Ausführlicher technischer Leitfaden zur BiDi-Transceiver-Technologie

Was ist ein BiDi-Transceiver?

A BiDi-Transceiver(kurz für bidirektionaler Transceiver), auch bekannt als abidirektionales SFP-Modul, ist einGlasfaser-Transceiverdas ermöglichtbidirektionale Kommunikationüber einen einzelnen Faserstrang. Im Gegensatz zu herkömmlichen optischen Dual---GlasfasermodulenBiDi-SFP-TransceiverVerwenden Sie die Wellenlängenmultiplex-Technologie (WDM), um gleichzeitig Signale mit unterschiedlichen Wellenlängen innerhalb derselben Faser zu übertragen und so Faserressourcen zu schonen. Diese Technologie ist derzeit weit verbreitetFTTHZugangsnetzwerke, Rechenzentrumsverbindungen, Unternehmenscampusnetzwerke und andere Szenarien.
 

Funktionsprinzip von BiDi SFP-Modulen

Der Kernbestandteil von aBiDi SFP-Modulist der WDM-Filter (auch Duplexer oder Diplexer genannt). Dieses Gerät trennt und kombiniert optische Signale verschiedener Wellenlängen und ermöglicht sobi-direktionale Kommunikationüber einen einzelnen Faserstrang.

Der konkrete Arbeitsvorgang: Der Laser des Senders erzeugt ein optisches Signal einer bestimmten Wellenlänge (z. B1310-nm-Faser), das über den WDM-Filter in die Faser eingekoppelt und übertragen wird. Gleichzeitig wird ein von der Faser empfangenes optisches Signal mit einer anderen Wellenlänge (z. B. 1550 nm) durch den WDM-Filter getrennt und zur Umwandlung in ein elektrisches Signal an den Fotodetektor gesendet.

BiDi-SFP-Transceivermüssen paarweise verwendet werden. Wenn Ende A bei 1310 nm sendet und bei 1550 nm empfängt, muss Ende B bei 1550 nm senden und bei 1310 nm empfangen. Eine falsche Wellenlängenpaarung verhindert den Verbindungsaufbau. Zu den gängigen Wellenlängenkombinationen gehören: 1310 nm/1490 nm, 1310 nm/1550 nm, 1270 nm/1330 nm und andere.

Für unterschiedliche Übertragungsentfernungen eignen sich unterschiedliche Wellenlängenkombinationen. Die 1310-nm/1550-nm-Kombination wird üblicherweise für die Übertragung über mittlere bis große Distanzen (20-120 km) verwendet, da diese beiden Wellenlängen in Single-Mode-Fasern eine geringere Dämpfung aufweisen. 1270 nm/1330 nm werden hauptsächlich für 10G- und höhere Übertragungsraten auf kurzen bis mittleren Distanzen (10–40 km) verwendet.

Interne Struktur von BiDi SFP-Modulen

BiDi SFP-Modulebestehen im Wesentlichen aus folgenden Komponenten:

TOSA (Transmitter Optical Sub-Assembly): Enthält eine Laserdiode (LD) und eine Treiberschaltung, die für die Umwandlung elektrischer Signale in optische Signale einer bestimmten Wellenlänge verantwortlich ist. Zu den gängigen Lasern gehören DFB-Laser (Distributed Feedback) und FP-Laser (Fabry-Perot). DFB-Laser verfügen über eine ausgezeichnete Wellenlängenstabilität und eignen sich für die Übertragung über große Entfernungen. FP-Laser sind kostengünstig-und werden hauptsächlich für Anwendungen über kurze{5}}Distanzen verwendet.

ROSA (Receiver Optical Sub-Assembly): Enthält einen Fotodetektor (PIN oder APD) und eine Vorverstärkerschaltung, die für die Umwandlung empfangener optischer Signale in elektrische Signale verantwortlich ist. PIN-Detektoren werden für herkömmliche Anwendungen verwendet, während APD-Detektoren eine höhere Empfindlichkeit haben und für die Übertragung über große Entfernungen verwendet werden.

WDM-Filter: Die entscheidende Komponente von BiDi-Modulen, die Dünnfilmfiltertechnologie oder Gittertechnologie verwenden, um optische Sende- und Empfangssignale bei unterschiedlichen Wellenlängen zu trennen. Die Leistung des Filters wirkt sich direkt auf die Einfügedämpfungs- und Isolationsspezifikationen des Moduls aus. Hochwertige -Filter können eine Kanalisolation von über 30 dB erreichen und stellen so sicher, dass sich Sende- und Empfangssignale nicht gegenseitig stören.

Platine und Schnittstelle: Bietet Energieverwaltungs-, Signalverarbeitungs- und DDM-Funktionen (Digital Diagnostic Monitoring). Es entspricht Standards wie SFF-8472 und ermöglicht das Lesen von Modulparametern wie Temperatur, Spannung und optischer Leistung über eine I²C-Schnittstelle.

Das gesamte Modul ist in Standard-SFP-, SFP+-, QSFP- oder anderen Gehäusen verpacktSCoderLCSimplex-Schnittstellen am Port.
 

Vorteile von BiDi SFP-Transceivern

Reduzierter Faserverbrauch: Die Einzelfaser-Übertragungslösung reduziert den Glasfaserverbrauch um 50 %, was bei Projekten mit begrenzten Glasfaserressourcen oder hohen Verkabelungskosten erhebliche Vorteile bietet. Insbesondere in groß angelegten Einsatzszenarien wie Stadtnetzen und FTTH-Zugangsnetzen sind die Kosteneinsparungen bei Glasfaser erheblich. Eine Fallstudie zu einem Rechenzentrum zeigte, dass die Einführung der BiDi-Lösung die Glasfaserbeschaffungs- und Baukosten um etwa 35 % senkte.

Vereinfachte Verkabelungsinstallation: Reduziert die Anzahl der Faserfusionsspleiße und ODF-Anschlüsse, wodurch die Komplexität der Konstruktion und die Arbeitskosten gesenkt werden. Bei Retrofit-Projekten können vorhandene Single-Core-Glasfaserressourcen vollständig genutzt werden, ohne dass eine Neuverkabelung erforderlich ist. Dies ist besonders wichtig für ältere Rechenzentren mit begrenztem Platz im Geräteraum und vollen Kabelkanälen.

Reduzierte Platzbelegung: Das Single-{0}}Port-Design reduziert den Platzbedarf von Patchpanels und Schränken und eignet sich daher für Umgebungen mit hoher -Dichte. Ein BiDi-Patchpanel mit 24 Ports kann 48 Links verwalten und so die Raumnutzungseffizienz verdoppeln.

Hohe Flexibilität: Wenn bei Netzwerk-Upgrades die vorhandenen Glasfaserressourcen nicht ausreichen,BiDi-FaserDurch den Einsatz kann die Kapazität schnell und ohne große Neuverkabelung-erweitert werden. Diese Flexibilität ist äußerst wertvoll für Szenarien, die eine hohe Geschäftskontinuität erfordern.

Allerdings weist die BiDi-Lösung auch Einschränkungen auf. Die Übertragung über eine einzelne-Faser stellt höhere Anforderungen an die Faserqualität, wobei Faktoren wie Biegeradius und Sauberkeit einen größeren Einfluss auf die Übertragungsleistung haben. Eine Verschmutzung der Faserendflächen oder übermäßige Biegung kann das Übersprechen zwischen den beiden Wellenlängensignalen verstärken und die Verbindungsstabilität beeinträchtigen. Darüber hinaus gilt bei der Fehlerisolierung im Gegensatz zu Dual---Glasfaserlösungen, bei denen TX- und RX-Links separat getestet werden können,BiDi-Fasererfordert eine ganzheitliche Bewertung, was die Wartung etwas anspruchsvoller macht.

BiDi-SFP-Module im Vergleich zu herkömmlichen dualen-faseroptischen Modulen

Der grundlegende Unterschied zwischenBiDi SFP-Moduleund herkömmlichen Dual--Glasfasermodulen liegt in der Art und Weise, wie sie das physische Übertragungsmedium nutzen.Duplex-Glasfasereinsatzverwendet zwei unabhängige Fasern, eine für die Übertragung und eine für den Empfang, mit vollständiger Isolierung der physikalischen Schicht.BiDi-TransceiverErzielen Sie eine bidirektionale Übertragung über eine einzelne Faser durch Wellenlängenmultiplex-Technologie.

Schnittstellenformular
Dual-Glasfasermodule verwenden LC- oder SC-Duplex-Schnittstellen mit zwei Ports;bidirektionale SFP-ModuleVerwenden Sie Simplex-Schnittstellen mit nur einem Port.

Paarweise Nutzung
Herkömmliche optische Dual-{0}}-Glasfasermodule können an beiden Enden identische Module verwenden (z. B. 1000BASE-LX an beiden Enden), da ihre Sende- und Empfangswellenlängen gleich sind.BiDi-SFP-Transceivermüssen paarweise mit unterschiedlichen Wellenlängenkombinationen verwendet werden (z. B. 1310 nm TX/1550 nm RX an einem Ende und 1550 nm TX/1310 nm RX am anderen Ende).

Kostenperspektive
BiDi SFP-ModulDie Stückpreise sind in der Regel 20 %-40 % höher als bei vergleichbaren Dual--Glasfasermodulen, da WDM-Filter die Herstellungskosten erhöhen. Bei Projekten, die eine Verkabelung über große Entfernungen erfordern oder bei denen die Glasfaserressourcen begrenzt sind, können die Gesamtkosten (Modul + Glasfaser + Bau) jedoch niedriger sein.

Zuverlässigkeit
Dual-{0}}Glasfaserlösungen verfügen aufgrund der physischen Trennung von Übertragung und Empfang über eine etwas stärkere Anti--Fähigkeit; BiDi-Lösungen hängen von der Filterleistung ab und stellen strengere Anforderungen an die Faserqualität. Allerdings mit verbesserten Herstellungsverfahren, modernBiDi SFP-Modulehaben eine Zuverlässigkeit, die der von Dual--Glasfasermodulen nahe kommt.

Es ist wichtig zu beachten, dass „bidirektional“ und „Duplex“ zwei verschiedene Konzepte sind. Duplex bezieht sich auf die Datenübertragungsmethode (Vollduplex oder Halbduplex), währendBiDibezieht sich auf die Methode der physischen Mediennutzung.BiDi-SFP-Transceiverarbeiten immer noch im Vollduplex-Modus, nur über eine einzelne Glasfaser implementiert.
 

Arten von BiDi-Transceivern

Klassifizierung nach Geschwindigkeit

1G BiDi SFP: Wird für Gigabit-Ethernet verwendet und ist derzeit der am weitesten verbreitete BiDi-Modultyp. Typische Wellenlängenkombinationen sind 1310 nm/1490 nm oder 1310 nm/1550 nm, wobei die Übertragungsentfernungen 3 km bis 120 km umfassen. Wird hauptsächlich in Unternehmensnetzwerken, Campusnetzwerken, FTTH-Zugang und anderen Szenarien eingesetzt.

10G BiDiSFP+: Bei Verwendung für 10-Gigabit-Ethernet betragen die Wellenlängenkombinationen typischerweise 1270 nm/1330 nm (kurze bis mittlere Distanz) oder 1490 nm/1550 nm (lange Distanz). Die Übertragungsentfernungen liegen zwischen 10 km und 80 km. Weit verbreitet in Rechenzentrumsverbindungen, städtischen Netzwerken und anderen Szenarien.

25G BiDi SFP28: Wird für 25G-Ethernet verwendet und verwendet engere Wellenlängenabstände (z. B. 1295 nm/1309 nm) mit Übertragungsentfernungen von 10-40 km. Wird hauptsächlich für Serverzugriffs- und Speichernetzwerke in Hochleistungsrechenzentren verwendet.

40G BiDi QSFP+: Verwendet ein Dual--Faserdesign, lässt sich aber integrierenWDMTechnologie, wobei jede Faser eine bidirektionale Übertragung von 20 Gbit/s ermöglicht. Verwendet den Wellenlängenbereich 832-918 nm und arbeitet mit OM3/OM4-Multimode-Fasern mit Übertragungsentfernungen von 100–150 Metern. Geeignet für hochdichte Verbindungen innerhalb von Rechenzentren.

100G BiDi QSFP28: Nutzt die PAM4-Modulationstechnologie mit einer einzelnen Wellenlänge, die 50 Gbit/s überträgt, wodurch eine bidirektionale 100G-Übertragung über eine einzelne Singlemode-Faser erreicht wird. Übertragungsentfernungen von 10-40 km, verwendet für Verbindungen zwischen Rechenzentren.

Klassifizierung nach Wellenlängentechnologie

Standard-BiDi: Verwendet feste Wellenlängenpaare, z. B. 1310 nm/1550 nm. Niedrigere Kosten und am weitesten verbreitet.

CWDM BiDi: Verwendet grobe Wellenlängenmultiplex-Technologie, Wellenlängenbereich 1270 nm-1610 nm, mit 20 nm Wellenlängenabstand. Kann mehrere Wellenlängen auf einer einzigen Faser multiplexen und eignet sich für Netzwerke in Großstädten und die Übertragung über große Entfernungen.

DWDM BiDi: Verwendet eine dichte Wellenlängenmultiplextechnologie mit einem Wellenlängenabstand von nur 0,8 nm (100 GHz) oder 0,4 nm (50 GHz), konform mit den ITU-T G.694.1-Standards. Wird für Backbone-Netzwerke und die Übertragung über extrem große Entfernungen verwendet, wodurch eine extrem hohe Nutzung des Glasfaserspektrums erreicht wird.

Klassifizierung nach Anwendungsszenario

PON BiDi-Module: Speziell entwickelt für passive optische FTTH/FTTB-Netzwerke wie EPON, GPON, 10G-EPON usw. OLT-Seite und ONU-Seite verwenden unterschiedliche Wellenlängenkombinationen, wobei typische Konfigurationen Downstream 1490 nm/Upstream 1310 nm sind. Einige PON-Systeme überlagern auch eine Wellenlänge von 1550 nm für die CATV-Signalübertragung.

BiDi-Module für Rechenzentren: Optimiert für Rechenzentrumsumgebungen, unterstützt DDM-Funktionalität, geringen Stromverbrauch und Bereitstellung mit hoher -Dichte. Gängige Tarife sind 10G, 25G und 100G.

Carrier-Grade BiDi-Module: Erfüllt die Zuverlässigkeitsanforderungen der Carrier-Klasse mit Betriebstemperaturbereichen von -40 Grad bis +85 Grad und besteht strenge Umwelttests. Wird in Basisstationen im Freien, Netzwerkknoten in Großstädten und anderen rauen Umgebungen verwendet.

BiDi-Module in Industriequalität-: Verbesserte Entstörungsfähigkeit und mechanische Festigkeit, geeignet für industrielle Automatisierung, intelligenten Transport und andere Szenarien.

Anwendungsgebiete von BiDi-Transceivern

FTTH-Glasfaser-bis-zum-Haus: Das primäre Anwendungsszenario für Carrier-Breitbandzugangsnetze.BiDiLösungen zwischen OLT und ONU sparen 50 % der Kosten für optische Verteilungsnetze (ODN). Hunderte Millionen FTTH-Nutzer weltweit nutzen die BiDi-Technologie. Downstream-Daten verwenden typischerweise die Wellenlänge von 1490 nm, Upstream-Daten verwenden die Wellenlänge von 1310 nm und einige Systeme verwenden auch 1550 nm für die CATV-Signalübertragung, wodurch ein Multiplexing mit drei -Wellenlängen erreicht wird.

Rechenzentrumsnetzwerke: Rack{0}}zu-Rack, Etage-zu-Etage und Campus-zu-Campus-Verbindung. In Cloud-Rechenzentren mit hoher -DichteBiDiLösungen können den Glasfaserverbrauch um 50 % reduzieren und so die Komplexität der Verkabelung verringern. Insbesondere bei Retrofit-Projekten, wenn die vorhandenen Glasfaserressourcen die Anforderungen zur Bandbreitenerweiterung nicht erfüllen können, ist BiDi die wirtschaftlichste Lösung.10G BiDi SFP+Und25G BiDi SFP28sind häufig verwendete Modelle in Rechenzentren.

Unternehmenscampus-Netzwerke: Cross-{0}Building und Cross-{1}Block-Verbindung von Unternehmensnetzwerken. Im Vergleich zum Einsatz der doppelten Menge an GlasfaserkabelnBiDiLösungen können Baukosten und Zeitpläne erheblich reduzieren. Geeignet für verteilte Netzwerke in Schulen, Krankenhäusern, Industrieparks und anderen Standorten.

Sicherheitsüberwachungssysteme: Bei großen Überwachungsprojekten sind häufig Hunderte oder sogar Tausende von Kameras erforderlich, und die Arbeitsbelastung durch Glasfaserkabel ist enorm.BiDiLösungen können Fusionsspleiße und ODF-Ports um 50 % reduzieren, den Baufortschritt beschleunigen und Ausfallraten reduzieren. Insbesondere bei Retrofit-Projekten können vorhandene Single-{2}Core-Faserressourcen vollständig genutzt werden.

5G Fronthaul/Midhaul-Netzwerke: Datenübertragung zwischen Mobilfunk-Basisstationen und Kernnetzen. Angesichts der hohen 5G-Basisstationsdichte und Bandbreitenanforderungen schont die BiDi-Technologie effektiv Glasfaserressourcen.10G/25G BiDi-Modulewerden häufig in 5G-Netzen eingesetzt.

Industrielles Ethernet: Szenarien wie intelligente Fabriken, Energiesysteme und Verkehrssteuerung. In industriellen Umgebungen gelten hohe Anforderungen an die Zuverlässigkeit, aber oft ist der Platz für die Verkabelung begrenzt.BiDiLösungen reduzieren den Glasfaserverbrauch und verringern gleichzeitig die Verkabelungsschwierigkeiten. BiDi-Module in Industriequalität verfügen über ein breites Temperaturdesign und eine verbesserte Anti-Interferenz-Fähigkeit.

Rundfunknetze: CATV-Signalübertragung und IPTV-Dienste. Einige Rundfunknetze nutzen die BiDi-Technologie, um die Glasfasertransformation von HFC-Netzen zu erreichen und die Netzwerkkapazität unter Nutzung vorhandener Glasfaserressourcen zu verbessern.

Smart City-Anwendungen: IoT-Szenarien wie intelligenter Transport, intelligente Straßenbeleuchtung und Umweltüberwachung. Diese Anwendungen verfügen typischerweise über verstreute Einsatzorte und große EntfernungenBiDiLösungen, die die Kosten für die Glasfaserinfrastruktur erheblich senken.

Es ist wichtig zu beachten, dass die Wahl zwischenBiDiund herkömmliche Dual-{0}}Glasfaserlösungen erfordern eine umfassende Berücksichtigung projektspezifischer Umstände: Wenn Glasfaserressourcen reichlich vorhanden sind, die Entfernungen kurz sind und die Budgets groß sind, können Dual-{2}}Glasfaserlösungen einfacher und zuverlässiger sein; wenn die Glasfaserressourcen begrenzt sind, die Verkabelungskosten hoch sind und eine schnelle Bereitstellung erforderlich ist,BiDiLösungen bieten klare Vorteile.