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Glasfaserkabel-Typen: Singelmode- vs. Multimode-Faserkabel

John

Übersetzer*in Felix
10. Juni 2021

Obwohl Singelmode-Fasern (SMF) und Multimode-Fasern (MMF) in verschiedenen Anwendungen weit verbreitet sind, sind die Unterschiede zwischen Singlemode- und Multimode-Fasern immer noch verwirrend. Dieser Artikel konzentriert sich auf den grundlegenden Aufbau, den Faserabstand, die Kosten, die Faserfarbe usw., um einen detaillierten Vergleich zwischen Singelmode- und Multimode-Fasertypen zu erstellen.

Überblick über Singelmode- und Multimode-Fasern

Singelmode bedeutet, dass die Faser jeweils nur eine Art von Lichtmodus ausbreiten kann. Während Multimode bedeutet, dass die Faser mehrere Modi propagieren kann. Die Unterschiede zwischen Singelmode- und Multimode-Fasern liegen hauptsächlich im Faserkerndurchmesser, in der Wellenlänge & Lichtquelle, in der Bandbreite, im Farbmantel, im Abstand und in den Kosten.

Kerndurchmesser

Der Kerndurchmesser einer Singelmode-Faser ist viel kleiner als der einer Multimode-Faser. Ihr typischer Kerndurchmesser ist 9µm, auch wenn es andere gibt. Und der Kerndurchmesser von Multimode-Fasern beträgt typischerweise 50µm und 62,5µm, wodurch sie eine höhere "Lichtsammelfähigkeit" haben und die Verbindungen vereinfachen. Der Mantel-Durchmesser von Singelmode- und Multimode-Fasern beträgt 125µm.

Abbildung 1 Optischer Faserkerndurchmesser.png

Die Dämpfung von Multimode-Fasern ist aufgrund des größeren Kerndurchmessers höher als bei SM-Fasern. Der Faserkern von Singelmode-Kabeln ist sehr schmal, so dass das Licht, das diese Glasfaserkabel durchläuft, nicht zu oft reflektiert wird, was die Dämpfung auf ein Minimum reduziert.

9/125 Singelmode-Faser Simplex 50/125 OM3 Multimode-Faser
Dämpfung bei 1310nm 0.36 dB/km Dämpfung bei 850nm 3.0 dB/km
Dämpfung bei 1550nm 0.22 dB/km Dämpfung bei 1300nm 1.0 dB/km

Wellenlänge & Lichtquelle

Aufgrund der großen Kerngröße von Multimode-Fasern werden in Multimode-Faserkabeln einige kostengünstige Lichtquellen wie LEDs (lichtemittierende Dioden) und VCSELs (vertical cavity surface-emitting lasers) verwendet, die bei einer Wellenlänge von 850nm und 1300nm arbeiten. Während die Singelmode-Faser oft einen Laser oder Laserdioden verwendet, um das in das Kabel eingespeiste Licht zu erzeugen. Und die übliche Wellenlänge der Singelmode-Faser ist 1310nm und 1550nm.

Bandbreite

Die Bandbreite von Multimode-Fasern ist durch den Lichtmodus begrenzt. Die maximale Bandbreite beträgt derzeit 28000 MHz*km bei OM5-Fasern. Während die Bandbreite von Singelmode-Fasern theoretisch unbegrenzt ist, da sie immer nur eine Lichtmode durchlässt.

Mantelfarbe

Gemäß der TIA-598C-Standarddefinition sind Singelmode-Kabel für nicht-militärische Anwendungen mit einem gelben Außenmantel und Multimode-Fasern mit einem orangefarbenen oder aquamarinfarbenen Mantel versehen. Weitere Details zum Farbcode von Lichtwellenleitern finden Sie hier.

Figure 2 Color Sheath of SMF and MMF.jpg

Singelmode vs. Multimode-Glasfaser Entfernung

Es ist bekannt, dass Singelmode-Fasern für Anwendungen mit großen Entfernungen geeignet sind, während Multimode-Glasfasern für kurze Entfernungen konzipiert sind. Wenn es dann um die Distanz zwischen Singelmode- und Multimode-Fasern geht, was sind die quantifizierbaren Unterschiede?

Glasfaserkabel-Typ Distanz

Fast Ethernet 100BA SE-FX 1Gb Ethernet 1000BASE-SX 1Gb Ethernet 1000BA SE-LX 10Gb Base SE-SR 25Gb Base SR-S 40Gb Base SR4 100Gb Base SR10
Singelmode OS2 200m 5,000m 5,000m 10km / / /
Multimode OM1 200m 275m 550m (Modusanpassungs-Patchkabel erforderlich) / / / /
OM2 200m 550m / / / /
OM3 200m 550m 300m 70m 100m 100m
OM4 200m 550m 400m 100m 150m 150m
OM5 200m 550m 300m 100m 400m 400m

Aus dem Diagramm ist ersichtlich, dass die Singelmode-Faserdistanz bei der Datenrate von 1G bis 10G viel länger ist als die von Multimode-Faserkabeln, aber die OM3/OM4/OM5-Multimode-Faser unterstützt eine höhere Datenrate. Da Multimode-Glasfasern eine große Kerngröße haben und mehr als einen Lichtmodus unterstützen, ist ihre Faserdistanz durch die modale Dispersion begrenzt, die ein häufiges Phänomen in Multimode-Stufenindexfasern ist. Bei der Singelmode-Faser ist dies nicht der Fall. Das ist der wesentliche Unterschied zwischen ihnen. Darüber hinaus kann die OS2-Singelmode-Faser längere Entfernungen bei 40G- und 100G-Verbindungen unterstützen, die in der Tabelle nicht aufgeführt sind.

Kosten für Singelmode- vs. Multimode-Faser

"Die Kosten für Singelmode- vs. Multimode-Fasern" ist ein heißes Thema in einigen Foren. Viele Menschen äußern ihre eigene Meinung dazu. Ihre Ansichten konzentrieren sich hauptsächlich auf die Kosten für optische Transceiver, Systemkosten und Installationskosten.

Kosten für optische Transceiver

Im Vergleich zu Singelmode-Transceivern ist der Preis von Multimode-Transceivern fast zwei- bis dreimal niedriger. Die folgende Tabelle bezieht sich auf FS-kompatible Cisco-Singlemode-Transceiver und Multimode-Transceiver als Beispiel in US-Dollar Beträgen.

Geschwindigkeit Transceiver Beschreibung Preis Preisdifferenz
1G Single mode SFP FS-kompatibler GLC-LH-SMD 1000BASE-LX/LH SFP 1310nm 10km DOM Transceiver US$ 10.00 US$ 1.00
Multimode SFP FS-kompatibler GLC-SX-MMD 1000BASE-SX SFP 850nm 550m DOM Transceiver US$ 9.00
10G Singlemode SFP+ FS-kompatibler SFP-10G-LR 10GBASE-LR SFP+ 1310nm 10km DOM Transceiver US$ 27.00 US$ 7.00
Multimode SFP+ FS-kompatibler SFP-10G-SR 10GBASE-SR SFP+ 850nm 300m DOM Transceiver US$ 20.00
25G Singlemode SFP28 FS-kompatibler SFP-25G-LR-S 1310nm 10km US$ 59.00 US$ 20.00
Multimode SFP28 FS-kompatibler SFP-25G-SR-S 850nm 100m US$ 39.00
40G Singlemode QSFP+ FS-kompatibler QSFP-40G-LR4 40GBASE-LR4 und OTU3 QSFP+ 1310nm 10km LC DOM Transceiver US$ 309.00 US$ 270.00
Multimode QSFP+ FS-kompatibler QSFP-40G-SR4 40GBASE-SR4 QSFP+ 850nm 150m MTP/MPO DOM Transceiver US$ 39.00
100G Singlemode QSFP28 FS-kompatibler QSFP28 Cisco QSFP-100G-LR4-S 100GBASE-LR4 1310nm 10km Transceiver US$ 499.00 US$ 400.00
Multimode QSFP28 FS-kompatibler QSFP28 Cisco QSFP-100G-SR4-S 100GBASE-SR4 850nm 100m Transceiver US$ 99.00

Aus der Tabelle ist ersichtlich, dass der Preisunterschied mit zunehmender Geschwindigkeit stark zunimmt.

Systemkosten

Um die grundlegenden Eigenschaften von Singelmode-Fasern zu nutzen, die im Allgemeinen auf Anwendungen mit größeren Entfernungen ausgerichtet sind, sind Transceiver mit Lasern erforderlich, die bei größeren Wellenlängen mit kleinerer Spotgröße und im Allgemeinen schmalerer spektraler Breite arbeiten. Diese Eigenschaften der Transceiver in Verbindung mit der Notwendigkeit einer präziseren Ausrichtung und engeren Steckertoleranzen bei kleineren Kerndurchmessern führen zu deutlich höheren Transceiver-Kosten und insgesamt zu höheren Verbindungskosten für Singelmode-Faserverbindungen.

Figure 3 System Cost.png

Herstellungsmethoden für VCSEL-basierte Transceiver, die für die Verwendung mit Multimode-Fasern optimiert sind, lassen sich leichter zu Array-Bauteilen verarbeiten und sind kostengünstiger als entsprechende Singelmode-Transceiver. Trotz der Verwendung von mehreren Faserspuren und Multitransceiver-Arrays ergeben sich erhebliche Kosteneinsparungen gegenüber der Singelmode-Technologie, die einen Ein- oder Mehrkanalbetrieb über Simplex-Duplex-Verbindungen ermöglicht. Das Multimode-Glasfasersystem bietet die niedrigsten Systemkosten und einen Upgrade-Pfad auf 100G für standardbasierte Anwendungen in Gebäuden, die auf parallelen optischen Verbindungen basieren.

Installationskosten

Singelmode-Glasfasern kosten oft weniger als Multimode-Fasern. Wenn Sie ein 1G-Glasfasernetz aufbauen, das Sie später auf 10G oder schneller erweitern möchten, sparen Sie bei den Kosten für Singelmode-Glasfasern etwa die Hälfte des Preises. Während die Multimode-OM3- oder OM4-Faser die Kosten für SFP-Module um 35 % erhöht. Die Singelmode-Glasfasern sind teurer, aber die Arbeitskosten für den Austausch der Multimode-Glasfasern sind deutlich höher, besonders wenn diese auf OM1-OM2-OM3-OM4 folgen. Wenn Sie gewillt sind, gebrauchte Ex-Fibre Channel SFPs zu kaufen, fällt der Preis für Singelmode 1G durch den Boden. Wenn Sie das Budget und den Bedarf für kurze 10G-Verbindungen haben, unterstützt die Wirtschaftlichkeit beim letzten Check immer noch Multimode. Behalten Sie diese Wirtschaftlichkeit jedoch im Auge, da die Geschichte zeigt, dass der Preisaufschlag für Singelmode fallen wird.

Häufig gestellte Frage über Singelmode- und Multimode-Faserkabel

F: Was ist besser: Singelmode- oder Multimode-Faserkabel?

A: Wie bereits oben erwähnt, haben Singelmode- und Multimode-Faserkabel ihre eigenen Vorteile in Bezug auf Kosten und Anwendungen. Es gibt keine Aussage, dass Singelmode-Glasfasern besser sind als Multimode-Fasern. Wählen Sie einfach die für Ihre Anwendungen am besten geeignete aus.

F: Kann ich Singelmode- und Multimode-Fasertypen mischen?

A: Die Antwort auf diese Frage ist "Nein". Multimode-Fasern und Singelmode-Fasern haben unterschiedliche Kerngrößen, und auch die Anzahl der Lichtmoden, die sie übertragen, ist unterschiedlich. Wenn Sie die beiden Fasern mischen oder direkt miteinander verbinden, kommt es zu großen optischen Verlusten, die dazu führen, dass eine Verbindung flattert oder ausfällt. Denken Sie daran, dass Sie niemals verschiedene Verkabelungstypen wahllos mischen sollten.

F: Kann ich einen Multimode-Transceiver an einem Singelmode-Glasfaserkabel verwenden?

A: Generell lautet die Antwort "Nein". Wenn ein Multimode-Transceiver mit einer Singelmode-Faser verbunden wird, treten große optische Verluste auf. Der umgekehrte Fall ist jedoch möglich. Zum Beispiel kann ein 1000BASE-LX Singelmode-SFP an einem Multimode-Glasfaserkabel funktionieren, wenn ein moduskonditionierendes Glasfaserkabel verwendet wird. Manchmal können auch Glasfaser-Medienkonverter verwendet werden, um solche Probleme zwischen Singelmode-Transceivern und Multimode-Transceivern zu lösen.

F: Singelmode- vs. Multimode-Faserkabeltyp – welchen sollte ich wählen?

A: Bei der Entscheidung zwischen Singelmode- und Multimode-Faserkabeln ist der erste zu berücksichtigende Faktor die Faserdistanz, die Sie tatsächlich benötigen. In einem Rechenzentrum beispielsweise reichen Multimode-Faserkabel für eine Entfernung von 300-400 Metern aus. Während in Anwendungen, die eine Entfernung von bis zu mehreren tausend Metern benötigen, die Singelmode-Faser die beste Wahl ist. Und in Anwendungen, die Singelmode- und Multimode-Fasern verwenden können, sollten andere Faktoren wie Kosten und zukünftige Upgrade-Anforderungen bei Ihrer Wahl berücksichtigt werden.

Zusammenfassung

Aus dem Vergleich von Singelmode- und Multimode-Glasfasern lässt sich schließen, dass Singelmode-Glasfaserverkabelungen für Datenübertragungsanwendungen mit großer Reichweite geeignet sind und in Carrier-Netzwerken, MANs und PONs weit verbreitet sind. Multimode-Glasfaserverkabelung hat eine kürzere Reichweite und wird häufig in Unternehmen, Rechenzentren und LANs eingesetzt. Unabhängig davon, für welches System Sie sich entscheiden, ist es für jeden Netzwerkdesigner eine wichtige Aufgabe, auf der Basis der Gesamtkosten für die Glasfaser das System zu wählen, das am besten zu den Anforderungen Ihres Netzwerks passt.

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