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Tipologia cavi in fibra ottica: Cavo in fibra ottica monomodale e multimodale

Aggiornato il 31 Mag 2023 by
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Sebbene i tipi di cavo ottico in fibra monomodale (SMF) e multimodale (MMF) siano ampiamente utilizzati in diverse applicazioni, vi è spesso ancora confusione riguardo alle differenze tra i cavi in fibra ottica monomodale e multimodale. Questo articolo si concentrerà sulla struttura di base, sulla distanza della fibra, sul costo, sul colore della fibra, ecc., facendo un confronto approfondito tra i tipi di fibra monomodale e multimodale.

Cavi in fibra ottica monomodale e multimodale: Quadro generale

Per modalità singola si intende che la fibra consente la propagazione di un solo tipo di modalità luminosa alla volta. Mentre multimodale significa che la fibra può propagare più modalità. Le differenze tra i cavi in fibra ottica monomodali e multimodali risiedono principalmente nel diametro del nucleo della fibra, nella lunghezza d'onda e nell'ampiezza della sorgente luminosa, nella larghezza di banda, nel colore della guaina, nella distanza e nel costo.

Diametro nucleo

Il diametro del nucleo della fibra monomodale è molto più piccolo di quello della fibra multimodale. Il diametro tipico del nucleo è di 9 µm, anche se ne esistono altri. Il diametro del nucleo della fibra multimodale è in genere di 50 µm e 62,5 µm, consentendo di avere una maggiore capacità di "raccolta della luce" e di semplificare i collegamenti. Il diametro del rivestimento delle fibre monomodali e multimodali è di 125 µm.

Figure 1 Optical Fiber Core Diameters.png

L'attenuazione della fibra multimodale è superiore a quella della fibra SM a causa del diametro maggiore del nucleo. Il nucleo della fibra del cavo monomodale è molto stretto, quindi la luce che passa attraverso questi cavi in fibra ottica non viene riflessa troppe volte, mantenendo l'attenuazione al minimo.

 

Fibra monomodale 9/125 Simplex Fibra multimodale 50/125 OM3
Attenuazione a 1310nm 0.36 dB/km Attenuazione a 850 nm 3.0 dB/km
Attenuazione a 1550nm 0.22 dB/km Attenuazione a 1300 nm 1.0 dB/km

Lunghezza d'onda e lampada e sorgente luminosa

A causa delle grandi dimensioni del nucleo della fibra multimodale, nei cavi in fibra multimodale vengono utilizzate alcune sorgenti luminose a basso costo, come i LED (diodi ad emissione luminosa) e i VCSEL (laser ad emissione superficiale a cavità verticale), operanti su una lunghezza d'onda di 850 nm e 1300 nm. Mentre la fibra monomodale utilizza spesso un laser o diodi laser per produrre la luce iniettata nel cavo. La lunghezza d'onda della fibra monomodale comunemente utilizzata è di 1310 nm e 1550 nm.

Larghezza di banda

La larghezza di banda della fibra multimodale è limitata dalla sua modalità di luce e attualmente la larghezza di banda massima è di 28000MHz*km di fibra OM5. Mentre la larghezza di banda della fibra monomodale è teoricamente illimitata perché consente il passaggio di un solo modo di luce alla volta.

Colore guaina

Secondo la definizione dello standard TIA-598C, per le applicazioni non industriali, il cavo monomodale è rivestito con una guaina esterna gialla, mentre la fibra multimodale è rivestita con una guaina arancione o verde acqua. Per maggiori dettagli sul codice colore dei cavi in fibra ottica cliccare qui.

Figure 2 Color Sheath of SMF and MMF.jpg

Distanza tra fibra monomodale e multimodale

È noto che la fibra monomodale è adatta per le applicazioni a lunga distanza, mentre la fibra ottica multimodale è progettata per le tratte a breve distanza. Ma quando si parla di distanza tra fibra monomodale e multimodale, quali sono le differenze quantificabili?

 

Tipo di cavo in fibra ottica Distanza della fibra
  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
Fibra monomodale OS2 200m 5,000m 5,000m 10km / / /
Fibra multimodale OM1 200m 275m 550 m (è necessario un cavo patch per il condizionamento della modalità) / / / /
OM2 200m 550m / / / /
OM3 200m 550m 300m 70m 100m 100m
OM4 200m 550m 400m 100m 150m 150m
OM5 200m 550m 300m 100m 400m 400m

Dal grafico, si può notare che la distanza della fibra monomodale è molto più lunga di quella dei cavi in fibra multimodale alla velocità di trasmissione dati da 1G a 10G, ma la fibra multimodale OM3/OM4/OM5 supporta una velocità di trasmissione dati superiore. Poiché la fibra ottica multimodale ha un nucleo di grandi dimensioni e supporta più di un modo di luce, la sua distanza in fibra è limitata dalla dispersione modale, un fenomeno comune nella fibra multimodale a indice graduale. Mentre la fibra monomodale non lo è. Questa è la differenza essenziale tra le due. Inoltre, la fibra monomodale OS2 può supportare distanze maggiori nei collegamenti 40G e 100G, che non sono elencati nella tabella.

Costo della fibra monomodale e multimodale

Il costo della fibra monomodale e multimodale è un argomento caldo in diversi forum. Molte persone hanno espresso le proprie opinioni, concentrandosi principalmente sul costo del transceiver ottico, del sistema e dell'installazione.

Costo del transceiver ottico

Rispetto ai transceiver monomodali, il prezzo dei transceiver multimodali è quasi due o tre volte inferiore. La tabella seguente prende ad esempio i transceiver monomodali e multimodali Cisco compatibili con FS.

 

Velocità Transceiver Descrizione del transceiver Prezzo Differenza di prezzo
1G SFP monomodale Transceiver DOM 10km 1310nm compatibile con SFP 1000BASE-LX/LH GLC-LH-SMD FS US$ 10.00 US$ 1.00
SFP multimodale Transceiver DOM 550m 850nm compatibile con SFP 1000BASE-SX GLC-SX-MMD FS US$ 9.00
10G SFP+ monomodale Transceiver DOM 10km 1310nm compatibile con SFP+ 10GBASE-LR SFP-10G-LR FS US$ 27.00 US$ 7.00
SFP+ multimodale Transceiver DOM compatibile con 300m 850nm SFP+ 10GBASE-SR SFP-10G-SR FS US$ 20.00
25G SFP28 monomodale 10km 1310nm compatibile con SFP-25G-LR-S FS US$ 59.00 US$ 20.00
Multimodale SFP28 100m 850nm compatibile con SFP-25G-SR-S FS US$ 39.00
40G QSFP+ monomodale Transceiver DOM 10km 1310nm compatibile con QSFP+ 40GBASE-LR4 e OTU3 QSFP-40G-LR4 FS US$ 309.00 US$ 270.00
QSFP+ multimodale Transceiver DOM MTP/MPO 150m 850nm compatibile con QSFP+ 40BASE-SR4 QSFP-40G-SR4 FS US$ 39.00
100G QSFP28 monomodale Transceiver 10km 1310nm 100GBASE-LR4 compatibile con Cisco QSFP-100G-LR4-S FS US$ 499.00 US$ 400.00
QSFP28 multimodale Transceiver 100m 850nm compatibile con Cisco QSFP+ 40BASE-SR4 QSFP-100G-SR4-S FS US$ 99.00

Dalla tabella si evince che la differenza di prezzo aumenta notevolmente con l'aumentare della velocità.

Costo del sistema

Per utilizzare le caratteristiche fondamentali delle fibre monomodali, generalmente orientate verso applicazioni a lunga distanza, sono necessari transceiver con laser che operano a lunghezze d'onda maggiori, con dimensioni dello spot più piccole e larghezza spettrale generalmente più ridotta. Queste caratteristiche del transceiver, unite alla necessità di un allineamento di maggiore precisione e di tolleranze più strette per i connettori con diametri del nucleo più piccoli, comportano costi di ricetrasmissione significativamente più elevati e costi di interconnessione complessivamente più elevati per le interconnessioni in fibra monomodale.

Figure 3 System Cost.png

I metodi di fabbricazione dei transceiver basati su VCSEL, ottimizzati per l'uso con fibre multimodali, sono più facilmente realizzabili in dispositivi array e hanno un costo inferiore rispetto ai transceiver monomodali equivalenti. Nonostante l'uso di più corsie di fibra e di array di transceiver, si ottiene un notevole risparmio sui costi rispetto alla tecnologia monomodale che impiega un funzionamento singolo o multicanale rispetto alla connettività simplex-duplex. Il sistema in fibra multimodale offre il costo di sistema più basso e il percorso di aggiornamento a 100G per le applicazioni locali basate su standard che utilizzano interconnessioni basate su ottica parallela.

Costo dell'installazione

La fibra ottica monomodale spesso costa meno della fibra multimodale. Quando si costruisce una rete in fibra ottica da 1G che si vuole eventualmente portare a 10G o più veloce, il risparmio sul costo della fibra monomodale è di circa la metà. Mentre la fibra multimodale OM3 o OM4 aumenta del 35% il costo dei moduli SFP. L'ottica monomodale è più costosa, ma i costi di manodopera per la sostituzione della multimodale sono significativamente più alti, soprattutto se questa ha seguito OM1-OM2-OM3-OM4. Se si è disposti a valutare gli SFP ex-Fibre Channel usati, il prezzo degli SFP 1G monomodali scende a zero. Se si dispone di un budget e si ha la necessità di connessioni brevi a 10G, l'aspetto economico, in ultima analisi, è ancora a favore del multimodale. Tenete comunque d'occhio questi dati economici, perché la storia insegna che il premio di prezzo per il monomodale diminuirà.

 

Domande frequenti sui cavi in fibra monomodale e multimodale

Q: Qual è il tipo di fibra migliore tra quella monomodale e quella multimodale?

A: Come già detto, i cavi in fibra ottica monomodale e multimodale hanno i loro vantaggi in termini di costi e applicazioni. Non è detto che le fibre ottiche monomodali siano migliori di quelle multimodali. È sufficiente scegliere quella più adatta alle proprie applicazioni.

Q: Posso combinare fibre monomodali e multimodali?

A: La risposta a questa domanda è "no". La fibra multimodale e la fibra monomodale hanno nuclei di dimensioni diverse e anche il numero di modi di luce che trasmettono è diverso. Se si combinano le due fibre o le si collega direttamente, si avrà una grande perdita ottica, con il risultato che il collegamento si interromperà o si sfalderà. Tenete presente che non bisogna mai mescolare diversi tipi di cablaggio in modo casuale.

Q: È possibile utilizzare un transceiver multimodale su un cavo in fibra ottica monomodale?

A: In generale, la risposta è "no". Se un transceiver multimodale viene collegato a una fibra monomodale, si verifica una forte perdita ottica. Tuttavia, funziona anche il contrario. Ad esempio, l'SFP monomodale 1000BASE-LX può funzionare su un cavo in fibra multimodale utilizzando un cavo in fibra con condizionamento di modalità. A volte, per risolvere questi problemi tra transceiver monomodali e transceiver multimodali, si possono utilizzare anche i convertitori di media in fibra.

Q: Tipo di cavo in fibra ottica monomodale o multimodale: quale scegliere?

A: Quando si decide tra cavi in fibra monomodale e multimodale, il primo fattore da considerare è la distanza della fibra di cui si ha effettivamente bisogno. Ad esempio, in un data center, i cavi in fibra multimodale sono sufficienti per una distanza di 300-400 metri. Mentre per le applicazioni che richiedono una distanza fino a diverse migliaia di metri, la fibra monomodale è la scelta migliore. Nelle applicazioni che possono utilizzare sia la fibra monomodale che quella multimodale, la scelta deve tenere conto di altri fattori, come il costo e le esigenze di aggiornamento futuro.

 

Conclusioni

Dal confronto trai cavi in fibra ottica monomodale e multimodale, si può concludere che il sistema di cablaggio in fibra monomodale è adatto per applicazioni di trasmissione dati a lunga portata e ampiamente utilizzato in reti carrier, MAN e PON. Il sistema di cablaggio in fibra multimodale ha una portata più breve ed è ampiamente utilizzato nelle imprese, nei data center e nelle LAN. Indipendentemente dalla scelta, sulla base del costo totale della fibra, la scelta di quello che meglio si adatta alle esigenze della rete è un compito importante per ogni progettista di rete.

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