Światłowód jednomodowy – wady i zalety tego rozwiązania

Światłowód jednomodowy ma rdzeń o średnicy około 9 µm i przesyła światło tylko jednym modem, zwykle z użyciem lasera. Dzięki temu praktycznie eliminuje dyspersję modalną, więc może przenosić dane na dziesiątki kilometrów przy bardzo dużej przepustowości. Ceną za te możliwości są droższe transceivery oraz wyższe wymagania podczas instalacji i wykonywania połączeń.

Na czym polega jednomodowość?

Włókno jednomodowe, określane jako SMF, ma bardzo mały rdzeń, najczęściej o średnicy około 8–10 µm. Przez taką strukturę propaguje jeden mod, czyli pojedynczy sposób rozchodzenia się światła. Źródłem sygnału jest zwykle laser pracujący między innymi przy długościach fali 1310 nm lub 1550 nm.

W światłowodzie wielomodowym szerszy rdzeń, zwykle 50 lub 62,5 µm, pozwala na przechodzenie wielu modów. Docierają one do odbiornika w różnym czasie, co powoduje dyspersję modalną i ogranicza dystans transmisji. W SMF ten problem praktycznie nie występuje, dlatego ograniczenia wynikają głównie z tłumienia, jakości elementów optycznych i parametrów zastosowanych urządzeń.

Zalety światłowodu jednomodowego

Technologia jednomodowa sprawdza się wtedy, gdy istotne są duży zasięg, wysoka przepustowość i możliwość rozbudowy sieci bez wymiany medium transmisyjnego. Najważniejsze korzyści to:

• Duży zasięg – połączenia jednomodowe mogą obejmować dziesiątki kilometrów, a w określonych systemach także większe odległości bez regeneracji sygnału na każdym krótkim odcinku.
• Brak dyspersji modalnej – pojedynczy mod nie konkuruje z innymi ścieżkami światła, więc sygnał zachowuje wysoką jakość na długiej trasie.
• Wysoka przepustowość – możliwości transmisji ograniczają przede wszystkim transceivery, odbiorniki i standard sieci, a nie sama geometria włókna.
• Skalowalność – to samo włókno może obsługiwać kolejne generacje urządzeń, jeśli ich budżet mocy, długość fali i typ złączy są kompatybilne.
• Zastosowanie w FTTH – sieci Fiber to the Home wykorzystują włókna jednomodowe do doprowadzania sygnału od operatora do budynków i lokali.

SMF jest także podstawą wielu sieci szkieletowych, metropolitalnych i dalekosiężnych. W standardach takich jak G.652 określa się parametry włókna przeznaczonego do szerokiego zakresu zastosowań telekomunikacyjnych. W instalacjach, w których kabel musi wielokrotnie zmieniać kierunek, stosuje się również włókna o zmniejszonym promieniu gięcia, na przykład zgodne z rodziną G.657.

Wady i ograniczenia SMF

Ograniczenia światłowodu jednomodowego nie wynikają z niskiej jakości tej technologii. Są konsekwencją małego rdzenia i wymagań stawianych całemu torowi optycznemu. Trzeba uwzględnić przede wszystkim:

• Wyższy koszt osprzętu aktywnego – nadajniki i odbiorniki jednomodowe korzystają zwykle z laserów, które są droższe od prostszych źródeł stosowanych w części instalacji wielomodowych.
• Większą precyzję montażu – mały rdzeń wymaga dokładnego dopasowania włókien podczas spawania, zarabiania złączy i wykonywania pomiarów.
• Wrażliwość na zabrudzenia – kurz, tłuszcz lub inne zanieczyszczenia na czole złącza mogą powodować dodatkowe tłumienie i odbicia. Czyszczenie oraz kontrola mikroskopowa złączy są elementem poprawnej instalacji.
• Wymóg specjalistycznych narzędzi – przy złożonych trasach potrzebne mogą być spawarka światłowodowa, miernik mocy, źródło światła i reflektometr.
• Ryzyko uszkodzenia przy nieprawidłowym prowadzeniu – przekroczenie dopuszczalnego promienia gięcia lub zgniecenie kabla może pogorszyć parametry transmisji.

W praktyce większy koszt początkowy często równoważy możliwość wykorzystania tej samej infrastruktury przez wiele lat. Nie należy jednak łączyć bezpośrednio toru jednomodowego z wielomodowym. Oba typy można wykorzystać w jednej sieci za pośrednictwem odpowiednich urządzeń, ale nie są zamiennymi odcinkami tego samego połączenia optycznego.

Światłowód jednomodowy a wielomodowy

Wybór między SMF i MMF zależy głównie od długości trasy, planowanej przepustowości, dostępnego osprzętu oraz budżetu. Najważniejsze różnice przedstawia tabela:

Światłowód wielomodowy może być rozsądnym wyborem w obrębie jednej serwerowni, piętra lub budynku, gdy trasa jest krótka, a kompatybilny osprzęt jest już dostępny. Jednomodowy daje większy zapas dla przyszłej rozbudowy, szczególnie gdy trasa przekracza kilkaset metrów albo ma łączyć różne lokalizacje.

Kiedy wybrać światłowód jednomodowy?

SMF warto wybrać dla infrastruktury projektowanej na lata, połączeń dłuższych niż około 300–500 m oraz sieci FTTH, WAN i szkieletowych. W takich przypadkach koszt laserowych transceiverów i dokładniejszego montażu jest uzasadniony zasięgiem oraz możliwością późniejszego zwiększania przepustowości.

W małym biurze, pojedynczej szafie rackowej lub krótkim połączeniu wewnątrz budynku MMF może mieć korzystniejszy koszt całkowity. Decyzję powinny poprzedzić trzy informacje: długość trasy, planowana przepustowość i cena kompatybilnych modułów optycznych. Przy rozbudowanych trasach wymagających spawania oraz pomiarów lepiej uwzględnić pracę instalatora z odpowiednim sprzętem.

Wskazówka projektowa: jeżeli nie ogranicza Cię istniejący osprzęt, a sieć ma obsługiwać długi dystans lub rozwijać się przez wiele lat, światłowód jednomodowy zwykle zapewnia większy zapas techniczny niż wielomodowy.