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光纤收发器技术探索:原理、类型与应用

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光纤收发器、SFP与波分有什么区别:封装、波长与光路匹配

浏览次数: 飞畅科技原创 作者:飞畅科技技术团队

SFP、SFP+主要描述可插拔模块的封装与接口体系;CWDM、DWDM描述怎样安排光的波长、让多个光通道共用光纤。它们不是“短距离收发器”和“长距离收发器”这两类互斥产品。一只模块可以同时是SFP封装和CWDM光接口,距离则要另看发射、接收、光缆与线路条件。

先分清:整机、模块与光纤线路不是一个对象

现场把“光纤收发器”叫作一台带电源、网口和光口的小盒子,通常指以太网介质转换整机。它把兼容的以太网业务从铜缆一侧送到光纤一侧,有的还带交换、管理或故障联动功能。整机可能采用固定光接口,也可能留出模块插槽。有没有这些功能,要查整机资料,不能由光模块名称推断。

SFP是一种小型可插拔模块体系。常见光模块插进交换机、路由器或其他兼容主机的插槽,利用主机提供的供电和电气接口完成光收发。它不是一台有独立RJ45网口、电源和完整转发功能的收发器,也不是仅凭外形就能工作的光纤接头。光纤线路则包括光缆、跳线、连接器、熔接点及可能的波分器件,三者必须一起核对。

模块里面,电与光怎样转换

发送时,主机把符合接口要求的电信号交给模块,驱动电路控制光源,形成承载数据的光信号,由TX发射口送入光纤。接收时,来自对端的光进入RX接收口,探测器把它转换成电流,再经过接收电路处理,交给主机。图中的上下两条路径分别说明发送和接收,不表示两路互不相关的业务。

光强等特征如何随数据变化,取决于具体接口制式。图里用脉冲帮助理解,不能把这种简化波形推广到所有高速模块。模块也不会自动把百兆业务变成千兆业务,或把以太网翻译成电话、串口协议。协议、编码以及主机电气接口不匹配时,就算机械尺寸相同,仍不能正常通信。

主机插槽中的SFP模块剖视:发送电信号驱动激光器,接收光信号经探测器与接收电路返回主机
图1:通用光模块收发机制。内部布局和脉冲均为简化示意,不是飞畅某型号的拆机图;图中双光口分别说明TX与RX,实际接口须按订货配置确认。

为什么SFP与SFP+不能用来判断远近

相似的金属外壳,只能帮助识别机械形态,不能告诉你光源功率、接收能力或允许线路损耗。SFP常见于千兆等接口,SFP+常见于万兆等接口,但实际速率和支持协议必须由模块与主机两份资料共同确认。主机是否支持较低速率模块、能否识别特定模块编码,也不能只凭插槽形状判断。

同一封装可以有多模、单模、不同波长和不同光预算的版本。因此,“SFP只做短距离”并不成立;反过来,标了DWDM也不能保证跨城市甚至跨国通信。长距离系统还可能需要放大、再生、色散与噪声分析等设计,一只模块的标称距离不能代替整条线路方案。

波分为什么能让多个通道共用光纤

波分复用利用不同波长的光可以在同一纤芯中传输这一条件。各路发送模块先产生符合各自通道要求的光;合波器按照波长把它们汇入公共光口。远端分波器再把不同波长导向对应通道,交给接收设备。它处理的是光路,而不是先读出以太网帧再按IP地址转发。

图2画的是三个通道共用一段纤芯的一个方向。完整双向链路还要设计反向通道,例如使用另一根纤芯,或在支持的单纤方案中安排互补波长。普通双纤模块的TX与RX接线、单纤双向模块的波长配对、多个业务通道的波分规划,是相关但不同的三件事,不能用“一根光纤”把它们全部混为一谈。

三路不同波长经过无源合波器进入同一纤芯,远端分波器按波长分离到对应接收通道
图2:仅示一个传输方向,λ1、λ2、λ3代表不同波长通道,颜色只用于区分路径,不是人眼看到的光色。波长间隔不按比例;无源波分器件不解析数据帧,也不创造单个端口的带宽。

CWDM与DWDM的差别,不只是名字里多一个字母

CWDM是粗波分复用,DWDM是密集波分复用,主要区别涉及波长通道的安排及相应光学系统要求。可以把通道想成不同的位置,但不能把这个类比推导成任意模块都能互换。模块的中心波长、允许偏差与波分器通道范围必须匹配,接收端也要支持经过该线路的信号。

思科公开资料同时存在CWDM SFP与DWDM SFP,正好说明“封装”和“波分方式”可以组合。这里只用这些资料核验概念,不把其通道数量、距离或兼容主机表当成飞畅产品能力。也不能认为DWDM天然比CWDM更适合所有项目;纤芯资源、业务通道数、线路损耗、维护条件和设备成本都影响方案选择。

有了波分,为什么还要重新计算光预算

无源合波、分波器不需要电源完成其光路功能,但会引入插入损耗;连接器、熔接点和光缆也会消耗光功率。估算接收功率时,要从发射功率中扣除整条路径的损耗,再与接收灵敏度和过载上限比较。每个方向、每个通道都要检查,不能只算最短的一路。

例如园区已有纤芯不足,需要再接入几路独立链路,可以先评估是否具备合适的波长模块及波分器件。使用公共纤芯后,各主机端口仍有自己的速率边界,并不会因为旁边多了一路波长,就自动变成更高速率端口。公共光缆断开还可能同时影响多路业务,应把这种共同故障点纳入冗余设计。

选飞畅整机时,先看实际接口,再问模块支持

飞畅B系列分类提供普通以太网光纤收发器的整机实例。其中“1光4电千兆以太网(电源外置)”详情列出了光口与多个电口的组合,适合围绕端口数量和集中接入需求核对。但该页光接口参数列的是FC/SC,不能据此宣称它带SFP插槽,更不能直接宣称支持CWDM或DWDM模块。

该产品页的电口速率描述也有不同表述,订货时应索取对应订货号的现行规格书。若现场确实需要可插拔模块或波分,应另外确认整机插槽、可用速率、支持模块清单及环境条件。目前引用的分类和详情不足以证明飞畅提供某套波分系统,所以本文不编造其波长配置、温度等级或跨品牌兼容承诺。

到现场怎样把问题逐层排清楚

先记录主机型号与软件版本、模块订货号、两端接口制式及波长,然后画出从TX到对端RX的完整光路。再逐个确认波分通道标签、纤型、接头端面与光预算。测试时先用已知兼容的简单链路建立基线,再按方案加入波分和实际光缆,每次只改变一个条件,避免同时换设备和跳纤后无法判断原因。

不要直视光口或纤端,也不要用“看见红光”判断工作波长;清洁与测量使用适合现场光源的工具。支持数字诊断的模块可以提供状态信息,但显示光功率不等于业务合格。最后还需按约定负载验证错误、丢包、连续运行及恢复过程,保存接线图和通道记录。正确分类的终点,是能解释每个部件负责什么、限制在哪里,而不是把一串缩写写满采购单。

资料参考:Cisco CWDM SFP方案资料与Cisco DWDM SFP资料用于核验封装、波长模块与无源光路关系,不表示飞畅支持其产品配置;飞畅B系列分类及1光4电外置电源整机详情用于确认整机对象及接口证据边界。配图为通用科学示意,非产品实拍、实测或具体型号规格图。

资料与适用边界:本文用于解释通用机制;接口、功能与操作以对应型号及版本资料和现场验证为准。

现场常见问题

SFP只能短距离,DWDM模块才是长距离光纤收发器吗?

不是这种分类。SFP主要描述模块体系,DWDM描述波长通道安排,两者可以组合。距离还受发射与接收范围、光缆损耗及系统条件限制;模块也不同于自带供电与RJ45的介质转换整机。

装上无源波分器后,原来每个千兆端口会合成一个万兆端口吗?

不会。合分波器按波长组织光路,不解析网络帧或升级主机电接口,各端口仍有各自速率。还应逐通道和方向计算插入损耗、灵敏度及过载,并考虑公共纤芯中断会同时影响多路业务。

收发器详情只列固定FC或SC光口,能直接采购SFP波分模块配它吗?

不能据此确认。光连接器和可插拔模块插槽是不同对象,需要另核对整机插槽、支持速率、模块清单与环境条件。没有相应证据时,不应把同系列或其他厂商的波分能力写入这台设备采购规格。

继续阅读:10Gbps光模块怎样选:SFP+兼容、光纤匹配与光功率预算;光纤工业交换机怎样选:SFP匹配、光功率与验收;