تفاوت سینگل مود و مالتی مود در فیبر نوری
اگر چه انواع کابل‌نوری، فیبر سینگل مود (SMF-Single Mode Fiber) و فیبر مالتی مود (MMF-Multimode Fiber)، در سطح گسترده‌ای و برای کاربردهای گوناگونی مورد استفاده قرار می‌گیرند،اما تفاوت میان آن‌ها هنوز گیج‌کننده است و سردرگمی را در انتخاب شبکه برای کاربران به همراه دارد. از این رو تصمیم گرفتیم تا در این مقاله به ساختار پایه آن‌ها، مسافتی که هر یک پشتیبانی می‌کنند، هزینه‌ای که صرف خرید و نصب آن‌ها می‌شود، رنگ کابل‌ها و مواردی از این قبیل پرداخته و مقایسه‌ای عمیق و جامع میان دو نوع فیبر نوری تک حالته و چند حالته انجام دهیم.
البته قبل از شروع مقایسه میان دو نوع اصلی فیبر نوری اجازه دهید تا نگاهی کلی به فیبر نوری کرده و تعریفی کوتاه از آن بیان کنیم. اگر که گفته شود کابل فیبر نوری در حال حاضر به عنوان ستون فقرات اکثر ارتباطات شهری و برون شهری شناخته می‌شود و نبود آن باعث فلج شدن ارتباطات می‌شود، اغراق نیست. کابل فیبر نوری از یک یا چندین رشته شیشه‌ای تشکیل شده است. این رشته‌ها که به وسیله پوشش مناسبی روکش شده‌اند، انتقال اطلاعات را با سرعتی بالا، به شکل پرتوهای نور و برای مسافت‌های طولانی فراهم می‌سازند.
تفاوت سینگل مود و مالتی مود
سینگل مود بودن فیبر نوری به این معنا است که فیبر در یک زمان معین تنها یک نوع از حالت نور را منتشر کرده و انتقال می‌دهد. در صورتی‌که مالتی مود بودن فیبر در معنای منتشر ساختن و انتقال دادن چندین حالت نور در یک زمان است. البته عمده تفاوت فیبر نوری Single Mode و Multimode در قطر هسته فیبر، طول موج و منبع نور فیبر، پهنای باند، روکش رنگی آن، مسافت و هزینه نهایی است.
قطر هسته
قطر هسته فیبر نوری سینگل مود بسیار کوچک‌تر از قطر هسته فیبر مالتی مود است.
معمولا قطر هسته فیبر سینگل مود حتی اگر که موارد (اندازه‌های) دیگری نیز در دسترس باشد (قطر هسته این فیبرها بین 7.6 میکرومتر تا 10 میکرومتر است)، 9 میکرومتر می‌باشد و به طور عمده قطر هسته فیبر نوری مالتی مود 50 میکرومتر و 62.5 میکرومتر است که این قطر بزرگ در مقایسه با طول موج پرتو نوری که حمل می‌کند، این امکان را فراهم ساخته است تا قابلیت “جمع آوری نور” بیش‌تری داشته باشد و اتصالات را ساده‌تر نماید.
ناگفته نماند که قطر روکش (cladding) هر دو نوع فیبر سینگل مود و مالتی مود 125 میکرومتر است. این روکش هسته نقشی اساسی در شکست نور برای حرکت صحیح آن در فیبر ایفا می‌کند.
همچنین لازم به ذکر است که تضعیف یا میرایی فیبر نوری در نوع مالتی مود نسبت به نوع سینگل مود به دلیل هسته بزرگ آن بیش‌تر است چرا که فیبر سینگل مود هسته بسیار کوچکی دارد، از این رو نوری که از این کابل‌ها عبور خواهد کرد در مسیر مستقیم‌تری حرکت کرده و بارها منعکس نمی‌شود و این میرایی یا تلفات نوری را به حداقل می‌رساند.
| فیبرنوری مالتی مود OM3 125/50 | فیبر نوری سینگل مود سیمپلکس 125/9 | ||
|---|---|---|---|
| میرایی در 850 نانو متر | 3 دسی‌بل بر کیلومتر | میرایی در 1320 نانو متر | 0.36 دسی‌بل بر کیلومتر |
| میرایی در 1300 نانو متر | 1 دسی‌بل بر کیلومتر | میرایی در 1550 نانو متر | 0.22 دسی‌بل بر کیلومتر |
طول موج و منبع نور
با توجه به اندازه بزرگ هسته فیبر نوری مالتی مود، برخی از منابع کم‌هزینه نظیر دیودهای ساطع کننده نور (LEDs) و لیزر تابش سطحی با کاواک عمودی یا ویسل (VCSEL) که به ترتیب در طول موج‌های 850 و 1300 نانومتر کار می‌کنند به عنوان منبع نور در کابل‌های فیبر نوری مولتی مود مورد استفاده قرار می‌گیرند. این در حالی است که منابع نور شناخته شده برای فیبر نوری سیگنال مود، لیزر و لیزر دیودی است و طول موجی که عمدتا در فیبر نوری سینگل مود مورد استفاده قرار می‌گیرد 1310 و 1550 نانومتر است.
پهنای باند
پهنای باند فیبر مالتی مود توسط حالت نور آن محدود می‌گردد و در حال حاضر حداکثر مقدار آن 28000 مگاهرتز در کیلومتر برای فیبر مالتی مود OM5 است. این در صورتی است که پهنای باند فیبر سینگل مود از لحاظ تئوری نامحدود است چرا که در یک زمان مشخص تنها یک حالت نور اجازه عبور دارد.
رنگ پوشش یا همان غلاف
برخی اوقات از رنگ پوشش یا همان غلاف کابل می‌توان به نوع آن پی برد. بر اساس استاندارد TIA-598C، برای کاربردهای غیر نظامی، کابل سینگل مود با پوشش بیرونی زرد رنگ و فیبر نوری مالتی مود با روکش نارنجی یا آبی دریایی (آکوا، سبز-آبی) مشخص می‌شود.
تخمین مسافت فیبر نوری سینگل مود در برابر کابل مالتی مود
با توجه به ویژگی‌هایی که برای هر یک از دو نوع کابل بیان شدند، مشخص است که فیبر نوری سینگل مود برای مسافت‌های طولانی مناسب است و در واقع هیچ‌گونه محدودیتی در پشتیبانی از مسافت‌های کوتاه و بلند ندارد. این در حالی است که فیبر نوری مالتی مود برای مسافت‌های کوتاه طراحی شده است. پس زمانی‌که نوبت به مقایسه فواصل قابل پشتیبانی توسط فیبر نوری سینگل مود در مقابل مالتی مود می‌رسد، تفاوت قابل سنجش چقدر است؟
| انواع کابل فیبر نوری | مسافت فیبر | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 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 | ||
| فیبر نوری سینگل مود | OS2 | 200m | 5,000m | 5,000m | 10km | – | – | – |
| فیبر نوری مالتی مود | OM1 | 200m | 275m | 550m (mode conditioning patch cable لازم است) | – | – | – | – |
| OM2 | 200m | 550m | – | – | – | – | ||
| OM3 | 200m | 550m | 300m | 70m | 100m | 100m | ||
| OM4 | 200m | 550m | 400m | 100m | 150m | 150m | ||
| OM5 | 200m | 550m | 300m | 100m | 400m | 400m | ||
با نگاه به جدول دیده می‌شود که فاصله‌ای که فیبر نوری سینگل با نرخ انتقال داده یک تا ده گیگابایت ساپورت می‌کند از کابل‌های فیبر نوری مالتی مود، بیش‌تر است، اما سه نوع از فیبرهای نوری مالتی مود-OM3,OM4,0M5-نرخ انتقال داده بالاتری را پشتیبانی می‌کند.
در واقع دلیل اصلی این موضوع را می‌توان هسته بزرگ فیبر نوری مالتی مود دانست. قطر هسته فیبر نوری مالتی مود بزرگ است و بیش از یک حالت نور از آن عیور می‌کند. این امر باعث انتشار و پراکندگی مدال که پدیده‌ای متداول در فیبر مالتی مود با ضریب شکست پله‌ای است، می‌شود. این پدیده مسافت قابل پشتیبانی توسط این نوع فیبرها را در مقدار قابل توجهی محدود می‌کند. این در صورتی است که فیبر نوری سینگل مود این چنین نیست.
علاوه بر آن‌چه بیان شد، قابل ذکر است که فیبر نوری سینگل مود OS2 قابلیت این را دارد که فاصله‌های طولانی‌تری را در لینک‌های 40 و 100 گیگ پشتیبانی کند که البته در جدول بالا نوشته نشده است.
هزینه کلی سیستم
برای بهره‌گیری کامل از خصوصیات اساسی فیبر نوری سینگل مود که عمدتا برای کاربردهای دور برد (مسافت طولانی) طراحی شده‌اند به ماژول‌هایی با توان لیزری که در طول موج طولانی‌تر با اسپات سایز یا همان قطر پرتو کوچک‌تر و به طور کلی محدوده طیفی باریک‌تر (طیف نوری باریک) کار می‌کند، نیاز است. این ویژگی‌های ماژول ترانسیور، همراه با الزامات برای هم‌ترازی با دقت بالاتر و تحمل اتصال محکم‌تر به قطر هسته کوچک‌تر (به کارگیری کانکتورهای مناسب‌تر که افت کم‌تری با توجه به قطر هسته کوچک‌تر دارند) منجر به صرف هزینه‌های بسیار بالا برای تهیه ماژول ها و به طور کلی هزینه‌های ایجاد اتصال و پیوند بالاتر برای اتصالات فیبر نوری سینگل مود می‌شود.
متدهای ساخت برای ترانسیورهای مبتنی بر VCSEL (لیزر تابش سطحی با کاواک عمودی) که برای به کارگیری در فیبرهای نوری مولتی مود بهینه شده‌اند، در دستگاه‌های آرایه‌ای راحت‌تر ساخته شده و نسبت به ترانسیورهای سینگل مود معادل هزینه کم‌تری برای آن‌ها صرف می‌شود.
همچنین علیرغم استفاده از خطوط فیبر نوری مالتی مود و مالتی ترانسیورها که می‌توانند هزینه‌بر باشند، در مقایسه با تکنولوژی سینگل مود که از عملکرد تک و/ یا چند کاناله بر روی اتصال سیمپلکس-دوبلکس استفاده می‌کند، صرفه‌جویی قابل توجه و غیر قابل چشم‌پوشی در هزینه‌ها وجود دارد. سیستم فیبر مالتی مود کم‌ترین هزینه سیستم و مسیر ارتقاء دقیق تا 100 گیگابایت را برای برنامه‌های کاربردی مبتنی بر استاندارد به کمک اتصال نوری_موازی فراهم می‌سازد.