmettitori BiDi

Classificazione per velocità

SFP BiDi 1G: Utilizzato per Gigabit Ethernet, questo è attualmente il tipo di modulo BiDi più diffuso. Le combinazioni tipiche di lunghezze d'onda sono 1310 nm/1490 nm o 1310 nm/1550 nm, con distanze di trasmissione che vanno da 3 km a 120 km. Applicato principalmente in reti aziendali, reti di campus, accesso FTTH e altri scenari.

BiDi 10GSFP+: Utilizzato per 10 Gigabit Ethernet, le combinazioni di lunghezze d'onda sono generalmente 1270 nm/1330 nm (distanza da breve a media) o 1490 nm/1550 nm (distanza lunga). Le distanze di trasmissione vanno da 10 km a 80 km. Ampiamente applicato nelle interconnessioni dei data center, nelle reti metropolitane e in altri scenari.

25G BiDi SFP28: Utilizzato per Ethernet 25G, che utilizza una spaziatura di lunghezze d'onda più stretta (come 1295 nm/1309 nm), con distanze di trasmissione di 10-40 km. Utilizzato principalmente per l'accesso ai server e le reti di archiviazione nei data center ad alte prestazioni.

40G BiDiQSFP+: utilizza un design a doppia-fibra ma si integraWDMtecnologia, con ciascuna fibra che trasporta una trasmissione bidirezionale da 20 Gbps. Utilizza la gamma di lunghezze d'onda 832-918 nm, operando su fibra multimodale OM3/OM4, con distanze di trasmissione di 100-150 metri. Adatto per l'interconnessione ad alta densità all'interno dei data center.

100G BiDi QSFP28: Impiega la tecnologia di modulazione PAM4, con una singola lunghezza d'onda che trasporta 50 Gbps, ottenendo una trasmissione bidirezionale di 100 G su una singola fibra a modalità singola-. Distanze di trasmissione di 10-40 km, utilizzate per le connessioni tra data center.

Classificazione in base alla tecnologia della lunghezza d'onda

BiDi standard: Utilizza coppie di lunghezze d'onda fisse, ad esempio 1310 nm/1550 nm. Costo inferiore e più ampiamente applicato.

CWDM BiDi: Utilizza la tecnologia di multiplexing a divisione di lunghezza d'onda grossolana, intervallo di lunghezze d'onda 1270 nm- 1610 nm, con spaziatura delle lunghezze d'onda di 20 nm. Può multiplexare più lunghezze d'onda su una singola fibra, adatto per reti di aree metropolitane e trasmissioni a lunga distanza.

DWDM BiDi: Utilizza la tecnologia multiplexing a divisione di lunghezza d'onda densa, con spaziatura della lunghezza d'onda di soli 0,8 nm (100 GHz) o 0,4 nm (50 GHz), conforme agli standard ITU-T G.694.1. Utilizzato per reti dorsali e trasmissioni a distanze ultra-lunghe-, ottenendo un utilizzo dello spettro di fibre estremamente elevato.

Classificazione per scenario applicativo

Moduli PON BiDi: Progettato specificatamente per reti ottiche passive FTTH/FTTB, come EPON, GPON, 10G-EPON, ecc. Il lato OLT e il lato ONU utilizzano combinazioni di lunghezze d'onda diverse, con configurazioni tipiche a valle di 1490 nm/a monte di 1310 nm. Alcuni sistemi PON sovrappongono anche una lunghezza d'onda di 1550 nm per la trasmissione del segnale CATV.

Moduli BiDi per data center: ottimizzato per ambienti data center, con supporto della funzionalità DDM, basso consumo energetico e distribuzione ad alta-densità. Le tariffe comuni sono 10G, 25G e 100G.

Moduli BiDi di livello carrier-: soddisfa i requisiti di affidabilità-di livello operatore, con intervalli di temperatura operativa da -40 gradi a +85 gradi, superando rigorosi test ambientali. Utilizzato in stazioni base esterne, nodi di reti metropolitane e altri ambienti difficili.

Moduli BiDi-di livello industriale: capacità anti-interferenza e resistenza meccanica migliorate, adatte per l'automazione industriale, il trasporto intelligente e altri scenari.

Aree di applicazione dei ricetrasmettitori BiDi

Fibra FTTH-a-casa-: lo scenario applicativo principale per le reti di accesso a banda larga degli operatori.BiDile soluzioni tra OLT e ONU consentono di risparmiare il 50% sui costi della rete di distribuzione ottica (ODN). Centinaia di milioni di utenti FTTH in tutto il mondo utilizzano la tecnologia BiDi. I dati downstream utilizzano in genere la lunghezza d'onda di 1490 nm, i dati upstream utilizzano la lunghezza d'onda di 1310 nm e alcuni sistemi utilizzano anche 1550 nm per la trasmissione del segnale CATV, ottenendo il multiplexing a tre- lunghezze d'onda.

Reti di data center: interconnessione da rack-a-rack, da piano-a-piano e da campus-a-campus. Nei data center cloud ad alta-densità,BiDiLe soluzioni possono ridurre l’utilizzo della fibra del 50%, riducendo la complessità del cablaggio. In particolare nei progetti di retrofit, quando le risorse in fibra esistenti non possono soddisfare i requisiti di aggiornamento della larghezza di banda, BiDi è la soluzione più economica.SFP+ 10G BiDiE25G BiDi SFP28sono modelli comunemente utilizzati nei data center.

Reti di campus aziendali: Interconnessione di reti aziendali-incrociate e{1}}incrociate. Rispetto alla distribuzione del doppio dei cavi in ​​fibra ottica,BiDile soluzioni possono ridurre significativamente i costi e le tempistiche di costruzione. Adatto per reti distribuite in scuole, ospedali, parchi industriali e altri luoghi.

Sistemi di sorveglianza della sicurezza: I grandi progetti di sorveglianza spesso coinvolgono centinaia o addirittura migliaia di telecamere, con enormi carichi di lavoro di cablaggio in fibra.BiDiLe soluzioni possono ridurre le giunzioni di fusione e le porte ODF del 50%, accelerando il progresso della costruzione e riducendo i tassi di fallimento. In particolare nei progetti di retrofit, le risorse in fibra single-core esistenti possono essere pienamente utilizzate.

Reti 5G Fronthaul/Midhaul: Trasmissione di dati tra stazioni base di comunicazione mobile e reti centrali. Con un’elevata densità di stazioni base 5G e requisiti di larghezza di banda, la tecnologia BiDi conserva efficacemente le risorse in fibra.Moduli BiDi 10G/25Gsono ampiamente applicati nelle reti 5G.

Ethernet industriale: Scenari come fabbriche intelligenti, sistemi energetici e controllo del traffico. Gli ambienti industriali hanno requisiti di affidabilità elevati ma spesso spazio di cablaggio limitato.BiDiLe soluzioni riducono l'utilizzo della fibra riducendo al contempo la difficoltà di cablaggio. I moduli BiDi di livello industriale-sono caratterizzati da un design ad ampia temperatura e da capacità anti-interferenze migliorate.

Reti di radiodiffusione: Trasmissione del segnale CATV e servizi IPTV. Alcune reti di trasmissione utilizzano la tecnologia BiDi per ottenere la trasformazione in fibra ottica delle reti HFC, aggiornando la capacità della rete utilizzando le risorse di fibra esistenti.

Applicazioni per città intelligenti: Scenari IoT come trasporti intelligenti, illuminazione stradale intelligente e monitoraggio ambientale. Queste applicazioni hanno in genere punti di distribuzione sparsi e lunghe distanzeBiDisoluzioni che riducono significativamente i costi delle infrastrutture in fibra.

È importante notare che scegliere traBiDie le soluzioni tradizionali a doppia fibra-richiedono una considerazione completa delle circostanze specifiche del progetto-: se le risorse in fibra sono abbondanti, le distanze sono brevi e i budget sono ampi, le soluzioni a doppia-fibra potrebbero essere più semplici e affidabili; se le risorse in fibra sono limitate, i costi di cablaggio sono elevati ed è necessaria una rapida implementazione,BiDiLe soluzioni offrono chiari vantaggi.