什么是光模块?光模块的分类和用途

华为(HUAWEI)OSX010000模块 万兆多模模块 光模块-SFP+-10G-单模模块(1310nm,10km,LC)

什么是光模块

信号在光网络中传输时,必须进行光/电转换。光模块就是专门在光网络中完成光/电转换工作的部件。光模块的外观结构如图10-2所示。

图10-2  光模块的外观结构(以SFP/eSFP封装光模块举例)
1.拉手扣 2.接收接口 3.发送接口
4.壳体 5.标签 6.防尘塞
7.裙片 8.接头 -

SFP/eSFP封装光模块的外观如图10-3所示。

图10-3  SFP/eSFP封装光模块的外观

SFP+封装光模块的外观如图10-4所示。

图10-4  SFP+封装光模块的外观
QSFP+封装光模块的外观如图10-5和图10-6所示。

图10-5  QSFP+封装光模块的外观(LC光纤接口)
图10-6  QSFP+封装光模块的外观(MPO光纤接口)

请注意防止插反。QSFP+封装光模块的接头处有“L”形凹槽的一面为光模块的正面,如图10-5中的上面。插入接口时,应正面向上。

由于40G规范未明确要求,业界标准未统一,所以各型号光模块的诊断信息会有缺少。这是业界普遍存在的现象,其不会影响光模块的正常业务功能。

CSFP封装光模块的外观如图10-7所示。

图10-7  CSFP封装光模块的外观

XFP封装光模块的外观如图10-8所示。

图10-8  XFP封装光模块的外观
说明:

SFP+和XFP光模块均为10GE可热插拔光模块,其中XFP相比较于SFP+,口径较大。

CFP封装光模块的外观如图10-9和图10-10所示。

图10-9  CFP封装100GE光模块的外观(LC光纤接口)
图10-10  CFP封装100GE光模块的外观(MPO光纤接口)
QSFP28封装光模块的外观如图10-11和图10-12所示。

图10-11  QSFP28封装光模块的外观(MPO光纤接口)
图10-12  QSFP28封装光模块的外观(LC光纤接口)

光模块的分类

为了满足多样的需求,产生了多种类别的光模块。

  • 按速率分类

    为了满足各种传输速率的需求,产生了不同速率的光模块:100GE光模块、40GE光模块、10GE光模块、GE光模块、FE光模块。

  • 按封装分类

    传输速率越高的光模块,结构越复杂。为了满足不同结构的需求,产生了各种封装类型的光模块。华为交换机适用的封装类型有:CFP封装、QSFP+封装、QSFP28封装、XFP封装、SFP封装、eSFP封装、SFP+封装。所有光模块均支持热插拔。

    • SFP(Small Form-factor Pluggable)光模块:小型可插拔型封装。SFP光模块支持LC光纤连接器。
    • eSFP(Enhanced Small Form-factor Pluggable)光模块:增强型SFP,有时也将eSFP称为SFP。指的是带电压、温度、偏置电流、发送光功率、接收光功率监控功能的SFP。
    • SFP+(Small Form-factor Pluggable Plus)光模块:指速率提升的SFP模块,因为速率提升,所以对EMI敏感,壳子上面的裙片做的多了,配对的笼子也相对缩紧了。
    • XFP(10GB Small Form-factor Pluggable)光模块:“X”是罗马数字10的缩写,所有的XFP模块都是10GE光模块。XFP光模块支持LC光纤连接器。相比SFP+光模块,XFP光模块尺寸更宽更长。
    • QSFP+(Quad Small Form-factor Pluggable)光模块:四通道小型可热插拔光模块。QSFP+光模块支持MPO光纤连接器,相比SFP+光模块尺寸更大。
    • CFP(Centum Form-factor Pluggable)光模块:长×宽×高尺寸定义为144.75mm×82mm×13.6mm,是一种高速的可以热插拔的支持数据通信和电信传输两大应用的新型光模块标准。
    • QSFP28光模块:接口封装大小与QSFP+相同,支持速率为100GE的QSFP28光模块和40GE的QSFP+光模块。
  • 按物理层标准分类

    为了满足数据能以不同的形式传输,定义了各种不同的物理层标准,产生了支持各种标准的光模块,详细请参考具体光模块中“标准”。

  • 按模式分类

    光纤分为单模光纤、多模光纤。为了使用不同类别的光纤,产生了单模光模块、多模光模块。

    • 单模光模块与单模光纤配套使用。单模光纤传输频带宽,传输容量大,适用于长距传输。
    • 多模光模块与多模光纤配套使用。多模光纤有模式色散缺陷,其传输性能比单模光纤差,但成本低,适用于较小容量、短距传输。

彩色光模块与其它类型的光模块的最大的区别是中心波长不同,一般的光模块的中心波长有850nm、1310nm和1550nm。彩色光模块承载了若干不同中心波长的光。彩色光模块分为粗集波光模块(CWDM)和密集波光模块(DWDM)两种。在同一波段下,密集波光模块的种类更多,所以密集波光模块对波段的资源利用更充分。中心波长各异的光在同一根光纤中可以互不干涉的传输,因此,通过无源合波器将来自多路彩色光模块不同中心波长的光合成一路进行传输,远端则通过分波器根据不同的中心波长将光分出多路,有效的节省了光纤线路。彩色光模块主要应用于长距离的传输线路。

使用长距光模块,其发送光功率一般大于过载光功率,因此需要关注光纤长度,保证实际接收光功率小于过载光功率。如果光纤长度较短,使用长距光模块时需要配合光衰使用,注意不能烧坏光模块。

参数的含义和用途

发送光功率
在模块的正常工作条件下,光模块输出的光功率。两个光模块对接时,发送光功率应满足接收光功率的范围要求。
接收光功率
在一定的误码率(BER=10-12)条件下,接收组件能接收的平均光功率范围。上限值为过载光功率,下限值为接收灵敏度最大值。两个光模块对接时,接收光功率限定了发送光功率的范围。
接收灵敏度最大值
在一定的误码率(BER=10-12)条件下,接收组件能接收的最小输入平均光功率。两个光模块对接时,接收灵敏度最大值限定了发送光功率的最小值。
过载光功率
在一定的误码率(BER=10-12)条件下,接收组件能接收的最大输入平均光功率。两个光模块对接时,过载光功率限定了发送光功率的最大值。
消光比
全调制条件下信号平均光功率与空号平均光功率比值的最小值,表示0、1信号的区别能力。消光比是用于衡量光模块质量的参数之一。并非消光比的值越大光模块越好,而是消光比满足802.3标准的光模块才好。
光纤模式
根据光纤的纤芯直径及特性分为多模和单模。一般多模光纤纤芯直径大,模式色散严重,所以用于短距离的信号传输;而单模光纤模式色散小,所以一般用于长距离的信号传输。
模式带宽
模式带宽是主模中心波长的最大峰值跌落一定dB后的带宽。用于表示多模光纤光谱特性,值越大多模光纤越好,能够传输信号的距离越远。
光纤直径
光纤的纤芯直径。国际标准规定,多模光纤的光纤直径为62.5um和50um;单模光纤的光纤直径为9um。为光模块选择光纤时,应根据光模块支持的光纤直径选择光纤。
光纤等级
因为不同波长的光在不同的光纤中都有自己的最佳工作窗口,为调整最佳调整工作波长或色散特性,改变折射率分布,将光纤分为:多模光纤(G.651)、普通单模光纤(G.652)、色散移位光纤(G.653)、非零色散移位光纤(G.655)等,常用的是G.651和G.652。等级越高,光纤的传输信号距离越远。为光模块选择光纤时,应根据信号传输距离选择光纤。
接头类型
光模块光接口(插入光纤部位)的类型,常见的有:LC(所有的SFP、SFP+、XFP)、SC、MPO(150m的QSFP+、CXP)等。为光模块选择光纤时,应根据光模块支持的接头类型选择光纤。
传输距离
光信号所能传输的最大距离,因为光纤本身对光信号有色散、衰减等副作用,所以不同类型的光源发出的光所能传输的距离不一样。对接光接口时,应根据最远的信号传输距离选择光模块和光纤。
接口速率
光器件所能承载的无误码传输的最大电信号速率,以太网标准规定的有:125Mbit/s、1.25Gbit/s、10.3125Gbit/s、41.25Gbit/s。对接光接口时,应根据最高的信号传输速率选择光模块和光纤。
中心波长
在发射光谱中,连接50℅最大幅度值线段的中点所对应的波长。对接光模块时,发送端和接收端光模块的中心波长必须相同。
MSA
MSA是Multi-Source Agreement的缩写,即多元协议的意思。是由业界光模块制造商建立的一个非赢利性组织。它为光收发器件规定了外形尺寸,并参考了OIF和ITU标准。

光模块对接原则

对接原则

光模块对接的基本原则为:

支持相同标准的光模块可以对接(标准中已经定义了速率、波长和距离等,但不包含封装格式,对接时光模块的封装可以不一致)。支持的标准不一致的光模块能否对接需联系技术支持工程师确认。

华为交换机与其他产品如路由器对接时,均需遵守上面的对接原则。

标准说明

以1000BASE-LX10为例说明:

  • “1000”表示速率,目前有10(M)、100(M)、1000(M)、10G、40G、100G
  • “BASE”表示基带传输,Baseband
  • “L”表示激光器中心波长,目前有S(short wavelength:850nm)、L(long wavelength:1310nm)、E(extra long wavelength:1550nm)、B(bidirectional long wavelength单纤双向)等
  • “X”表示编解码格式,目前有T(twisted pair)、X(8B/10B)、R(64B/66B)、W(WIS)等
  • “10”表示通道数量,目前有4、10,没有数字代表1
说明:

上述示例仅以IEEE标准示意说明,并不适用于所有光模块,如非标的光模块。

标准的构成有2个部分:

  • 专门针对MAC、PHY的国际标准化组织IEEE802.3定义
  • 定义光模块硬件、软件、结构标准的SFF(Small Form Factor)委员会或MSA(Multi-Source Agreement)多源协议

40GE/100GE光模块支持的对接情况

华为S系列交换机支持的40GE和100GE光模块类型常见的有以下几种:

  • 40GE QSFP+封装光模块
  • 40GE CFP封装光模块
  • 100GE CFP封装光模块
  • 100GE QSFP28封装光模块
图10-13  40GE光模块在不同封装下支持的对接情况
图10-14  100GE光模块在不同封装下支持的对接情况
说明:

图中连线的标准表示支持对接。

iSR4和eSR4为SR4衍生的非标标准,支持与SR4标准对接。

40GE的40GBASE-PAM4与40GBASE-ePAM4标准支持对接。

100GE的100GBASE-CLR4与100GBASE-CWDM4标准支持对接。

100GE的100GBASE-ER4-lite与100GBASE-ER4标准对接,最大支持30km。