Использование волоконно-оптических линий позволило добиться гигабитных скоростей в информационных сетях и на линиях магистральной связи. Передача и прием трафика осуществляется при помощи оптических приемопередатчиков (трансиверов), которыми оснащаются все виды современного телекоммуникационного оборудования. Приемопередатчик преобразует последовательность электрических сигналов в модулированный световой поток, передает его по оптоволоконному кабелю и выполняет функцию обратного преобразования на приеме. Самым распространенным типом оптических трансиверов являются модули SFP, о которых рассказывается в этой статье.

 

Что такое модуль SFP?

 

SFP модули (Small Form-factor Pluggable) представляют собой стандартизированную линейку оптических приемопередатчиков в едином форм-факторе, отличающихся компактностью размеров и высокими эксплуатационными характеристиками. Устройства устанавливаются в специальные слоты, расположенные на корпусе мультиплексоров, маршрутизаторов, коммутаторов и другого активного оборудования.

Преимущества SFP:

• опция «горячей» замены без отключения аппаратуры;
• возможность применения в оборудовании SDH, Gigabit Ethernet, WDM;
• работа в диапазоне скоростей 155 Мбит/с - 100 Гбит/с;
• универсальность применения для одномодового и мультимодового волокна на любой длине волны;
• расстояние между точками восстановления сигналов до 80 км;
• размещение до 48 оптических портов на одном сетевом устройстве за счет небольших габаритов;
• применение распространенных коннекторов - SC, LC;
• поддержка удаленной диагностики (DDM/DOM).

Благодаря большому потенциалу и универсальности применения, SFP модули занимают лидирующую позицию среди используемых на сегодняшний день приемопередатчиков, давая возможность реализовывать проекты любого масштаба на цифровых ВОЛС.

Разновидности SFP

 

На рынке представлено несколько вариантов модулей SFP, выполненных в едином форм-факторе, но отличающихся характеристиками и назначением. Каждый тип изделий предназначен для решения конкретных задач в составе того или иного телекоммуникационного оборудования.

 

SFP+

 

Распространенные трансиверы SFP+ поддерживают более скоростной трафик (до 10 Гбит/с) на оптоволоконных линиях с расстояниями между пунктами регенерации до 80 км. Потребность в подобных модулях возникла после появления и быстрого распространения сетей с 10-ти гигабитной пропускной способностью. Компактные размеры приемопередатчиков дают возможность значительного увеличения количества оптических слотов на сетевом оборудовании для подключения удаленных сетевых сегментов, организации логических стеков, соединения сетевых устройств. Стандартный модуль SFP способен работать в слотах для SFP+, но приемопередатчики SFP+ несовместимы с обычными SFP портами.

 

QSFP+

 

QSFP+ трансиверы предназначены для работы в слотах активного сетевого оборудования, используемого в высокоскоростных сетях Ethernet. Модули поддерживают скоростной трафик до 40 Гбит/с по двум одномодовым или многомодовым волокнам на длинах волн:

• одномод - 1270 - 1330 нм;
• мультимод - 850 нм.

Доступен контроль рабочих параметров устройств при помощи функционала удаленной диагностики.

 

XFP

 

Еще одной разновидностью являются модули XFP, предназначенные для работы в оптических портах мультиплексоров SDH, маршрутизаторов и коммутаторов сетей Gigabit Ethernet, систем волнового уплотнения WDM с пропускной способностью до 10 Гбит/с. Физической средой для передачи информации могут быть волоконно-оптические кабели как с одномодовым, так и с многомодовым оптоволокном. В зависимости от типа оптического волокна, длины волны и конкретной модели приемопередатчика поддерживается дальность участков переприема 300 метров - 120 километров. На трансиверы устанавливаются дуплексные разъемы LC.

 

xPON SFP

 

xPON SFP приемопередатчики устанавливаются в станционное и абонентское оборудование, входящее в состав сетей доступа GPON/GEPON. Изделия производятся на основе универсального форм-фактора и с металлическим корпусом. Устройства поддерживают стандартизованные скорости передачи/приема 1,25 Гбит/с и 1,5 Гбит/с. Трансиверы можно заменять без отключения оборудования. Эксплуатация возможна в температурном диапазоне до +85^О C.

 

SFP 100G

 

Особенность 100G модулей заключается в возможности единовременной передачи данных по 4 или 10 каналам в дуплексном режиме с общей пропускной способностью 100 Гбит/с. Скорость отдельного канала может быть соответственно 25 Гбит/с или 10 Гбит/с. Дальность и длины волн для разных типов оптоволоконных кабелей:

• одномод - до 40 км на 1295,56/1300,05/1304,58/1309,14 нм;
• мультимод - до 150 метров на 850 нм.

Поддерживается функция удаленного мониторинга и «горячей» замены.

 

SFP CWDM

 

Нишевым решением стали SFP CWDM модули, предназначенные для работы в системах грубого спектрального уплотнения. Передача трафика, полученного от нескольких отдельных каналов, осуществляется по двум оптическим волокнам. Рабочие длины волн ограничены диапазоном 1270 - 1610 нм с межканальным интервалом порядка 20 нм. Возможна работа по волоконно-оптическим кабелям с одномодовым или мультимодовым оптоволокном, пропускной способностью  155 Мбит/с - 10 Гбит/с, на дальность, зависящую от типа ОВ и характеристик модуля.

 

SFP DWDM

 

Узкой специализацией отличаются и SFP DWDM модули, применяемые в сложных мультиплексорах с плотным спектральным уплотнением, передающих до 80 отдельных каналов по двум волокнам или 40 каналов по одному волокну. Для мультиплексирования используется диапазон волн 1528 - 1565 нм с межканальным интервалом 0,8 нм. Поддерживается пропускная способность 1,25 - 10 Гбит/с.

 

Технология производства модулей SFP

 

Приемопередатчики SFP производятся в соответствии с конструкторской и технологической документацией. При проектировании применяются новейшие системы CAD с большим потенциалом для выполнения сложных задач. Производственные помещения соответствуют требованиям российских руководящих документов, регламентирующих температуру, влажность, процент содержания пыли, антистатическую защиту.

Производственный цикл включает несколько этапов:

• проверку качества электронных плат и компонентов;
• сборку печатных плат с установкой элементов по технологии SMD методом поверхностного монтажа;
• пайку деталей;
• отладку готовых трансиверов;
• тестирование и калибровку изделий;
• маркировку с присвоением серийного номера.

Высокое качество изготовления и тестирования обеспечивается комплексом дорогостоящего профессионального оборудования и измерительных средств, позволяющим производить высокотехнологичную продукцию на уровне международных стандартов.

 

Устройство и принцип работы модуля SFP

 

Трансивер SFP работает в дуплексном режиме, одновременно выполняя функции передачи информационных электрических сигналов, преобразованных в световое излучение, и приема модулированного светового потока с его конвертированием в цифровой вид.

Модуль включает специализированные порты излучателя и фотоприемника, электронные схемы, необходимые для обеспечения тока накачки излучателя, опто-электронного и электронно-оптического преобразования, термостабилизации и ряда других функций. Электронная схема размещается в металлическом корпусе. Для присоединения волоконно-оптического патчкорда устанавливается разъем LC или SC.

Вариант излучающего элемента зависит от назначения трансивера и типа оптоволоконного кабеля. На практике применяются несколько типов лазеров:

• Фабри-Перо - находят применение на локальных линиях с одномодовым и мультимодовым волокном протяженностью до нескольких километров с пропускной способностью до 1 Гбит/с. Отличаются невысокой ценой и средними параметрами;
• вертикально-излучающие (VCSEL) - предназначены для работы в небольшой оптической сети на основе коротких многомодовых линий. Особенности - низкая стоимость, поддержка скоростей до 10 Гбит/с с дальностью в несколько сотен метров;
• динамические одномодовые с распределенной обратной связью - используются для одномодовых кабелей, благодаря узкому спектру излучения. Сложности технологии определяют более высокую цену излучателей. Передача данных осуществляется на скоростях до 10 Гбит/с и расстояние до 80 км, а с регенерацией сигнала - на сотни километров. Лазеры данного вида применяются в CWDM системах;
• с внешним резонатором - отличаются сложностью и самой большой ценой. Формируют наиболее узкий спектр излучения, оптимальный для передачи данных со скоростями до 100 Гбит/с на расстояния до 100 км без регенерации. Область применения - цифровые системы  SDH, CWDM и DWDM, активное сетевое оборудование.

В трансиверах используются фотоприемники на основе APD фотодиода, обеспечивающего повышенный уровень чувствительности. Свет поступает на фотоприемник, усиливаются, преобразуется в цифровой поток с восстановлением тактовой частоты, автоопределением стандарта сигнала, декодированием и подсчетом количества ошибок в тракте.

 

Надеемся, что наша статья окажется полезной для многих людей, интересующихся современными решениями в области цифровой связи по ВОЛС.