Cáp quang là gì? Ứng dụng Fiber Cable cho mạng cáp quang

Cáp quang hay Fiber Cable là một loại cáp mạng có chứa các sợi thủy tinh bên trong vỏ bọc cách điện. Cáp quang được thiết kế cho mạng dữ liệu đường dài, hiệu suất cao dùng trong các hệ thống mạng cáp quang viễn thông FTTx, camera giám sát CCTV, LAN/WAN và trung tâm dữ liệu Datacenter. So với dây cáp đồng, cáp quang cung cấp băng thông cao hơn và truyền dữ liệu trên khoảng cách xa hơn. Cáp quang hỗ trợ nhiều hệ thống internet, truyền hình cáp, cctv và viễn thông.

Sơ lược về các loại cáp sợi quang dùng trong mạng truyền dẫn Viễn thông và công nghệ thông tin

Một sợi cáp quang bao gồm một hoặc nhiều lõi sợi thủy tinh nhỏ, bên ngoài là các vỏ bảo vệ, và có thể có thêm các lõi thép gia cường. Trung tâm của mỗi sợi được gọi là lõi, cung cấp đường cho ánh sáng truyền đi.

Lõi được bao bọc bởi một lớp kính được gọi là tấm ốp có tác dụng phản xạ ánh sáng vào bên trong để tránh mất tín hiệu và cho phép ánh sáng đi qua các khúc cua trong cáp. Có hai loại chính của cáp quang là đơn mode (Single-mode) và đa mode (Multimode).

Sợi quang đơn mốt (SMF-Singlemode Fiber)

Sợi quang đơn mode (SMF) là loại sợi quang phổ biến được sử dụng để truyền trên khoảng cách xa hơn do ít bị suy hao. Sợi quang đơn mode chỉ có một chế độ truyền và cần phải có nguồn sáng có độ rộng quang phổ hẹp.

Sợi quang đơn mode cung cấp cho người dùng tốc độ truyền lớn hơn cùng với khoảng cách xa hơn. Tuy nhiên, sợi đơn mode đắt hơn sợi đa mode. Trong số tất cả những khác biệt giữa sợi đơn mode và sợi đa mode, cơ bản nhất là sự khác biệt về kích thước trong lõi của sợi cũng như sự suy hao hoặc suy giảm liên quan và băng thông sợi.

Sợi quang đa mốt (MMF-Multimode Fiber)

Sợi cáp quang đa mode (MMF) là một loại sợi quang được thiết kế để mang nhiều tia sáng hoặc chế độ đồng thời, mỗi tia sáng có góc phản xạ khác nhau một chút bên trong lõi sợi quang.

Bằng cách so sánh vật lý, sợi cáp quang đa chế độ được sản xuất với đường kính lõi nhỏ tới 50um và lớn tới hàng trăm micron. Cáp quang đa chế độ (Multimode) cung cấp cho người dùng băng thông lớn ở tốc độ cao trên khoảng cách ngắn. Sóng ánh sáng được trải ra theo nhiều chế độ hoặc đường đi khác nhau khi chúng truyền qua lõi cáp, thường ở bước sóng 850 hoặc 1300 nm. Các liên kết đa chế độ (MMF) điển hình có tốc độ dữ liệu từ 10 Mbit/s đến 10 Gbit/s trên chiều dài liên kết phổ biến ~600 mét, tối đa lên tới 2000 mét (2km).

Sợi cáp quang tối (Dark Fiber) và sợi cáp quang sống (Live Fiber)

Thuật ngữ Dark Fiber dùng tiếng Anh (nghĩa tiếng Việt là sợi tối hoặc được gọi là sợi không có ánh sáng quang) thường dùng để chỉ hệ thống cáp quang đã lắp đặt hiện không được sử dụng.

Ngược lại, thuật ngữ Live Fiber dùng tiếng Anh (nghĩa tiếng Việt là sợi có ánh sáng hoặc được gọi là sợi quang đang có dịch vụ/đang chạy dịch vụ) thường dùng để chỉ hệ thống cáp quang đã lắp đặt và đang được sử dụng để cung cấp

Ứng dụng của cáp quang cho các mạng cáp quang

• Camera quan sát (CCTV): Việc lắp đặt camera quan sát (CCTV) đòi hỏi chi phí đầu tư ban đầu cao. Vì vậy, camera quan sát (CCTV) và các ứng dụng sử dụng chúng cần phải hoạt động tốt trong thời gian dài. Do đó, camera quan sát được lắp đặt bằng cáp quang để sử dụng lâu dài.
• Mạng máy tính LAN/WAN: Trong một mạng, nhiều hệ thống được kết nối với nhau. Các hệ thống này được kết nối với nhau bằng cáp quang. Cáp quang có thể kết nối các thiết bị thuộc cùng một mạng hoặc một mạng khác. Trong các mạng kết nối này, cáp quang có thể truyền dữ liệu nhanh chóng và hiệu quả hơn so với các loại cáp đồng khác.
• Internet cáp quang: Ngày nay, Internet được sử dụng rộng rãi cho mọi ứng dụng. Cáp quang chủ yếu được sử dụng trong internet. Cáp quang được sử dụng trong internet vì chúng có thể truyền tải lượng dữ liệu lớn và trên khoảng cách xa. Sử dụng cáp quang mang lại những ưu điểm như khả năng truyền dẫn cao, tính linh hoạt, trọng lượng nhẹ, v.v. Do đó, cáp quang được sử dụng trong internet.
• Điện thoại doanh nghiệp: Cuộc gọi điện thoại được thực hiện giữa hai địa điểm khác nhau, dù gần hay xa nhau. Việc triển khai giao tiếp như vậy giữa hai nơi khác nhau là một nhiệm vụ khó khăn. Do đó, cáp quang được sử dụng để kết nối và liên lạc giữa hai nơi xa một cách dễ dàng và rõ ràng.
• Cáp truyền hình: Việc sử dụng cáp quang cho truyền hình đang ngày càng phổ biến. Cáp quang có tốc độ cao và băng thông rộng, do đó chúng được sử dụng để truyền hình độ nét cao. So với các loại cáp đồng khác, cáp quang có giá thành rẻ hơn nhưng lại mang lại nhiều tính năng và lợi ích hơn.
• Các ứng dụng mạng cáp quang khác: Nhu cầu truyền dẫn trong các ứng dụng liên quan đến quốc phòng an ninh, tài chính ngân hàng, chính phủ và mạng truyền dẫn cáp quang riêng của doanh nghiệp. Do đó, cáp quang mang lại khả năng bảo mật dữ liệu cao hơn. Trong các ứng dụng không gian, có nhiều nhiệm vụ khác nhau như liên lạc giữa các vệ tinh, truyền dữ liệu tốc độ cao, v.v. Những nhiệm vụ này có thể được thực hiện với hiệu suất cao hơn nhờ cáp quang.

Lợi ích khi sử dụng cáp quang

Cáp quang cung cấp một số lợi thế so với cáp đồng, như:

• Cáp quang hỗ trợ tốc độ cao hơn: số lượng băng thông mạng mà một cáp quang có thể mang dễ dàng vượt quá một cáp đồng có độ dày tương tự. Cáp quang có tốc độ 10 Gbps, 40 Gbps và 100 Gbps là tiêu chuẩn.
• Khoảng cách xa: vì ánh sáng có thể truyền đi những khoảng cách xa hơn qua cáp quang mà không bị giảm suy hao nên chất lượng không bị suy giảm.
• Cáp quang ít bị nhiễu hơn: Cáp mạng bằng đồng cần có vỏ bọc để bảo vệ nó khỏi nhiễu điện từ. Mặc dù lớp bảo vệ này giúp ích, nhưng nó không đủ để ngăn nhiễu khi nhiều dây cáp được đấu với nhau gần nhau. Các đặc tính vật lý của cáp quang tránh được hầu hết các vấn đề này.

Sự khác biệt chính giữa cáp quang đơn mode và đa mode là gì?

Đường kính lõi: Sợi quang đa mode so với Sợi quang đơn mode

Đường kính lõi là yếu tố phân biệt giữa sợi quang đơn mode và sợi quang đa mode.

• Lõi của sợi quang đa mode có kích thước lớn hơn; đường kính khoảng 50-62,5 micromet, phù hợp hơn cho việc sử dụng ở khoảng cách ngắn. Do kích thước lõi lớn, nhiều mode ánh sáng có thể truyền cùng lúc qua loại sợi này, nhưng độ tán sắc mode cao hơn, hạn chế khoảng cách và băng thông.
• Sợi quang đơn mode có lõi nhỏ hơn nhiều, chỉ cho phép một mode hoặc một đường truyền ánh sáng, do đó cũng làm giảm độ tán sắc mode. Do đó, chúng phù hợp hơn bất kỳ loại nào khác cho các liên kết truyền thông đường dài vì chúng cung cấp độ trung thực tín hiệu tốt hơn và khả năng truyền dẫn ở tốc độ cao hơn. Đó là lý do tại sao các loại sợi quang này chủ yếu được sử dụng trong các mạng viễn thông rộng lớn, nơi có thể cần truyền dữ liệu nhanh trên diện rộng.

Bước sóng và Nguồn sáng: Chế độ Đơn và Đa chế độ

Sợi quang đơn chế độ (SMF) và sợi quang đa chế độ (MMF) hoạt động bằng các bước sóng và nguồn sáng khác nhau, tạo nên sự khác biệt đáng kể về hiệu suất và mục đích sử dụng.

• Sợi quang SMF thường sử dụng điốt laser hoạt động ở bước sóng 1310 nm hoặc 1550 nm. Các bước sóng này thuận lợi cho truyền thông đường dài vì chúng ít bị suy giảm và do đó có thể truyền đi xa hơn mà không bị méo dạng, một đặc điểm của cáp đơn chế độ. Bằng cách sử dụng nguồn sáng laser, SMF đạt được băng thông cao hơn, do đó hỗ trợ các ứng dụng truyền dẫn xa hơn, lý tưởng cho cơ sở hạ tầng viễn thông và mạng dữ liệu tốc độ cao.
• Sợi quang MMF chủ yếu sử dụng điốt phát quang (LED) hoặc laser phát xạ bề mặt khoang đứng (VCSEL) hoạt động ở bước sóng 850 nm hoặc 1300 nm. Các bước sóng ngắn hơn này, cùng với bản chất của nguồn sáng được sử dụng trong MMF, tạo ra sự tán sắc mode lớn, do đó hạn chế khoảng cách truyền dẫn và băng thông hữu ích của nó. Tuy nhiên, cáp quang đa mode (MMF) có giá thành rẻ và đủ tốt cho các ứng dụng tầm ngắn như trong trung tâm dữ liệu, mạng cục bộ (LAN), mạng trường học, v.v., nơi khoảng cách thường dưới 550 mét. Do đó, MMF trở thành một giải pháp thiết thực cho những môi trường như vậy, nhờ sự cân bằng giữa chi phí và hiệu suất.

Khoảng cách truyền dẫn: Sợi quang đơn mode so với Sợi quang đa mode

Các đặc tính vật lý và loại nguồn sáng được sử dụng quyết định khả năng truyền dẫn khoảng cách của Sợi quang đơn mode (SMF) và Sợi quang đa mode (MMF).

• Sợi quang SMF có đường kính lõi nhỏ giúp giảm thiểu đáng kể sự tán sắc mode, cho phép tín hiệu truyền đi xa hơn mà không bị suy giảm chất lượng. SMF có thể hỗ trợ khoảng cách hơn 10 km và lên đến 80 km hoặc hơn khi sử dụng thiết bị chuyên dụng. Do đó, điều này lý tưởng để sử dụng trong các hệ thống viễn thông bao phủ các khu vực rộng lớn, mạng lưới đô thị và truyền dữ liệu khối lượng lớn.
• Do lõi của sợi quang MMF lớn hơn (dao động từ 50-62,5 micromet) dẫn đến suy giảm tín hiệu tăng theo khoảng cách. Ví dụ, khi hoạt động ở tốc độ 10 Gbps, cáp quang MMF OM3 tiêu chuẩn hỗ trợ khoảng cách lên tới 300 mét, trong khi sợi quang MMF OM4 có khoảng cách truyền dẫn tới 550 mét. Ngoài ra, tốc độ dữ liệu cao hơn làm giảm khoảng cách hơn nữa do phân tán và suy giảm nhiều hơn, do đó ảnh hưởng đến khả năng tốc độ và phạm vi vốn có trong bất kỳ thiết kế mạng cáp quang nào. Do đó, MMF tìm thấy các ứng dụng tốt hơn trong các trung tâm dữ liệu nơi cần kết nối giữa các máy chủ, nhưng khoảng cách giữa chúng cho phép lắp đặt giá rẻ.

Băng thông của cáp quang đơn mode và cáp quang đa mode

• Sợi quang Đơn mode (SMF) có băng thông rất lớn. Nó có thể truyền tải lượng dữ liệu khổng lồ với tốc độ cực nhanh trên khoảng cách xa. Trên thực tế, SMF thường có thể truyền tải ở tốc độ từ 10 Gbps đến 100 Gbps hoặc cao hơn. Do đó, cáp quang đơn mode phù hợp nhất làm cơ sở hạ tầng xương sống kết nối các khu vực có khoảnh cách truyền dẫn xa khác nhau như liên tỉnh, nơi cần tối đa hóa cả khoảng cách và dung lượng.
• Sợi quang đa mode (MMF) thường hỗ trợ tốc độ dữ liệu lên đến 10 Gbps cho khoảng cách 300 mét khi sử dụng sợi quang OM3 hoặc 550 mét khi sử dụng sợi quang OM4. Với công nghệ mới, tốc độ truyền dữ liệu từ 40 Gbps đến 100 Gbps có thể đạt được trên chiều dài tối đa 150 mét trên các sợi quang OM5 hỗ trợ ghép kênh phân chia bước sóng ngắn (SWDM). Tuy nhiên, kích thước lõi lớn hơn so với cáp quang đơn mode dẫn đến sự phân tán mode lớn hơn, do đó hạn chế băng thông và khoảng cách truyền dẫn so với SMF. Do đó, nó có thể được sử dụng trong các mạng LAN, trung tâm dữ liệu và mạng doanh nghiệp cần băng thông cao ở khoảng cách trung bình.

Câu hỏi thường gặp về cáp quang

Sự khác biệt chính giữa cáp quang đơn mode và cáp quang đa mode là gì?

Cáp quang đơn mode có đường kính lõi khác với cáp quang đa mode, và chúng cũng truyền ánh sáng khác nhau. Kích thước nhỏ của lõi cáp quang đơn mode (SMF) hạn chế khả năng truyền ánh sáng theo đường thẳng, khiến chúng trở nên lý tưởng cho khoảng cách xa. Ngược lại, cáp quang đa mode (MMF) có lõi dày hơn, cho phép ánh sáng truyền qua chúng bằng nhiều đường truyền đồng thời, khiến chúng phù hợp hơn cho khoảng cách ngắn.

Nên chọn cáp quang SMF hay MMF khi thi công lắp đặt mạng?

Khi nói đến việc truyền dữ liệu trên khoảng cách xa với tốc độ cao và độ tán sắc tối thiểu, cáp quang đơn mode (SMF) là lựa chọn phù hợp. Mặt khác, cáp quang đa mode (MMF) có lõi lớn hơn, cho phép nhiều chế độ ánh sáng cùng truyền dữ liệu, do đó phù hợp hơn cho khoảng cách ngắn.

Một số ứng dụng điển hình của cáp quang đơn mode so với cáp quang đa mode là gì?

Sợi quang đơn mode được sử dụng trong các mạng viễn thông và cơ sở hạ tầng mạng đường trục, nơi cần tốc độ dữ liệu cao trên khoảng cách xa mà không bị suy hao tín hiệu nhiều, trong khi sợi quang đa mode được sử dụng trong các trung tâm dữ liệu, mạng LAN và mạng cục bộ, nơi mà các yếu tố chi phí có thể hạn chế yêu cầu về khoảng cách, cùng nhiều yếu tố khác.

Tại sao các mạng hay dùng SMF thay vì MMF hoặc ngược lại?

Việc lựa chọn sử dụng sợi quang đơn mode (SMF) hay Sợi quang đa mode (MMF) phụ thuộc vào thiết kế. SMF vượt trội về khả năng truyền dẫn tốc độ cao với mức tổn thất công suất trên mỗi đơn vị chiều dài thấp, nhưng do kích thước nhỏ nên cần căn chỉnh chính xác, vì vậy chúng phù hợp nhất cho phạm vi phủ sóng xa hơn. Đồng thời, MM cung cấp các tùy chọn cáp rẻ hơn vì chúng có thể sử dụng các bộ thu phát/đầu nối lớn hơn vì việc căn chỉnh không quá quan trọng như các giới hạn khoảng cách do kích thước nhỏ hơn gây ra.

Cáp quang MMF OM3 là gì và nó liên quan gì đến sợi quang đa mode?

OM3 là cáp quang MMF có đường kính lõi lớn hơn, được tối ưu hóa cho truyền dẫn bằng laser, cho phép chúng hỗ trợ truyền dữ liệu tốc độ cao như 10 Gigabit Ethernet lên đến 300 mét khi lựa chọn giữa các tùy chọn cáp.

Tán sắc ảnh hưởng đến truyền dữ liệu trong MMF và SMF như thế nào?

Tán sắc xảy ra trong sợi quang đa chế độ khi các loại ánh sáng khác nhau truyền đi với tốc độ khác nhau, khiến tín hiệu bị lan truyền theo thời gian và khoảng cách. Hiện tượng này hạn chế khả năng truyền tín hiệu của MMF trên khoảng cách xa. Mặt khác, SMF chỉ truyền ánh sáng qua một đường dẫn, thực tế loại bỏ tán sắc và cho phép nó hỗ trợ tốc độ dữ liệu cao hơn trên khoảng cách xa hơn.

Những đầu nối nào được sử dụng cho sợi quang đơn chế độ và sợi quang đa chế độ?

SC, LC, ST và MTP/MPO là một trong số nhiều loại đầu nối có thể được sử dụng cho kết nối quang vào SMF và MM, mặc dù đường kính lõi nhỏ có thể đòi hỏi quy trình lắp đặt/bảo trì chính xác hơn so với các loại lớn hơn thường thấy trong sợi quang đa mode.

Một số lợi ích của việc sử dụng cáp quang đơn mode cho truyền thông đường dài là gì?

Cáp quang đơn mode mang lại một số lợi thế so với các loại cáp quang tương tự khi truyền thông đường dài, chẳng hạn như băng thông cao hơn, suy hao thấp hơn do suy hao, v.v.; do đó, chúng được sử dụng rộng rãi nhất trong các mạng viễn thông, nơi thường xuyên xảy ra truyền dẫn khối lượng lớn hoặc tốc độ cao trên khoảng cách xa.

Đường kính lõi sợi ảnh hưởng đến hiệu suất của cáp SMF so với cáp MMF như thế nào?

Mức hiệu suất đạt được của bất kỳ loại cáp quang nào phụ thuộc phần lớn vào kích thước lõi của nó; Sợi quang đơn mode có lõi nhỏ hơn, cho phép duy trì tính toàn vẹn tín hiệu trên các khu vực địa lý rộng lớn vì chỉ có một mode ánh sáng đi qua tại một thời điểm, trong khi sợi quang đa mode có lõi lớn hơn, có thể đáp ứng nhiều đường truyền nhưng lại bị tán sắc mode, do đó hoạt động kém trên các khoảng cách dài.