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Tipologie di cavi in fibra ottica: cavo in fibra monomodale vs cavo in fibra multimodale

20 novembre 2020

Nonostante le due tipologie di cavo in fibra ottica monomodale (single mode fiber SMF) e fibra multimodale (multimode fiber MMF) siano ampiamente utilizzate in diverse applicazioni, le differenze tra i due creano ancora confusione. Questo articolo tratterà della struttura base, della distanza di fibra, del costo e del colore della fibra, etc., facendo un accurato raffronto tra le due tipologie di cavo.

Panoramica: cavo multimodale vs cavo monomodale

Con monomodale si intende che la fibra consente la propagazione luminosa attraverso una sola modalità, mentre multimodale indica che la fibra può propagare diversi tipi di modalità. La differenze tra un cavo in fibra ottica monomodale e multimodale risiedono principalmente nel diametro del nucleo della fibra, nella lunghezza d'onda e nella sorgente luminosa, nella larghezza di banda, nel colore della giacca, nella distanza e nel costo.

Diametro del nucleo

Il diametro del nucelo della fibra monomodale è significativamente più piccolo della fibra multimodale. Tipicamente misura 9 µm, sebbene anche altri formati siano disponibili. Il diametro del nucleo della fibra multimodale è generalmente di 50 µm e 62,5 µm, consentendogli di avere una maggiore capacità di "captazione della luce" e di semplificare le connessioni. Il diametro del rivestimento è di 125 µm sia per il cavo monomale che per quello multimodale.

Diametri del nucleo della fibra ottica

L'attenuazione della fibra multimodale è maggiore rispetto alla fibra monomodale grazie al maggiore diametro del nucleo. Il nucleo della fibra del cavo monomodale è molto stretto, in tal modo la luce che passa attraverso questi cavi non è riflessa molte volte, mantenendo l'attenuazione al minimo.


9/125 fibra monomodale Simplex 50/125 OM3 fibra multimodale
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 sorgente luminosa

Grazie alla grande dimensione del nucleo della fibra multimodale, alcuni sorgenti luminose a basso costo come i LED (light-emitting diodes "diodi a emissione luminosa) e i VCSEL (vertical cavity surface-emitting lasers "laser a cavità verticale a emissione superficiale") operanti alla lunghezza d'onda di 850nm e 1300nm sono utilizzati nei cavi a fibra multimodale. La lunghezza d'onda comunmente usata per i cavi a fibra monomodale è di 1310nm e 1550nm.

Larghezza di banda

La larghezza di banda della fibra multimodale è limitata dalla sua lmodalità luminosa e la massima larghezza di banda al momento è di 28000MHz*km per la fibra OM5. Al contrario, la larghezza di banda della fibra monomodale è teoricamente illimitata, poiché consente il passaggio di una sola modalità luminosa per volta.

Colore della giacca

Secondo la definizione standard del TIA-598C, per le applicazioni non-militari, il cavo monomodale è rivestito con una giacca esterna di colore giallo e il cavo multimodale è rivestito da una giacca arancione o verde acqua. Maggiori dettagli riguardo al Codice di colore dei cavi a fibra ottica possono essere reperiti qui.

Colore della giacca di SMF e MMF

Distanza di fibra: monomodale vs multimodale

È generalmente noto cha la fibra monomodale sia adatta per applicazioni a lunga distanza, mentre la fibra multimodale sia pensata per distanze brevi. Quali sono dunque le differenze di distanza quantificabili per la fibra monomodale e multimodale?


Tipologia di cavo a fibra ottica Distanza di 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 monomdale OS2 200m 5,000m 5,000m 10km / / /
Fibra multimodale OM1 200m 275m 550m (cavo patch di condizionamento in modalità richiesto) / / / /
OM2 200m 550m / / / /
OM3 200m 550m 300m 70m 100m 100m
OM4 200m 550m 400m 100m 150m 150m
OM5 200m 550m 300m 100m 400m 400m

Possiamo vedere dalla tabella che la distanza dei cavi a fibra monomodale è molto maggiore rispetto a quella dei cavi a fibra multimodale alla velocità di dati da 1G a 10G, ma che la fibra multimodale OM3/OM4/OM5 supporta una maggiore velocità di dati. Dato che la fibra ottica multimodale ha una maggiore dimensione di nucleo e supporta più di una modalità luminosa, la sua distanza di fibra è limitata dalla dispersione modale, un fenomeno comune nella fibra multimodale step-index; ciò non avviene invece per fibra monomodale. Questa è la differenza fondamentale tra i due. Inoltre, la fibra monomodale OS2 potrebbe supportare maggiori distanze nei collegamenti a 40G e 100g, un dato non riportato nella tabella.

Fibra monomodale vs fibra multimodale: costi

"Fibra monomodale vs fibra multimodale: costi" è un tema caldo in alcuni forum. Molte persone hanno espresso le loro opinioni, concentrandosi principalmente sui costi del ricetrasmettitore ottico, del sistema e dell'installazione.

Costi dei ricetrasmettitori ottici

Il prezzo dei ricetrasmettiori multimodali è quasi due o tre volte più basso di quello dei ricetrasmettitori monomodali. La seguente tabella utlizza come esempio i ricetrasmettitori Cisco monomodali e multimodali compatibili con FS.


Velocità Ricetrasmettitore Descrizione Prezzo Differenza di prezzo
1G Monomodale SFP FS Compatibile 1000BASE-LX/LH SFP 1310nm 10km Industriale DOM Duplex LC MMF/SMF Modulo Ottico Transceiver US$ 10.00 US$ 1.00
Multimodale SFP FS Compatibile 1000BASE-SX SFP 850nm 550m Industriale DOM Duplex LC MMF Modulo Ottico Transceiver US$ 9.00
10G Monomodale SFP+ FS Compatibile Compatibile 10GBASE-LR SFP+ 1310nm 10km DOM Duplex LC SMF Modulo Ottico Transceiver US$ 27.00 US$ 7.00
Multimodale SFP+ FS Compatibile 10GBASE-SR SFP+ 850nm 300m DOM Duplex LC MMF Modulo Ottico Transceiver US$ 20.00
25G Monomodale SFP28 FS Compatibile 25GBASE-LR SFP28 1310nm 10km DOM Duplex LC SMF Modulo Transceiver Ottico US$ 59.00 US$ 20.00
Multimodale SFP28 FS Compatibile 25GBASE-SR SFP28 850nm 100m DOM Duplex LC MMF Modulo Transceiver Ottico US$ 39.00
40G Monomodale QSFP+ FS Compatibile 40GBASE-LR4 QSFP+ 1310nm 10km DOM Duplex LC SMF Modulo Transceiver Ottico US$ 309.00 US$ 270.00
Multimodale QSFP+ FS Compatibile 40GBASE-SR4 QSFP+ 850nm 150m DOM MTP/MPO MMF Modulo Transceiver Ottico US$ 39.00
100G Monomodale QSFP28 FS Compatibile 100GBASE-LR4 QSFP28 1310nm 10km DOM LC SMF Modulo Transceiver Ottico US$ 499.00 US$ 400.00
Multimodale QSFP28 FS Compatibile 100GBASE-SR4 QSFP28 850nm 100m DOM MTP/MPO MMF Modulo Transceiver Ottico US$ 99.00

Dalla tabella possiamo vedere che la differenza di prezzo cresce significativamente con l'aumento della velocità.

Costi di sistema

Al fine di utilizzare le caratteristiche fondamentali delle fibre monomodali (generalmente orientate verso applicazioni a lunga distanza) sono necesarri ricetrasmettitori dotati di laser che operano a maggiori lunghezze d'onda con minore dimensione dello spot del laser e in generale una minore larghezza dello spettro. Queste caratteristiche del ricetrasmettitore, combinate con la necessità di allineamento ad alta precisione e una più stretta tolleranza del connettore rispetto a minori diametri di nucleo, determinano costi per i transmettitori significativamente più alti e in generale maggiori costi di interconnessione per la fibra monomodale.

Costi di sistema

Le modalità di fabbricazione dei ricetrasmettitori VCSEL ottimizzati per l'uso con fibre multimodali consentono una più semplice realizzazione di dispositivi di vettore e sono perciò più economici degli equivalenti ricetrasmettitori monomodali. Nonostante l'utilizzo di molteplici tratti di fibra e vettori di ricetrasmissione, vi sono notevoli risparmi nei costi rispetto alla tecnologia monomodale, utilizzando operazioni singole o a multicanale invece della connetività simplex-duplex. Il sistema a fibra multimodale offre i costi di sistema più bassi e un percorso di upgrade a 100G per l'applicazioni standard usando interconnessioni a ottica parallela.

Costi di installazione

La fibra ottica monomodale soilamente costa meno della fibra multimodale. Volendo costruire una rete ottica in fibra 1G che possa viaggiare a 10G o più velocemente, i risparmi sui costi della fibra monomodale rappresentano la metà del prezzo, mentre la fibra multimodale OM3 o OM4 aumenta del 35% in costi per moduli SFP. Le fibre monomodali sono più costose, ma le spese di manodopera per sostituire la fibra multimodale sono considerevolmente più alte, specialmente se si segue OM1—OM2—OM3—OM4. Se si è disposti guardare a ex-Fibre Channel SFP di seconda mano, il prezzo di un 1G monomodale scende drasticamente. Qualora si abbia a disposizione il budget e si ha bisogno di connsessione brevi 10G, le considerazioni economiche sono in ultima analisi a favore del multimodale. Meglio tenere sotto d'occhio le fluttuazioni economiche tuttavia, poiché la storia insegna che il sovrapprezzo del monomodale scenderà.

Domande frequenti riguardo i cavi in fibra monomodale vs fibra multimodale

Q: Cosa è meglio, monomodale o multimodale?

A: Come detto sopra, i cavi in fibra monomodale e multimodale hanno i propri vantaggi rispetto a costi ed applicazioni. Non è possibile dire che che le fibre monomodali siano meglio delle multimodali, è necessario scegliere quella che si adatta meglio alle proprie applicazioni

Q: È possibile combinare cavi monomodali e multimodali?

A: La risposta a questa domanda è "no". Fibra monomodale e multimodale hanno differenti dimensioni di diamtero e anche il numero di modalità luminose che trasmettono è differente. Se si combinano le due fibre o le si connettono direttamente, vi sarà unimportante perdita ottica, con conseguente flap o down del link. Non bisogna mai combinare casualmente differenti tipi di cavo.

Q: È possibile utilizzare un ricetrasmettitore multimodale su un cavo a fibra monomodale?

A: In linea generale, la risposta è "no". Vi sarà una grande perdita ottica se un ricetrasmettitore multimodale viene connesso con della fibra monomodale. Tuttavia è possibile fare il contrario. Per esempio, un SFP monomodale 1000BASE-LX può lavorare con fibra multimodale usando un cavo di condizionamento in modalità. In alcuni casi anche un convertitore di media della fibra può essere utilizzato per risolvere questi problemi tra ricetrasmittori multimodali e monomodali.

Q: Fibra monomodale vs fibra multimodale: cosa scegliere?

A: Dovendo scegliere tra cavi in fibra monomodale e multimodale, il primo fattore da considerare è la distanza di fibra di cui si ha necessità. In un data center, per esempio, cavi multimodali sono sufficienti per la distanza di 300-400 metri, mentre il cavo monomodale è la migliore scelta per applicazioni che richiedono distanze fino a migliaia di metri. In applicazioni in cui sia il cavo monomodale che quello multimodale possono essere impiegati, altri fattori come costi e necessità di aggiornamenti futuri devono essere presi in considerazione.

Conclusioni

Dal raffronto emerge che i cavi in fibra monomodale sono adatti per l'utilizzo nella trasmissione di dati a lunga distanza e perciò sono ampiamente utilizzati in reti carrier, MAN e PON. Il cablaggio in fibra multimodale ha una distanza inferiore ed è utilizzato nelle imprese, nei data center e nei LAN. A prescindere da quale si scelga sulla base dei costi della fibra, optare per la tipologia che faccia al caso delle proprie necessità di rete è un importante compito di ogni progettatore di rete.

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