Poprawna polaryzacja MPO 12- i 8-włóknowa

Polaryzacja światłowodowa zapewnia, że sygnał nadawczy (Tx) w łączu światłowodowym trafia do odpowiadającego mu odbiornika (Rx) po drugiej stronie połączenia. Zachowanie tej zgodności jest częstym źródłem nieporozumień, szczególnie w przypadku wielowłóknowych łączy MPO wykorzystujących 12 włókien. Przyjrzyjmy się podstawowym zasadom oraz rozwiązaniom stosowanym w praktyce, które są kluczowe dla prawidłowego wdrożenia.

Łączność MPO Base-8 a Base-12

Złącza MPO są dostępne w wersjach wielomodowych i jednomodowych, z różną liczbą włókien oraz w wersji męskiej (z pinami) lub żeńskiej (bez pinów). Piny zapewniają precyzyjne pozycjonowanie podczas połączenia dwóch złączy. Aktywne urządzenia sieciowe zazwyczaj wykorzystują interfejsy MPO męskie (z pinami), dlatego każdy przewód MPO podłączany bezpośrednio do urządzenia musi być wyposażony w złącze żeńskie (bez pinów), aby uniknąć uszkodzenia transceivera. Złącza MPO posiadają również klucz na górnej powierzchni oraz biały znacznik wskazujący pozycję 1.

Złącza MPO występują w wersji męskiej (z pinami) lub żeńskiej (bez pinów) i posiadają oznaczenie na górnej powierzchni oraz białą kropkę z boku, wskazującą pozycję 1.

Historycznie 12-włóknowe złącza MPO były popularnym rozwiązaniem do konsolidacji dupleksowego okablowania szkieletowego w centrach danych. Wraz z rozwojem aplikacji optyki równoległej, wykorzystujących wiele włókien do transmisji i odbioru sygnału, rozwiązania MPO 12-włóknowe zaczęły być stosowane także w połączeniach end-to-end. W praktyce jednak nie wszystkie 12 włókien było wykorzystywanych. Na przykład pierwsze aplikacje 40GBASE-SR4 i 100GBASE-SR4 wykorzystywały jedynie 8 włókien: 4 do transmisji i 4 do odbioru danych.

Początkowo wdrożenia aplikacji 8-włóknowych bazowały na infrastrukturze MPO 12-włóknowej, pozostawiając cztery środkowe włókna niewykorzystane. Ta nieefektywność doprowadziła do opracowania rozwiązań MPO 8-włóknowych. Dla rozróżnienia przyjęto nazwy Base-8 i Base-12. Złącze MPO Base-8 ma taką samą obudowę jak Base-12, lecz pozbawione jest czterech środkowych włókien.

Złącza MPO Base-8 wykorzystują ten sam format (form factor) co złącza Base-12, jednak usunięto w nich cztery środkowe włókna światłowodowe.

Centra danych posiadające istniejącą infrastrukturę MPO Base-12 mogą przejść na aplikacje 8-włóknowe bez marnowania włókien, wykorzystując kable konwersyjne MPO lub kasety konwersyjne. Przykładowo dwa złącza MPO Base-12 (łącznie 24 włókna) mogą zostać skonwertowane na trzy złącza Base-8 (również 24 włókna).

Choć rozwiązania MPO Base-12 są nadal powszechnie stosowane do konsolidacji okablowania szkieletowego w aplikacjach dupleksowych, obecnie rzadko wykorzystuje się je w optyce równoległej, ponieważ większość współczesnych aplikacji korzysta z 8 włókien:

• 100 Gigabit Ethernet: 4 włókna Tx i 4 włókna Rx przy 25 Gb/s
• 200 Gigabit Ethernet: 4 włókna Tx i 4 włókna Rx przy 50 Gb/s
• 400 Gigabit Ethernet: 4 włókna Tx i 4 włókna Rx przy 100 Gb/s

Nadchodzący standard IEEE 802.3dj będzie również obsługiwał transmisję 800 Gig przez 8 jednomodowych włókien światłowodowych, wykorzystując 4 włókna nadawcze i 4 odbiorcze pracujące z szybkością 200 Gb/s.

Podstawy polaryzacji MPO

Polaryzacja światłowodowa ma kluczowe znaczenie dla poprawnego działania szybkich połączeń wykorzystujących optykę równoległą i złącza MPO. Jeśli nie zostanie zachowana prawidłowa polaryzacja, sygnał nadawczy Tx po jednej stronie nie zostanie połączony z odpowiednim odbiornikiem Rx po drugiej stronie, co spowoduje niedziałanie kanału transmisyjnego.

Istnieją trzy podstawowe metody polaryzacji: Metoda A, Metoda B, Metoda C
Metody te pozostają takie same zarówno dla rozwiązań Base-12, jak i Base-8.

Metoda A

Metoda A wykorzystuje przewody szkieletowe MPO typu A (straight-through), wyposażone w złącze key-up na jednym końcu oraz key-down na drugim. Dzięki temu włókno znajdujące się w pozycji 1 po jednej stronie pozostaje w pozycji 1 po stronie przeciwnej.

Stosowane są adaptery typu A (key-up do key-down), przewód krosowy MPO typu A na jednym końcu i przewód typu B na drugim. Takie rozwiązanie zapewnia prawidłowe przyporządkowanie sygnałów Tx i Rx. Zgodnie z normami TIA w łączu może występować tylko jeden przewód typu B.

Metoda polaryzacji A wykorzystuje kabel typu A wraz z adapterami typu A, patchcord typu A na jednym końcu oraz patchcord typu B na drugim końcu, aby zapewnić prawidłowe przyporządkowanie włókien nadawczych (Tx) i odbiorczych (Rx).

Metoda B

Metoda B wykorzystuje odwrócone przewody szkieletowe MPO typu B z konfiguracją key-up na obu końcach. W efekcie włókno z pozycji 1 trafia do pozycji 12 po drugiej stronie.

Metoda ta upraszcza zarządzanie polaryzacją, ponieważ wykorzystuje przewody typu B, adaptery typu B oraz przewody krosowe typu B na obu końcach toru transmisyjnego. Dzięki stosowaniu tego samego rodzaju przewodów eliminuje się ryzyko pomyłki podczas instalacji.

Metoda polaryzacji B wykorzystuje kabel typu B, adaptery typu B oraz patchcordy typu B na obu końcach połączenia, co eliminuje niepewność dotyczącą doboru odpowiednich patchcordów.

Metoda C

Metoda C wykorzystuje przewody MPO typu C (cross-over), które zamieniają miejscami pary włókien. Włókno z pozycji 1 trafia na pozycję 2, włókno z pozycji 2 trafia na pozycję 1 itd.

Choć metoda C sprawdza się w instalacjach dupleksowych, nie jest zalecana dla optyki równoległej. Wymaga stosowania bardziej złożonych konfiguracji z adapterami typu A, przewodami typu C oraz dodatkowymi przewodami typu B. Dodatkowo komponenty typu C są mniej dostępne na rynku.

Metoda polaryzacji C wykorzystuje kabel typu C wraz z adapterami typu A, patchcord typu B na jednym końcu oraz patchcord typu C na drugim końcu, aby odwrócić zamianę par włókien (pair flip). Kable i patchcordy typu C mają bardziej złożoną konstrukcję i nie są powszechnie dostępne, dlatego metoda C nie jest zalecana do zastosowań wykorzystujących transmisję równoległą (parallel optics).

Dylemat związany ze złączami APC

Wszystkie jednomodowe złącza MPO wykorzystują powierzchnię czołową APC (Angled Physical Contact), charakteryzującą się kątem 8°, który poprawia parametry reflektancji. Coraz częściej spotyka się również złącza MPO APC dla światłowodów wielomodowych w aplikacjach 400G i 800G, które są szczególnie wrażliwe na odbicia sygnału.

Chociaż metoda B jest zalecana ze względu na wykorzystanie identycznych patchcordów na obu końcach połączenia, prawidłowe zestawienie złączy MPO APC wymaga konfiguracji key-up/key-down. Dlatego w praktyce stosuje się tzw. zmodyfikowaną metodę B (Modified Method B), wykorzystującą kabel typu B oraz adaptery typu A. Takie rozwiązanie zapewnia właściwą orientację złączy i umożliwia prawidłowe połączenie ferruli APC o ukośnych powierzchniach czołowych.

Zmodyfikowana metoda B wykorzystuje kable typu B, adaptery typu A oraz patchcordy typu B na obu końcach połączenia. Rozwiązanie to zapewnia kompatybilność ze złączami APC, które wymagają konfiguracji key-down do key-up w celu prawidłowego zestawienia ukośnych powierzchni czołowych.

Jak zapewnić prawidłową polaryzację

Metoda polaryzacji powinna zostać określona już na etapie projektowania, aby zamówić właściwe komponenty. Niestety błędy związane z polaryzacją często są wykrywane dopiero po zakończeniu instalacji. Ponieważ prefabrykowane zestawy MPO są zwykle wykonywane na zamówienie i często nie podlegają zwrotowi, zamówienie niewłaściwej konfiguracji może prowadzić do opóźnień i dodatkowych kosztów.

Testery Fluke Networks CertiFiber™ Max oraz MultiFiber™ Pro umożliwiają sprawdzanie poprawności polaryzacji pojedynczych patchcordów 8- i 12-włóknowych, a także łączy stałych (permanent links) i kanałów transmisyjnych. Dodatkowo pozwalają automatycznie skanować i testować wszystkie 8 lub 12 włókien pod kątem tłumienia wtrąceniowego (insertion loss). Dzięki temu, jeśli przez pomyłkę zastosujesz patchcordy typu B na obu końcach połączenia przy wykorzystaniu kabli szkieletowych (trunk) typu A, testery natychmiast wskażą problem.

Niektóre wielomodowe złącza MPO UPC oferują możliwość zmiany polaryzacji w terenie (field polarity change). Dzięki temu nie ma potrzeby zamawiania nowych patchcordów o odpowiedniej polaryzacji ani utrzymywania rozbudowanego magazynu komponentów o różnych konfiguracjach. Możliwość korekty polaryzacji bezpośrednio na miejscu instalacji pozwala obniżyć koszty oraz uniknąć opóźnień wynikających z błędów w doborze okablowania.

• MTP Pro firmy US Conec: Położenie klucza (key) w tym złączu można zmieniać między pozycją key up i key down za pomocą specjalnego narzędzia. Złącze należy wsunąć do portu zmiany polaryzacji w narzędziu aż do usłyszenia kliknięcia, a następnie je wyjąć.
• PanMPO firmy Panduit: Polaryzację zmienia się za pomocą wymiennej obudowy, którą można łatwo zdjąć, obrócić o 180° i ponownie zamontować, zmieniając położenie klucza między key up i key down.

Złącza PanMPO i MTP PRO umożliwiają również zmianę rodzaju złącza (gender) zarówno w jednomodowych, jak i wielomodowych złączach UPC oraz APC poprzez dodawanie lub usuwanie pinów. Dzięki temu można zawsze zapewnić prawidłowe połączenie typu żeńskiego z męskim pomiędzy aktywnym sprzętem a adapterami.