全面講解光纖,、光模塊,、光纖交換機、光模塊組網(wǎng)設(shè)計與案例

螞蟻家園 2021-09-16

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光纖組網(wǎng)已是當(dāng)今建筑智能化弱電行業(yè)里一種常見的組網(wǎng)方式,，組建遠距離無線,、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)時，往往需要使用光纖進行連接通信,，使用光纖收發(fā)器是經(jīng)濟適用型做法,，尤其是在室外的使用。其實光纖收發(fā)器不僅可以成對使用,，還可以配合光纖交換機使用,。

光纖、光模塊,、光纖交換機,、光模塊組網(wǎng)知識分享

光纖

由玻璃或塑料制成的纖維，用于傳輸光信號,。傳輸原理是'光的全反射’,。具有保密性好、重量輕,、抗干擾能力強,、距離遠、數(shù)據(jù)帶寬高的優(yōu)點,，光纖支持的傳輸速率包括100Mbps,，1Gbps，10Gbps及更高,。

光纖分類

光纖傳輸?shù)?strong>常用波長有：850,、1310、1490,、1550nm,，按照光纖傳輸光信號模式分為單模光纖（SMF）和多模光纖（MMF）：

單模光纖：只能傳輸一種模式的光，適用于長距離傳輸,。

多模光纖：可以傳輸多種模式的光,，適用于機房內(nèi)等短距離傳輸。

光纖的常見接口類型

光模塊

光模塊分類

按封裝：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,。

按波長：常規(guī)波長,、CWDM、DWDM等,。

按模式：單模光纖（黃色）,、多模光纖（橘紅色）。

按使用性：熱插拔（GBIC,、 SFP,、XFP、XENPAK）和非熱插拔（1*9,、SFF）,。

封裝形式是光模塊基本原理

光收發(fā)一體模塊（Optical Transceiver)

光收發(fā)一體模塊是光通信的核心器件，完成對光信號的光-電/電-光轉(zhuǎn)換,。

由兩部分組成：接收部分和發(fā)射部分,。接收部分實現(xiàn)光-電變換，發(fā)射部分實現(xiàn)電-光變換,。

發(fā)射部分：

輸入一定碼率的電信號經(jīng)內(nèi)部的驅(qū)動芯片處理后驅(qū)動半導(dǎo)體激光器(LD)或發(fā)光二極管(LED)

發(fā)射出相應(yīng)速率的調(diào)制光信號,，其內(nèi)部帶有光功率自動控制電路(APC)，使輸出的光信號功率保持穩(wěn)定,。

接收部分：

一定碼率的光信號輸入模塊后由光探測二極管轉(zhuǎn)換為電信號,，經(jīng)前置放大器后輸出相應(yīng)碼率的電信號，輸出的信號一般為PECL電平,。同時在輸入光功率小于一定值后會輸出一個告警信號,。

負責(zé)進行光電轉(zhuǎn)換，發(fā)送端把電信號轉(zhuǎn)換成光信號,，通過光纖傳送后,，接收端再把光信號轉(zhuǎn)換成電信號,。常見的光模塊速率：155M(百兆),、1.25G(千兆)、 10G(萬兆),、40G,。

光模塊的主要參數(shù)

1. 傳輸速率

傳輸速率指每秒傳輸比特數(shù),，單位Mb/s 或Gb/s,。主要速率：百兆,、千兆、2.5G,、4.25G和萬兆,。

2.傳輸距離

光模塊的傳輸距離分為短距,、中距和長距三種。一般認為2km 及以下的為短距離，10～20km 的為中距離,，30km,、40km 及以上的為長距離。

■光模塊的傳輸距離受到限制,，主要是因為光信號在光纖中傳輸時會有一定的損耗和色散,。

光模塊類型

光纖的端面與直徑

· 按照光纖連接器連接頭內(nèi)插針端面分：PC,，SPC，UPC,，APC

· 按照光纖連接器的直徑分：Φ3,，Φ2, Φ0.9

按照光纖的類型分：

單模光纖連接器（一般為G.652 纖：光纖內(nèi)徑9um，外徑125um）,；

多模光纖連接器（一種是G.651 纖其內(nèi)徑50um，外徑125um；另一種是內(nèi)徑62.5um,，外徑125um）,；

按照光纖連接器的連接頭形式分：FC，SC,，ST,，LC,，MU，MTRJ 等等，目前常用的有FC，SC,，ST，LC

SC（Subscriber Connector Standard Connector，標準光纖連接器），由日本NTT公司開發(fā)的模塑插拔耦合式連接器,。其外殼采用模塑工藝,，用鑄模玻璃纖維塑料制成,，呈矩形,；插針由精密陶瓷制成,，耦合套筒為金屬開縫套管結(jié)構(gòu)。緊固方式采用插拔銷式,，不需要旋轉(zhuǎn)。外觀圖如下所示：

注意：為了保護光纖連接器的清潔，請務(wù)必保證在未連接光纖時蓋上防塵帽,。

接口指標

輸出光功率

輸出光功率指光模塊發(fā)送端光源的輸出光功率,。

可以理解為光的強度,，單位為W或mW或dBm。其中W或mW為線性單位,，dBm為對數(shù)單位,。在通信中，我們通常使用dBm來表示光功率,。

公式： P(dBm)=10Log(P/1mW)

光功率衰減一半,，降低3dB，0dBm的光功率對應(yīng)1mW使用光功率計測量,。針對PON產(chǎn)品,，由于其ONU端采用的是突發(fā)模式，因此需使用專用的光功率計進行測量,，串接在線路中,，可以即時給出當(dāng)前上行和下行的光功率。

接收靈敏度

接收靈敏度指的是在一定速率,、誤碼率情況下光模塊的最小接收光功率,，單位：dBm。一般情況下,，速率越高接收靈敏度越差,，即最小接收光功率越大，對于光模塊接收端器件的要求也越高,。

考慮到光纖老化或其他不可預(yù)見因素導(dǎo)致的鏈路損耗增大,，最佳接收光功率范圍控制在接收靈敏度以上2-3dB?至過載點以下2-3dB,，即上圖中的白色區(qū)域。

光模塊分類

按光模塊模式分類

單模：傳輸距離遠

多模：傳輸距離近,，一般小于≤2km

光模塊發(fā)射光功率和接收靈敏度

發(fā)射光功率指發(fā)射端的光強,，接收靈敏度指可以探測到的光強度。兩者都以dBm為單位,，是影響傳輸距離的重要參數(shù),。光模塊可傳輸?shù)木嚯x主要受到損耗和色散兩方面受限。損耗限制可以根據(jù)公式：

損耗受限距離＝（發(fā)射光功率‐接收靈敏度）/光纖衰減量來估算,。

光纖衰減量和實際選用的光纖相關(guān),。一般目前的G.652光纖可以做到1310nm波段0.5dB/km，1550nm波段0.3dB/km甚至更佳,。50um多模光纖在850nm波段4dB/km 1310nm波段2dB/km,。對于百兆、千兆的光模塊色散受限遠大于損耗受限,，可以不作考慮,。

按鏈路資源分類

單纖光模塊

飽和光功率值

指光模塊接收端最大可以探測到的光功率，一般為‐3dBm,。當(dāng)接收光功率大于飽和光功率的時候同樣會導(dǎo)致誤碼產(chǎn)生,。因此對于發(fā)射光功率大的光模塊不加衰減回環(huán)測試會出現(xiàn)誤碼現(xiàn)象。

光飽和度

又稱飽和光功率,，指的是在一定的傳輸速率下,，維持一定的誤碼率（10-10～10-12）時的最大輸入光功率，單位：dBm,。

■需要注意的是,，光探測器在強光照射下會出現(xiàn)光電流飽和現(xiàn)象，當(dāng)出現(xiàn)此現(xiàn)象后,，探測器需要一定的時間恢復(fù),，此時接收靈敏度下降，接收到的信號有可能出現(xiàn)誤判而造成誤碼現(xiàn)象,，而且還非常容易損壞接收端探測器,，在使用操作中應(yīng)盡量避免超出其飽和光功率。注意對于長距光模塊,，由于其平均輸出光功率一般大于其最大輸入光功率（即光飽和度）,，因此請用戶使用時關(guān)注光纖使用長度，以保證到達光模塊的實際接收光功率小于其光飽和度,，否則有可能造成光模塊的損壞,。

雙纖光模塊

光模塊的選擇

隨著光模塊的廣泛，越來越多的客戶開始關(guān)注模塊本身穩(wěn)定性和可靠性的特點?，F(xiàn)在市場上流行的光模塊一共有三種：原裝光模塊,、二手光模塊和兼容光模塊,。

眾所周知,，原裝光模塊的價格非常高,，許多廠商只能望而卻步。而至于二手光模塊,，雖然其價格比較低,，但是質(zhì)量卻得不到保證，經(jīng)常在使用半年后就會出現(xiàn)丟包的現(xiàn)象,。因此,，許多廠商紛紛把視線轉(zhuǎn)向了兼容光模塊。的確,，兼容光模塊在使用中,，其性能與原裝光模塊幾乎無二，而在價格上更比原裝光模塊便宜好幾倍,，這也是兼容光模塊能大熱的原因,。

但是，市場上的商品良莠不齊,，許多商家又以次充好,、魚目混珠，對光模塊的選取造成了一定的難度,，下面就纖細談?wù)劰饽K的選擇：

第一,，我們?nèi)绾畏直嫘碌墓饽K和二手光模塊呢？

上面我們提到了,，二手光模塊經(jīng)常會在使用半年后出現(xiàn)丟包的情況,，這是因為它光功率不穩(wěn)和光靈敏度下降等原因造成的。如果我們有光功率計的話,，可以拿出來測一測,，看看其的光功率是否與數(shù)據(jù)手冊上的參數(shù)一致。如果出入太大,，則為二手光模塊,。

第二，觀察光模塊售后的使用情況,。

一個正常的光模塊的使用壽命為5年,，在第一年中基本很難看出光模塊的好壞，但是在其使用的第二年或第三年就可以看出來了,。

第三,，看光模塊與設(shè)備之間的兼容性如何。

消費者在購買前,，需和供應(yīng)商進行溝通,，告知其需要使用在哪個品牌的設(shè)備上,。

第四，我們還要看光模塊的溫度適應(yīng)能力怎么樣,。

光模塊本身在工作時產(chǎn)生的溫度并不高,，但是它一般的工作環(huán)境都是在機房或是在交換機上，溫度過高或者過低都會影響其光功率,、光靈敏度等參數(shù),。一般情況下所使用的光模塊溫度范圍在0~70°C即可，如果在極冷或者極熱的環(huán)境,，則需使用工業(yè)級-40~85°C的光模塊,。

光模塊配對原則

上圖方法，內(nèi)置光模塊的設(shè)備同樣適用哦~,！

由于光模塊進行傳輸數(shù)據(jù)時分為發(fā)送和接收兩個方向,，雙纖光模塊通過不同的端口區(qū)分，單纖光模塊通過不同的光波長區(qū)分,，如下,。

因此在使用單纖的光模塊時，兩端光模塊的波長要匹配,，即TX/RX相反,。

雙纖光模塊，兩端同型號

單纖光模塊,，兩端光模塊波長TX和RX相反,，其他一致。

單項光模塊咱給大家舉個例子：?？祮卫w模塊,，型號上標識的波長都是發(fā)送波長，如HK-SFP-1.25G-20-1310,，表示發(fā)送波長1310nm,，接收波長1550nm。和它配對的模塊是HK-SFP-1.25G-20-1550,。

光模塊組網(wǎng)方式

常見問題解答

交換機關(guān)口是否需要開啟,？

未配置過的可網(wǎng)管交換機除了光電復(fù)用口的光口需要開啟外，其他交換機的光口均是即插即用,，無需配置開啟,。

光口不亮怎么處理？常見排查分四個步驟：

1.檢查設(shè)備光口和使用的光模塊速率是否匹配,。

2.檢查兩端使用的光模塊是否配對,。

3.檢查使用的光纖是否和光模塊匹配，單模光模塊使用單模光纖,，多模光模塊使用多模光纖

雙纖光模塊,，一端的兩根光纖左右對調(diào)下

4.檢查光纖鏈路是否OK,，使用短纖進行測試。

光纖收發(fā)器的一般組網(wǎng)方式

光纖交換機

方案一

比較常見且穩(wěn)定的傳輸方案,，適用于小型項目,。

一對一傳輸方式

這是光纖收發(fā)器比較常見的應(yīng)用方式，傳統(tǒng)的一對一的方式,，即前端1光1電,，后端1光1電，或者前端1光2/4/8電口,，后端1光1電的連接方式。應(yīng)用在中小型的遠距離網(wǎng)絡(luò)中比較多,，比較明顯的就是只有一對光纖收發(fā)器,。

方案二

前端直接用1光多電的收發(fā)器連接攝像機，少用了一次交換機的中繼,。

方案三

機房端收發(fā)器采用集中供電方式,，節(jié)省了電源布線的繁瑣，管理起來更加方便,。

方案四

前端1光多電,，后端收發(fā)器機架集中供電。

方案五

在一些項目施工布線過程中,，采用傳統(tǒng)的布線方式光纖資源不夠用的情況下,，可以采用前端2光多電級聯(lián)型的收發(fā)器，連接多個攝像機,。

方案六

前端級聯(lián)型收發(fā)器鏈接多個攝像機,，通常一芯光纖上可以鏈接十幾個二光多電的收發(fā)器，后端用收發(fā)器機架集中供電,，統(tǒng)一管理,。

方案七

前端用交換機+收發(fā)器、1光多電收發(fā)器兩種方式混合使用,，后端用4光2電匯聚型收發(fā)器接收,。隨著多光口匯聚型光電交換機越來越多的使用，產(chǎn)品逐漸穩(wěn)定,。不足的地方是,，后端4光2電匯聚型光電交換機，一旦1個光口壞了,，需要整機返廠維修,，影響到其他線路上攝像機的傳輸。

方案八

前端用交換機+收發(fā)器,、1光多電收發(fā)器兩種方式混合使用,，后端用8光2電匯聚型收發(fā)器接收,。隨著多光口匯聚型光電交換機越來越多的使用，產(chǎn)品逐漸穩(wěn)定,。不足的地方是,，后端8光2電匯聚型光電交換機，一旦1個光口壞了,，需要整機返廠維修,，影響到其他線路上攝像機的傳輸，當(dāng)然了插SFP模塊的光電交換機除外,。