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Serie 101: Multimode vs. Singlemode

Mark Mullins

Glasfaser-Verkabelung kommt in zwei Arten – Multimode und Singlemode. Der Mehrheit unter Ihnen ist wahrscheinlich bekannt, dass Strecken bei der Multimode-Verkabelung kürzer sind als bei Singlemode, und Singlemode wird daher für Langstrecken-LWL-Anwendungen in externen Anlagen eingesetzt, während Multimode die primäre Wahl für Anwendungen in Rechenzentren und Geschäftsräumlichkeiten ist.

Die Popularität der Singlemode-Glasfaser wächst jedoch in Anwendungen mit kürzerer Reichweite aufgrund ihrer inhärent höheren Bandbreiten-Fähigkeiten, und immer mehr Techniker sehen sich mit der Aufgabe der Installation von Singlemode und Multimode-Glasfaseranlagen konfrontiert. Es fiel uns auf, dass die technischen Unterschiede zwischen den beiden Glasfaser-Typen nicht jedermann verständlich sind. Werfen wir einen genaueren Blick darauf.

Was bedeutet ein Modus?

Bei der Glasfaser-Datenübertragung wird der Begriff „Modus“ verwendet, um das Mittel zu beschreiben, mit dem ein Lichtsignal durch den Glaskern der Faser verläuft – ein Modus ist einfach der Pfad, dem das Licht folgt. Das heißt also, dass das Licht in einer Singlemode-Glasfaser einem Pfad folgt, während es in einer Multimode-Faser viele Pfade verwendet.

Man kann sich das so vorstellen. Wenn Sie eine Wasserrutschbahn hinunterrutschen, dann stoßen Sie an den Wänden der Bahn an. Jeder Winkel, den Sie dabei erreichen, ist ein Modus. Licht in einem Multimode-Glaskern arbeitet auf die gleiche Weise. Das Licht trifft in einem Winkel auf das Glas und wird wieder reflektiert, und so wird das Licht entlang dem Kern weiter bewegt. Warum leuchtet das Licht nicht einfach aus dem Kern? Erstens trifft das Licht in einem flachen Winkel auf das Glas, wodurch das Glas wie ein Spiegel agiert. Zweitens ist der Kern mit einer Schicht umhüllt, dem Mantel. Um das Licht im Kern zu halten, hat der Mantel ein anderes Brechungsindex-Profil, das ist der technische Parameter, der bestimmt, wie viel Licht gebogen oder abgelenkt wird, wenn es in ein Material eintritt.

Im Gegensatz dazu bewegt sich Licht durch eine Singlemode-Glasfaser in einem geraden Modus aufgrund der kleineren Größe des Kerns, der etwa ein Zehntel der Größe des Multimode-Faserkerns beträgt, ohne von den Wänden abzuprallen.

Verzögerung der Bandbreiten-Begrenzung

Warum unterstützt Singlemode-Glasfaser bedeutend größere Bandbreite und Entfernungen? Das Senden von Licht in einem Singlemodus beseitigt das DMD, das sogenannte Differential Mode Delay, den primären Faktor für die Bandbreitenbegrenzung der Multimode-Faser.

Wenn mehrere Moden durch eine Multimode-Faser laufen, laufen manche die Mitte hinunter, während andere näher an dem Kernmantel verlaufen. Die Moden am äußeren Rand werden als Moden höherer Ordnung bezeichnet, während die Moden nahe der Mitte des Kerns Moden niedrigerer Ordnung sind. Moden der höheren und niedrigeren Ordnung bewegen sich mit verschiedenen Geschwindigkeiten, und DMD ist der Unterschied in der Laufzeit.

Je kleiner das DMD, desto weniger verteilen sich die Lichtimpulse im Verlauf der Zeit und desto höher die Bandbreite. Wenn der zeitliche Unterschied zwischen den Impulsen größer ist, ist der Receiver möglicherweise nicht in der Lage, die Impulse richtig zu unterscheiden. DMD steht in direktem Zusammenhang mit der Entfernung – es steigt mit wachsender Faserlänge. Deshalb hat Multimode-Glasfaser viel kürzere Strecken-Anforderungen als Singlemode – bis zu etwa 500 m für Multimode im Vergleich zu 10 km für Singlemode.

DMD können auch durch Unzulänglichkeiten in der Glasfaser verursacht werden, und Glasfaser-Hersteller haben gelernt, das DMD durch sorgfältige Optimierung des Faser-Brechungsindexprofils zu begrenzen. Statt dass die Moden nur widergespiegelt werden, wo der Kern auf den Mantel trifft, verwendet Multimode-Glasfaser ein graduiertes Faserindexprofil, das sich kontinuierlich von der Mitte des Kerns zur Kern/Mantel-Grenze ändert. Dadurch wird ein parabolischer (d. h. symmetrische Kurve) Pfad geschaffen, durch den die Moden der niedrigeren Ordnung langsamer über die kürzere Strecke in der Nähe des Faserkerns verlaufen, und die Moden der höheren Ordnung verlaufen schneller über weitere Entfernungen in der Nähe des Kernrands. Dies minimiert die zeitliche Verzögerung zwischen den Impulsen, wodurch das DMD verringert und eine höhere Bandbreite ermöglicht wird.

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Weitere offensichtliche Unterschiede

Einige der offensichtlicheren Unterschiede zwischen Multimode und Singlemode umfassen Kabelfarbe, Lichtquellen und Tests. Singlemode ist fast immer gelb, während der Multimode typisch aqua gefärbt ist. Verschiedene Arten von Multimode können auch unterschiedliche Farben haben – während OM3 fast immer aqua ist, weist OM4 Multimode manchmal eine rosa Farbe namens Erika Violet auf, um es von OM3 zu unterscheiden, und die neueste Generation von Multimode-Faser, OM5, ist limonengrün.

Ein weiterer wichtiger Unterschied ist die Lichtquelle und die damit verbundenen Kosten der Übertragungsgeräte. Singlemode-Glasfaser erfordert eine Laser-Lichtquelle mit einer schmalen spektralen Lichtbreite, was teurere Transceiver erfordert. Während das Singlemode-Kabel selbst weniger kostspielig ist als Multimode-Kabel, kosten Singlemode-Transceiver den 1,5 bis 4-fachen Preis der Multimode-Transceiver.

Und wenn es um das Testen von Multimode vs. Singlemode geht, muss man verstehen, dass die beiden Faser-Typen nicht gemischt werden können und Vorlaufkabel mit dem zu testenden Fasertyp übereinstimmen müssen. Das Testen von Multimode-Glasfaser erfordert außerdem eine EF-Prüfung (Encircled Flux), die charakterisiert, wie das Licht in die unter Test befindliche Verkabelung gesendet wird. EF-Testen schränkt die Anzahl der gesendeten Moden ein, um die Variabilität zu verringern und präzise, wiederholbare Testergebnisse zu erzielen. Klicken Sie hier für weitere Informationen über das Encircled Flux-Testen oder um das Whitepaper herunterzuladen, wenn Sie sich eingehender mit dieser Materie beschäftigen möchten.


 
 
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