Hướng dẫn kỹ thuật chi tiết Công nghệ thu phát BiDi

Bộ thu phát BiDi là gì

A Bộ thu phát BiDi(viết tắt của máy thu phát hai chiều), còn được gọi là máy thu phátmô-đun SFP hai chiều, là mộtmáy thu phát sợi quangđiều đó cho phépgiao tiếp hai chiềutrên một sợi đơn. Không giống như mô-đun quang học kép{1}}truyền thống,Bộ thu phát BiDi SFPsử dụng công nghệ ghép kênh phân chia theo bước sóng (WDM) để truyền đồng thời tín hiệu ở các bước sóng khác nhau trong cùng một sợi, từ đó bảo toàn tài nguyên sợi. Công nghệ này hiện đang được triển khai rộng rãi ởFTTHmạng truy cập, kết nối trung tâm dữ liệu, mạng khuôn viên doanh nghiệp và các tình huống khác.
 

Nguyên lý làm việc của mô-đun BiDi SFP

Thành phần cốt lõi của mộtMô-đun BiDi SFPlà bộ lọc WDM (còn được gọi là bộ song công hoặc bộ phối hợp). Thiết bị này tách và kết hợp các tín hiệu quang ở các bước sóng khác nhau, cho phépgiao tiếp hai chiềutrên một sợi đơn.

Quy trình làm việc cụ thể: Laser của máy phát tạo ra tín hiệu quang ở bước sóng cụ thể (chẳng hạn nhưsợi 1310nm), được ghép vào sợi quang thông qua bộ lọc WDM và được truyền đi. Đồng thời, tín hiệu quang ở bước sóng khác (chẳng hạn như 1550nm) nhận được từ sợi quang sẽ được phân tách bằng bộ lọc WDM và gửi đến bộ tách sóng quang để chuyển đổi thành tín hiệu điện.

Bộ thu phát BiDi SFPphải được sử dụng theo cặp. Nếu đầu A truyền ở bước sóng 1310nm và nhận ở bước sóng 1550nm thì đầu B phải truyền ở bước sóng 1550nm và nhận ở bước sóng 1310nm. Việc ghép bước sóng không chính xác sẽ ngăn cản việc thiết lập liên kết. Các kết hợp bước sóng phổ biến bao gồm: 1310nm/1490nm, 1310nm/1550nm, 1270nm/1330nm và các bước sóng khác.

Sự kết hợp bước sóng khác nhau phù hợp với các khoảng cách truyền khác nhau. Sự kết hợp 1310nm/1550nm thường được sử dụng để truyền khoảng cách-trung bình đến dài (20-120km) vì hai bước sóng này có độ suy giảm thấp hơn trong sợi quang-chế độ đơn; 1270nm/1330nm chủ yếu được sử dụng cho các ứng dụng khoảng cách ngắn và trung bình tốc độ 10G trở lên (10-40km).

Cấu trúc bên trong của mô-đun BiDi SFP

Mô-đun BiDi SFPchủ yếu bao gồm các thành phần sau:

TOSA (Bộ phận phụ{0}}máy phát quang): Chứa một diode laser (LD) và mạch điều khiển, chịu trách nhiệm chuyển đổi tín hiệu điện thành tín hiệu quang ở bước sóng cụ thể. Các loại laser phổ biến bao gồm laser DFB (phản hồi phân tán) và laser FP (Fabry-Perot). Laser DFB có độ ổn định bước sóng tuyệt vời và phù hợp để truyền-khoảng cách xa; Laser FP có hiệu quả về mặt chi phí và chủ yếu được sử dụng cho các ứng dụng ở khoảng cách ngắn.

ROSA (Bộ-bộ thu quang phụ): Chứa bộ tách sóng quang (PIN hoặc APD) và mạch tiền khuếch đại, chịu trách nhiệm chuyển đổi tín hiệu quang nhận được thành tín hiệu điện. Trình phát hiện mã PIN được sử dụng cho các ứng dụng thông thường, trong khi trình phát hiện APD có độ nhạy cao hơn và được sử dụng để truyền-khoảng cách xa.

Bộ lọc WDM: Thành phần quan trọng của mô-đun BiDi, sử dụng-công nghệ lọc màng mỏng hoặc công nghệ cách tử để phân tách tín hiệu quang truyền và nhận ở các bước sóng khác nhau. Hiệu suất của bộ lọc ảnh hưởng trực tiếp đến thông số kỹ thuật cách ly và mất chèn của mô-đun. Bộ lọc chất lượng cao-có thể đạt được mức cách ly kênh trên 30dB, đảm bảo rằng tín hiệu truyền và nhận không gây nhiễu lẫn nhau.

Bảng mạch và giao diện: Cung cấp các chức năng quản lý nguồn, xử lý tín hiệu và DDM (Giám sát chẩn đoán kỹ thuật số). Tuân thủ các tiêu chuẩn như SFF-8472, nó cho phép đọc các thông số mô-đun như nhiệt độ, điện áp và công suất quang thông qua giao diện I²C.

Toàn bộ mô-đun được đóng gói trong các vỏ SFP, SFP +, QSFP tiêu chuẩn hoặc các vỏ khác, vớiSChoặcLCgiao diện đơn giản tại cổng.
 

Ưu điểm của bộ thu phát BiDi SFP

Giảm sử dụng chất xơ: Giải pháp truyền dẫn sợi quang đơn-giảm mức sử dụng sợi quang tới 50%, mang lại lợi thế đáng kể trong các dự án có tài nguyên sợi bị hạn chế hoặc chi phí cáp cao. Đặc biệt trong các kịch bản triển khai quy mô lớn-như mạng khu vực đô thị và mạng truy cập FTTH, mức tiết kiệm chi phí cho cáp quang là rất đáng kể. Một nghiên cứu điển hình về trung tâm dữ liệu cho thấy rằng việc áp dụng giải pháp BiDi đã giảm chi phí xây dựng và mua sắm sợi quang khoảng 35%.

Lắp đặt cáp đơn giản: Giảm số lượng mối nối sợi tổng hợp và cổng ODF, giảm độ phức tạp trong xây dựng và chi phí nhân công. Trong các dự án trang bị thêm, tài nguyên sợi đơn{1}}lõi hiện có có thể được tận dụng tối đa mà không cần nối lại dây. Điều này đặc biệt quan trọng đối với các trung tâm dữ liệu cũ có không gian phòng thiết bị chật hẹp và khay cáp đầy đủ.

Giảm chiếm dụng không gian: Thiết kế-cổng đơn giúp giảm không gian bị chiếm dụng bởi bảng vá lỗi và tủ, giúp thiết bị này phù hợp với môi trường triển khai mật độ-cao. Bảng vá lỗi BiDi 24 cổng có thể quản lý 48 liên kết, tăng gấp đôi hiệu quả sử dụng không gian.

Tính linh hoạt cao: Trong quá trình nâng cấp mạng, nếu tài nguyên cáp quang hiện có không đủ,Sợi BiDiviệc triển khai có thể nhanh chóng mở rộng công suất mà không cần phải nối lại quy mô lớn. Tính linh hoạt này rất có giá trị đối với các tình huống đòi hỏi tính liên tục trong kinh doanh cao.

Tuy nhiên, giải pháp BiDi cũng có những hạn chế. Truyền dẫn sợi đơn{1}}đặt ra yêu cầu cao hơn về chất lượng sợi, với các yếu tố như bán kính uốn cong và độ sạch có tác động lớn hơn đến hiệu suất truyền dẫn. Sự nhiễm bẩn bề mặt-đầu sợi quang hoặc sự uốn cong quá mức có thể làm tăng nhiễu xuyên âm giữa hai tín hiệu bước sóng, ảnh hưởng đến độ ổn định của liên kết. Ngoài ra, trong quá trình cách ly lỗi, không giống như các giải pháp sợi quang kép-có thể kiểm tra riêng các liên kết TX và RX,Sợi BiDiyêu cầu đánh giá tổng thể, khiến việc bảo trì trở nên khó khăn hơn một chút.

Mô-đun BiDi SFP so với mô-đun cáp quang-kép truyền thống

Sự khác biệt cơ bản giữaMô-đun BiDi SFPvà mô-đun quang kép{0}}truyền thống nằm ở cách chúng sử dụng phương tiện truyền dẫn vật lý.Triển khai sợi song côngsử dụng hai sợi độc lập, một sợi dành riêng cho truyền và một sợi để nhận, với sự cách ly hoàn toàn của lớp vật lý.Bộ thu phát BiDiđạt được truyền dẫn hai chiều qua một sợi quang thông qua công nghệ ghép kênh phân chia bước sóng.

Biểu mẫu giao diện
Mô-đun quang-kép sử dụng giao diện song công LC hoặc SC với hai cổng;mô-đun SFP hai chiềusử dụng giao diện đơn giản chỉ có một cổng.

Cách sử dụng theo cặp
Mô-đun quang-kép truyền thống có thể sử dụng các mô-đun giống hệt nhau ở cả hai đầu (chẳng hạn như 1000BASE-LX ở cả hai đầu) vì bước sóng truyền và nhận của chúng giống nhau.Bộ thu phát BiDi SFPphải được sử dụng theo cặp với các kết hợp bước sóng khác nhau (chẳng hạn như 1310nm TX/1550nm RX ở một đầu và 1550nm TX/1310nm RX ở đầu kia).

Quan điểm chi phí
Mô-đun BiDi SFPđơn giá thường cao hơn 20%-40% so với các mô-đun sợi quang kép-có thể so sánh được vì bộ lọc WDM làm tăng thêm chi phí sản xuất. Tuy nhiên, trong các dự án yêu cầu hệ thống cáp đường dài hoặc nơi tài nguyên cáp quang bị hạn chế, tổng chi phí (mô-đun + cáp quang + xây dựng) có thể thấp hơn.

Độ tin cậy
Giải pháp-cáp kép có khả năng chống-nhiễu mạnh hơn một chút do cách ly vật lý quá trình truyền và nhận; Giải pháp BiDi phụ thuộc vào hiệu suất của bộ lọc và có yêu cầu chất lượng sợi chặt chẽ hơn. Tuy nhiên, với quy trình sản xuất được cải tiến, hiện đạiMô-đun BiDi SFPcó độ tin cậy gần bằng mô-đun sợi quang kép.

Điều quan trọng cần lưu ý là "hai chiều" và "song công" là hai khái niệm khác nhau. Song công đề cập đến phương thức truyền dữ liệu (song công hoàn toàn hoặc bán song công), trong khiBiDiđề cập đến phương pháp sử dụng phương tiện vật lý.Bộ thu phát BiDi SFPvẫn hoạt động ở chế độ song công hoàn toàn, chỉ được thực hiện trên một sợi quang.
 

Các loại máy thu phát BiDi

Phân loại theo tốc độ

1G BiDi SFP: Được sử dụng cho Gigabit Ethernet, đây hiện là loại mô-đun BiDi được triển khai rộng rãi nhất. Sự kết hợp bước sóng điển hình là 1310nm/1490nm hoặc 1310nm/1550nm, với khoảng cách truyền từ 3km đến 120km. Chủ yếu được áp dụng trong mạng doanh nghiệp, mạng trường học, truy cập FTTH và các tình huống khác.

10G BiDiSFP+: Được sử dụng cho 10 Gigabit Ethernet, kết hợp bước sóng thường là 1270nm/1330nm (khoảng cách ngắn đến trung bình) hoặc 1490nm/1550nm (khoảng cách dài). Khoảng cách truyền từ 10km đến 80km. Được áp dụng rộng rãi trong các kết nối trung tâm dữ liệu, mạng khu vực đô thị và các tình huống khác.

25G BiDi SFP28: Được sử dụng cho Ethernet 25G, sử dụng khoảng cách bước sóng hẹp hơn (chẳng hạn như 1295nm/1309nm), với khoảng cách truyền là 10-40km. Chủ yếu được sử dụng cho mạng lưu trữ và truy cập máy chủ trong các trung tâm dữ liệu hiệu suất cao.

40G BiDi QSFP+: Sử dụng thiết kế sợi quang kép nhưng tích hợpWDMcông nghệ, với mỗi sợi quang mang truyền dẫn hai chiều 20Gbps. Sử dụng dải bước sóng 832-918nm, hoạt động trên sợi đa mode OM3/OM4, với khoảng cách truyền 100-150 mét. Thích hợp cho kết nối mật độ cao trong các trung tâm dữ liệu.

100G BiDi QSFP28: Sử dụng công nghệ điều chế PAM4, với một bước sóng duy nhất mang tốc độ 50Gbps, đạt được tốc độ truyền hai chiều 100G qua một sợi quang-chế độ đơn. Khoảng cách truyền 10{6}}40km, dùng cho kết nối giữa các trung tâm dữ liệu.

Phân loại theo công nghệ bước sóng

BiDi chuẩn: Sử dụng các cặp bước sóng cố định, chẳng hạn như 1310nm/1550nm. Chi phí thấp hơn và được áp dụng rộng rãi nhất.

CWDM BiDi: Sử dụng công nghệ ghép kênh phân chia bước sóng thô, dải bước sóng 1270nm-1610nm, với khoảng cách bước sóng 20nm. Có thể ghép nhiều bước sóng trên một sợi quang, phù hợp với mạng khu vực đô thị và truyền dẫn đường dài.

DWDM BiDi: Sử dụng công nghệ ghép kênh phân chia bước sóng dày đặc, với khoảng cách bước sóng chỉ 0,8nm (100GHz) hoặc 0,4nm (50GHz), tuân thủ các tiêu chuẩn ITU-T G.694.1. Được sử dụng cho mạng đường trục và truyền khoảng cách cực dài, đạt được mức sử dụng phổ sợi quang cực cao.

Phân loại theo kịch bản ứng dụng

Mô-đun PON BiDi: Được thiết kế đặc biệt cho các mạng quang thụ động FTTH/FTTB, chẳng hạn như EPON, GPON, 10G-EPON, v.v. Bên OLT và phía ONU sử dụng các kết hợp bước sóng khác nhau, với cấu hình điển hình là 1490nm xuôi dòng/ngược dòng 1310nm. Một số hệ thống PON cũng phủ bước sóng 1550nm để truyền tín hiệu CATV.

Mô-đun BiDi của trung tâm dữ liệu: Được tối ưu hóa cho môi trường trung tâm dữ liệu, hỗ trợ chức năng DDM, mức tiêu thụ điện năng thấp và triển khai mật độ- cao. Mức giá phổ biến là 10G, 25G và 100G.

Nhà cung cấp dịch vụ-Mô-đun BiDi cấp: Đáp ứng các yêu cầu về độ tin cậy ở cấp độ nhà cung cấp dịch vụ-, với phạm vi nhiệt độ hoạt động từ -40 độ đến +85 độ, vượt qua thử nghiệm môi trường nghiêm ngặt. Được sử dụng trong các trạm gốc ngoài trời, các nút mạng khu vực đô thị và các môi trường khắc nghiệt khác.

Mô-đun BiDi cấp công nghiệp-: Khả năng chống nhiễu-nâng cao và độ bền cơ học, phù hợp với tự động hóa công nghiệp, giao thông thông minh và các tình huống khác.

Lĩnh vực ứng dụng của bộ thu phát BiDi

Cáp quang FTTH-tới--Trang chủ: Kịch bản ứng dụng chính cho các mạng truy cập băng thông rộng của nhà cung cấp dịch vụ.BiDigiải pháp giữa OLT và ONU tiết kiệm 50% chi phí mạng phân phối quang (ODN). Hàng trăm triệu người dùng FTTH trên toàn thế giới sử dụng công nghệ BiDi. Dữ liệu xuôi dòng thường sử dụng bước sóng 1490nm, dữ liệu ngược dòng sử dụng bước sóng 1310nm và một số hệ thống cũng sử dụng 1550nm để truyền tín hiệu CATV, đạt được khả năng ghép kênh ba bước sóng.

Mạng trung tâm dữ liệu: Kết nối giá đỡ-đến-giá đỡ, sàn-đến-sàn và kết nối khuôn viên trường-với-trường học. Trong các trung tâm dữ liệu đám mây có mật độ-cao,BiDicác giải pháp có thể giảm mức sử dụng cáp quang tới 50%, giảm độ phức tạp của hệ thống cáp. Đặc biệt trong các dự án trang bị thêm, khi tài nguyên cáp quang hiện có không thể đáp ứng yêu cầu nâng cấp băng thông thì BiDi là giải pháp tiết kiệm nhất.10G BiDi SFP+Và25G BiDi SFP28là những mô hình được sử dụng phổ biến trong các trung tâm dữ liệu.

Mạng trường doanh nghiệp: Kết nối mạng doanh nghiệp chéo-tòa nhà và-chặn chéo mạng doanh nghiệp. So với việc triển khai gấp đôi số lượng cáp quang,BiDigiải pháp có thể giảm đáng kể chi phí xây dựng và thời gian. Thích hợp cho mạng phân tán trong trường học, bệnh viện, khu công nghiệp và các địa điểm khác.

Hệ thống giám sát an ninh: Các dự án giám sát lớn thường liên quan đến hàng trăm hoặc thậm chí hàng nghìn camera, với khối lượng công việc cáp quang khổng lồ.BiDicác giải pháp có thể giảm 50% mối nối nhiệt hạch và cổng ODF, đẩy nhanh tiến độ xây dựng và giảm tỷ lệ hỏng hóc. Đặc biệt trong các dự án trang bị thêm, tài nguyên sợi đơn{2}}lõi hiện có có thể được tận dụng tối đa.

Mạng 5G Fronthaul/Mạng trung gian: Truyền dữ liệu giữa các trạm gốc thông tin di động và mạng lõi. Với yêu cầu về băng thông và mật độ trạm gốc 5G cao, công nghệ BiDi tiết kiệm tài nguyên cáp quang một cách hiệu quả.Mô-đun BiDi 10G/25Gđược ứng dụng rộng rãi trong mạng 5G.

Ethernet công nghiệp: Các kịch bản như nhà máy thông minh, hệ thống điện và điều khiển giao thông. Môi trường công nghiệp có yêu cầu về độ tin cậy cao nhưng thường có không gian cáp hạn chế.BiDigiải pháp giảm mức sử dụng cáp quang đồng thời giảm độ khó đi cáp. Mô-đun BiDi cấp công nghiệp-có thiết kế nhiệt độ rộng và khả năng chống nhiễu-nâng cao.

Mạng phát sóng: Dịch vụ truyền tín hiệu CATV và IPTV. Một số mạng phát sóng sử dụng công nghệ BiDi để đạt được sự chuyển đổi cáp quang của mạng HFC, nâng cấp dung lượng mạng bằng cách sử dụng tài nguyên cáp quang hiện có.

Ứng dụng thành phố thông minh: Các kịch bản IoT như giao thông thông minh, chiếu sáng đường phố thông minh và giám sát môi trường. Các ứng dụng này thường có các điểm triển khai rải rác và khoảng cách xa, vớiBiDigiải pháp giảm đáng kể chi phí cơ sở hạ tầng cáp quang.

Điều quan trọng cần lưu ý là việc lựa chọn giữaBiDivà các giải pháp-cáp kép truyền thống yêu cầu phải xem xét toàn diện các trường hợp-cụ thể của dự án: nếu tài nguyên cáp quang dồi dào, khoảng cách ngắn và ngân sách dồi dào thì các giải pháp-cáp kép có thể đơn giản và đáng tin cậy hơn; nếu tài nguyên cáp quang bị hạn chế, chi phí cáp cao và cần triển khai nhanh chóng,BiDigiải pháp mang lại lợi ích rõ ràng.