BiDi-Transceiver-Anwendungen: Einzelfaserlösungen für moderne Netzwerke

BiDi-Transceiver (bidirektional) übertragen und empfangen Daten gleichzeitig über einen einzelnen Faserstrang mit zwei verschiedenen Wellenlängen und WDM-Technologie, wodurch die Anzahl der Fasern pro Verbindung effektiv halbiert wird.Sie werden häufig in Campus-Backbone-Verbindungen, FTTH-Zugangsnetzen, 5G-Fronthaul/Backhaul-Verbindungen, Metro-Ring-Architekturen und CCTV-Überwachungssystemen eingesetzt. In diesem Artikel erfahren Sie, wie die BiDi-Einzelfasertechnologie in der Praxis funktioniert, wo sie sinnvoll ist und was Sie vor einem Einsatz prüfen sollten.

 

 

Wie BiDi-Einzelfaserübertragung tatsächlich funktioniert

Ein Standard-Duplex-Transceiver benötigt zwei Fasern-eine zum Senden und eine zum Empfangen. Ein BiDi-Transceiver fasst dies zu einem einzigen Strang zusammen. Die Schlüsselkomponente ist der Diplexer, manchmal auch WDM-Koppler genannt, der im Inneren des Moduls sitzt und zwei Aufgaben gleichzeitig erfüllt: Er koppelt die lokal erzeugte Sendewellenlänge auf die Faser, während er die eingehende Empfangswellenlänge abspaltet und zum Fotodetektor leitet.

DerIEEE 802.3ahDie Spezifikation definierte diesen Ansatz ursprünglich für Gigabit Ethernet in der First Mile (EFM) unter Verwendung von 1310-nm/1490-nm-Wellenlängenpaaren über Single-Mode-Glasfaser. Seitdem wurde das Konzept auf höhere Datenraten ausgeweitet. Heutige 10G-BiDi-SFP+-Module verwenden üblicherweise 1270-nm/1330-nm-Paare für Reichweiten von 10–60 km, während 25G-SFP28-BiDi-Varianten Entfernungen von bis zu 40 km für den mobilen 5G-Transport unterstützen. Bei 100G nutzt der QSFP28 BiDi vier CWDM-Wellenlängen, die in definiert sindITU-T G.694.2(1271, 1291, 1311, 1331 nm), um eine Einzelfaserkonnektivität mit kurzer-Reichweite- innerhalb von Rechenzentren zu erreichen.

Ein Detail, das überrascht: BiDi-Module müssen immer paarweise eingesetzt werden. Seite A sendet auf einer Wellenlänge und empfängt auf der anderen; Seite B macht das Gegenteil. Die Installation von zwei Seite-A-Modulen an gegenüberliegenden Enden einer Verbindung bedeutet, dass beide Enden auf derselben Wellenlänge senden, ohne dass ein Empfänger darauf eingestellt ist, dies zu erkennen. -Die Verbindung bleibt dunkel. Dies ist ein häufiger Bereitstellungsfehler, insbesondere wenn Installateure zwei identische Module aus demselben Fach ziehen, anstatt vor dem Patchen die A/B-Beschriftungen zu überprüfen. Die Farbcodierung oder Kennzeichnung von Seite A und Seite B im Lager beseitigt die meisten dieser Probleme. Die Mechanismen dahinter verstehenBetrieb des optischen Verbindungsmodulshilft, Fehler dieser Art zu vermeiden.

 

Campus- und Unternehmens-Backbone-Netzwerke

Das wirtschaftliche Argument für BiDi-Transceiver ist in Campusumgebungen am einfachsten zu erkennen. Stellen Sie sich eine mittelgroße Universität vor, deren Glasfaseranbindung Dutzende von Gebäuden auf mehreren hundert Hektar umfasst. Für jede Gebäudeverbindung-zu-, die Standard-Duplex-Transceiver verwendet, sind zwei Glasfaserstränge erforderlich. Wechseln Sie zu BiDi und jeder Link wird auf einen Strang verschoben.

Die Einsparungen summieren sich bei Patchkabeln, Spleißarbeiten und Glasfasernutzung-insbesondere bei längeren Campusstrecken, bei denen der Platz für Leitungen knapp ist. Der Break-Even-Punkt hängt von der Linklänge, den Modulpreisen und den lokalen Installationskosten ab und variiert daher von Projekt zu Projekt. Bei kürzeren Strecken, bei denen reichlich Glasfaser vorhanden ist, ist die Duplexoptik möglicherweise noch einfacher. Aber wenn die Anzahl der Adern begrenzt ist oder veraltete Leitungen nicht mehr Kabel aufnehmen können, ändert BiDi die Wirtschaftlichkeit.

Abgesehen von den Materialkosten bedeuten weniger Adern eine geringere Überlastung der Leitungen, weniger Spleiße, die zu Einfügungsverlusten führen, und eine einfachere Fehlerbehebung. Für Campusplaner sind die wichtigsten Entscheidungsfaktoren die Verfügbarkeit der Stränge, die Verbindungslänge und das optische Budget. Unser Leitfaden zuSFP-Transceiver-Typen mit unterschiedlichen Geschwindigkeitendeckt die Moduloptionen ab, wenn Sie einen Geschwindigkeitsvergleich -für-benötigen.

 

 

FTTH- und Breitbandzugangsnetze

Fiber-to-the-Home-Bereitstellungen sind wohl die Glasfaser-empfindlichste Anwendung für die BiDi-Technologie. In Punkt-zu-Punkt-FTTH-Architekturen erfordert jede Teilnehmerverbindung eine dedizierte Glasfaser vom Optical Line Terminal (OLT) zum Gelände. Die Reduzierung auf einen einzigen Strang mit BiDi hat direkte Auswirkungen auf die Infrastrukturkosten-obwohl die genauen Einsparungen von den lokalen Glasfaserpreisen, der Verfügbarkeit von Leitungen und den Installationsarbeitssätzen abhängen.

Mehrere große-nationale Breitbandprogramme haben BiDi für die Konnektivität auf der Zugangsebene eingeführt-, wobei typischerweise 1310 nm/1490 nm- oder 1310 nm/1550 nm-Wellenlängenpaare mit 1G-Geschwindigkeiten verwendet werden.. 10G-Varianten werden mit steigendem Bandbreitenbedarf immer häufiger. Allerdings verringert sich der Kostenvorteil, wenn Glasfaser bereits günstig und reichlich verfügbar ist oder wenn die Zugangstopologie PON (passives optisches Netzwerk) anstelle einer Punkt{9}}zu{10}}-Architektur verwendet. PON-Systeme verfügen über ein eigenes Wellenlängenmanagement und profitieren nicht in gleichem Maße von BiDi-Modulen.

 

 

5G Fronthaul- und Backhaul-Transport

Bei dichten 5G-Gebäuden hilft BiDi auf zwei praktische Arten: Es reduziert den Litzenverbrauch und reduziert die Kabelmasse in überfüllten Kabelkanälen. Für jeden Mobilfunkstandort sind möglicherweise mehrere Verbindungen mit hoher-Bandbreite zwischen zentralen Basisbandeinheiten und entfernten Funkköpfen erforderlich, und bei städtischen Einsätzen ist der Platz für Glasfaserkanäle oft die am schwierigsten zu umgehende Einschränkung.

25G SFP28 BiDi-Module sind eine praktische Option für 5G-Fronthaul und unterstützen die Protokolle eCPRI und CPRI, die verteilte Einheiten (DU) mit Funkeinheiten (RU) verbinden. Das 1270-nm/1330-nm-Wellenlängenpaar über Single---Mode-Fasern deckt die für Fronthaul-Segmente typischen Distanzen von 10 bis 20 km ab. Für die Backhaul-Aggregation von Mobilfunkstandorten zum mobilen Kern verarbeiten 10G-BiDi-SFP+-Module den Datenverkehr zu geringeren Kosten pro Bit.

Was BiDi für Mobilfunkbetreiber nützlich macht, ist die Möglichkeit, vorhandene Dark Fiber wiederzuverwenden, ohne neue Kabel verlegen zu müssen. Eine Glasfaseranlage, die ursprünglich 4G mit Duplex-Verbindungen unterstützte, kann durch den Wechsel zu BiDi mehr Verbindungen bereitstellen-kein Grabenbau, keine Genehmigungsverzögerungen. Aber es gibt einen Haken: Der Diplexer erhöht die Einfügungsdämpfung, wodurch die Verbindungsreserven kleiner werden. Überprüfen Sie in Fronthaul-Segmenten, in denen das optische Budget bereits knapp ist, das Leistungsbudget, bevor Sie davon ausgehen, dass BiDi bei derselben Entfernung wie Duplex funktioniert.

Ein bemerkenswertes Bereitstellungsmuster: Einige Betreiber koppeln 25G-BiDi-Fronthaul mit 10G-BiDi-Backhaul auf demselben Glasfaserbündel und verwenden dabei nicht-überlappende Wellenlängenpaare (1270 nm/1330 nm für Fronthaul, 1490 nm/1550 nm für Backhaul). Diese Koexistenz funktioniert, erfordert jedoch eine sorgfältige Wellenlängenplanung im Vorfeld.

 

Metro- und WDM-Ringnetzwerke

Netze in Ballungsgebieten stehen vor einem ständigen Spannungsverhältnis zwischen Kapazitätswachstum und Glasfaserverfügbarkeit. BiDi fügt sich nahtlos in Metro-Ring-Architekturen ein, in denen jeder Knoten den Datenverkehr auf gemeinsam genutzten Glasfaserpfaden in beide Richtungen weiterleitet.

Für Metroanwendungen, die mehr als ein einzelnes BiDi-Wellenlängenpaar erfordern, lässt sich die Technologie gut mit passiven kombinierenCWDM-Mux/Demux-Plattformen. Durch die Überlagerung mehrerer BiDi-Kanäle auf derselben Glasfaser wird die Kapazität schrittweise skaliert, ohne dass ein neuer Glasfaseraufbau erforderlich ist. Dieser mehrschichtige Ansatz -BiDi für Fasereffizienz plus CWDM für Wellenlängendichte-kann die Kosteneffizienz für regionale Dienstanbieter verbessern, obwohl die Gesamtkosten von der Kanalanzahl, der Entfernung und davon abhängen, ob Sie eine Verstärkung benötigen.

 

 

Überwachung, Video und Spezialanwendungen

CCTV- und IP-Überwachungsinstallationen mit hoher-Dichte sind ein weniger offensichtlicher, aber praktischer Anwendungsfall. Ein großes Campus-Sicherheitssystem könnte 200 oder mehr IP-Kameras mit einem zentralen Videoverwaltungsserver verbinden. Jede Kameraverbindung hat eine relativ geringe{4}}Bandbreite, bei Duplexverbindungen summiert sich die Gesamtfaseranzahl jedoch schnell.

BiDi-SFP-Module mit 1000BASE-BX-Geschwindigkeit verarbeiten diese Verbindungen auf einzelnen Glasfasersträngen, und der Simplex-LC-Anschluss nimmt weniger Platz im Panel ein als Duplex-Alternativen. Digitale Videoübertragung, industrielle Überwachung und Switch-Verbindungen mit hoher-Dichte-zu-Switches auf engstem Raum profitieren alle vom gleichen Prinzip.

 

Wenn BiDi möglicherweise nicht die beste Wahl ist

BiDi ist nicht für jeden Link die richtige Antwort. Einige Situationen, in denen Standard-Duplexoptiken einfacher oder zuverlässiger sein können:

• Ballaststoffe sind bereits reichlich vorhanden.Wenn Ihr Kabelkanal über viele Ersatzlitzen verfügt, können die Glasfasereinsparungen die höheren Modulkosten und die Komplexität des Bestands an zusammenpassenden Paaren nicht ausgleichen.
• Die Teams bevorzugen identische Optiken an beiden Enden.Duplex verwendet an jedem Ende das gleiche Modul. BiDi erfordert Seite A und Seite B. Für Teams mit begrenzter optischer Erfahrung reduziert eine einheitliche Bestandsaufnahme Fehler.
• Lange Glieder mit engem optischen Spielraum.Der Diplexer fügt Einfügedämpfung hinzu. Bei Verbindungen in der Nähe der maximalen Reichweite des Moduls kann dieser zusätzliche Verlust dazu führen, dass das Leistungsbudget überschritten wird.
• Bestehende Patching-Konventionen gehen von Duplex aus.Der Wechsel zu BiDi bedeutet eine Umschulung des Personals und eine Aktualisierung der Dokumentation. Bei kleinen Bereitstellungen lohnen sich die Übergangskosten möglicherweise nicht.
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Checkliste für die Bereitstellung

Artikel prüfen	Warum es wichtig ist	Was zu überprüfen ist
A/B-Paar-Matching	Nicht übereinstimmende Module sind der häufigste BiDi-Fehler	Bestätigen Sie Seite A an einem Ende und Seite B am anderen Ende. Etikett vor dem Versand
Optisches Leistungsbudget	Diplexer erhöhen die Einfügungsdämpfung im Vergleich zu Duplexmodulen	Berechnen Sie die Gesamtdämpfung der Verbindung; Vergleichen Sie mit der Modulspezifikation
Wellenlängenkonflikt	BiDi-Wellenlängen können sich mit CWDM/DWDM auf derselben Faser überlappen	Überprüfen Sie den Wellenlängenplan für den gesamten Glasfaserpfad
DOM/DDM-Unterstützung	Die Echtzeitüberwachung gemäß SFF-8472 erkennt Verschlechterungen frühzeitig	Überprüfen Sie, ob die Module Tx/Rx-Leistung, Temperatur und Ruhestrom melden
Inventar und Ersatzteile	Sie benötigen Ersatzteile für die A-Seite und die B-Seite	Lagern Sie mindestens ein Ersatzpaar pro Standort; deutlich kennzeichnen

 

 

Beispiel: 10G-BiDi-Link-Budget über 10 km

Stellen Sie vor der Bereitstellung von BiDi auf einer Verbindung sicher, dass die Gesamtpfaddämpfung innerhalb des optischen Budgets des Moduls bleibt. Hier ist ein Beispiel für ein 10G-BiDi-SFP+-Modul auf einer 10 km langen Single-Mode-Glasfaserstrecke unter Verwendung von StandardITU-T G.652DFaserparameter:

Parameter	Wert	Quelle
Faserdämpfung (1270 nm, 10 km)	0,35 dB/km × 10=3.5 dB	G.652D-Spezifikation, 1310-nm-Fenster
Steckerverlust (2 gesteckte Paare)	0,3 dB × 2=0.6 dB	TIA-568-Klasse, LC/UPC
Spleißverlust (1 Fusionsspleiß)	0,1 dB × 1=0.1 dB	Typischer Fusionsspleiß
Diplexer-Überschussverlust (beide Enden)	~1,0 dB	Modulintern, je Herstellerdatenblatt
Gesamter geschätzter Pfadverlust	5,2 dB
Modulverbindungsbudget (Tx-Min.-zu-Rx-Empfindlichkeit)	14,0 dB	Typisches 10G-BiDi-SFP+-Datenblatt
Verbleibende Marge	8,8 dB

Ein Spielraum von 8,8 dB ist komfortabel-er berücksichtigt die Alterung der Glasfaser, künftige Reparaturspleiße und die Kontamination von Steckverbindern im Laufe der Zeit. Wenn dieser Spielraum unter 3 dB fällt, sollten Sie ein Modul mit höherer -Leistung oder eine Variante mit kürzerer Reichweite in Betracht ziehen. Die Diplexer-Verlustleitung ist der wesentliche Unterschied zu einem Duplex-Budget; Ein Standard-Duplex-Transceiver mit derselben Datenrate würde etwa 1 dB dieser Marge zurückgewinnen.

 

 

Häufig gestellte Fragen