Singlemode- vs Multimode-Glasfaser, Was ist der Unterschied?

In diesem ausführlichen Vergleich zwischen Singlemode- und Multimode-Glasfasern werde ich diese beiden Glasfaserkabel miteinander vergleichen und Ihnen helfen, den Unterschied zu erkennen und zu entscheiden, welches für Ihr Glasfaserkabelsystem am besten geeignet ist.

In diesem Beitrag werde ich erörtern, wie Multimode- und Singlemode-glasfaser in Bezug auf ihre Eigenschaften zu vergleichen sind:

Doch zunächst einmal: Was genau sind Singlemode- und Multimode-glasfaser?

Was ist eine Singlemode-Glasfaser?

Singlemode-Fasern, kurz SMF, sind Glasfaserkabel, die nur einen Lichtmodus übertragen können. Typischerweise enthält diese Faser einen kleinen lichtführenden Kern von etwa 9 µm Durchmesser. Sie weisen eine geringe modale Dispersion auf, die eine Signalübertragung über große Entfernungen ermöglicht.

Im Gegensatz zu Multimode-Glasfaserkabeln kann sich bei Singlemode die Lichtkonzentration schneller und weiter ausbreiten, was für Hochgeschwindigkeitsnetze über große Entfernungen entscheidend ist.

Was ist eine Multimode-Faser?

Im Gegensatz zu Singlemode-Fasern können bei Multimode-Fasern (MMF) mehrere Lichtmodi übertragen und durchgelassen werden. Diese Fasern haben in der Regel einen großen lichtleitenden Kern mit einem Durchmesser von 50µm oder 62,5µm. Das macht die Herstellung einfacher und bietet ein niedrigeres Kostenverhältnis bei gleicher Länge.

Die modale Dispersion schränkt jedoch die größte Länge der Übertragungsverbindungen ein. Daher sind diese Fasern hauptsächlich für die Übertragung von Signalen über kurze Entfernungen geeignet.

Im Allgemeinen können Multimode-Glasfaserkabel in fünf Typen unterteilt werden:

• OM1: Sie hat einen Durchmesser von 62,5 µm und einen orangefarbenen Mantel. Mit 200/500 MHz*km überfüllter Startbandbreite (OFL) bei 850/1300nm ist sie für 100 Megabit und 1G Ethernet-Anwendungen geeignet.
• OM2: Sie hat einen Durchmesser von 50µm und einen orangefarbenen Mantel. Mit 200/500 MHz*km überfüllter Startbandbreite (OFL) bei 850/1300nm ist sie für 100 Megabit, 1G und 10G Ethernet-Anwendungen geeignet.
• OM3: Die laseroptimierte MMF-Faser unterstützt 2000 MHz*km effektive modale Bandbreite. Mit einem Durchmesser von 50µm und einem Aquamantel.
• OM4: Eine weitere laseroptimierte Faser unterstützt eine EMB-Bandbreite von 4700 MHz*km. Geeignet für 10 Gb/s-, 40 Gb/s- und 100 Gb/s-Übertragungen.
• OM5: auch bekannt als WBMMF (wideband multimode fiber), verwendet zwei Fasern zur Datenübertragung mit Geschwindigkeiten von 40 GB/s, 100 GB/s und 400 GB/s.

Was ist der Unterschied zwischen Singlemode- vs Multimode-Glasfaserkabel?

Nachdem wir nun ihre Definitionen kennen, ist es an der Zeit, ihre Unterschiede zu vergleichen.

Auf der Grundlage der verschiedenen Faktoren haben wir die folgenden Benchmarks in den Vergleich einbezogen.

1. Kern-Durchmesser

Singlemode- und Multimode-Faserkabel haben unterschiedliche physikalische Kernabmessungen.

Die Abbildung unten zeigt die verschiedenen Kerndurchmesser im Vergleich.

Die Kerngröße von Singlemode-Glasfaserkabeln ist klein, wobei der typische Durchmesser meist 9 µm beträgt, obwohl auch andere Größen erhältlich sind. Es hat eine geringere Dämpfung und ermöglicht höhere Bandbreiten und längere Übertragungsstrecken.

Der Kern von Multimode-Faserkabeln ist viel größer, typischerweise 62,5 µm oder 50 µm. Je nach Fasertyp hat OM1 einen Durchmesser von 62,5µm, während OM2/OM3/OM4/OM5 alle einen Durchmesser von 50µm haben.

Obwohl es einen deutlichen Größenunterschied gibt, ist es nicht einfach, diese Unterschiede mit dem bloßen Auge zu erkennen. Das liegt daran, dass sie alle kleiner sind als die Breite eines menschlichen Haares. Normalerweise kann man das anhand des aufgedruckten Codes auf dem Glasfaserkabel feststellen.

Singlemode- und Multimode-Glasfaserkabel haben jedoch einen Durchmesser von 125µm, wenn sie einen Schutzmantel haben.

2. Wellenlänge

Multimode-Glasfaserkabel sind in der Regel für kurze Wellenlängen von 850 nm und 1300 nm geeignet. Da es einen großen Faserkern hat, kann die Industrie den optischen Transceiver mit kostengünstigeren Komponenten wie LEDs (lichtemittierende Dioden) und VCSELs (vertical-cavity surface-emitting lasers) anbieten.

Vergleichen Sie	OM1	OM2	OM3	OM4	OM5	OS2
Wellenlänge	850nm, 1300nm	850nm, 1300nm	850nm, 1300nm	850nm, 1300nm	850nm, 953nm, 1300nm	1310nm, 1490nm, 1550nm, CWDM&DWDM

Singlemode unterstützt in der Regel lange Wellenlängen wie 1310nm, 1490nm, 1550nm und WDM. Ein winziger Faserkerndurchmesser ermöglicht eine hochpräzise Kopplung und eine viel größere Entfernung. Die Wellenlänge wird normalerweise von FP-, DFB- und EML-Lichtquellen erzeugt.

3. Bandbreite

Diese beiden Arten von Glasfaserkabeln bieten unterschiedliche Bandbreiten. Lassen Sie uns einen einfachen Vergleich anstellen.

Da Singlemode-Glasfaserkabel nur einen einzigen Lichtquellenmodus unterstützen, haben sie eine geringere Dämpfung und weniger Streuung. Infolgedessen kann es eine nahezu unbegrenzte Bandbreite bieten. Das macht es zur bevorzugten Wahl für Hochgeschwindigkeitsverbindungen über große Entfernungen in der Telekommunikation.

Vergleichen Sie	OM1	OM2	OM3	OM4	OM5	OS2
Mindestlänge der überfüllten modalen Bandbreite	200MHz-km @850nm 500MHz-km @1300nm	500MHz-km @850nm 500MHz-km @1300nm	1500MHz-km @850nm 500MHz-km @1300nm	3500MHz-km @850nm 500MHz-km @1300nm	3500MHz-km @850nm 1850MHz-km @953nm 500MHz-km @1300nm	NA
Mindestlänge der effektiven modalen Bandbreite	Not required	Not required	2000 MHz-km@850nm	4700MHz-km @850nm	4700MHz-km @850nm	NA

Ein Multimode-Glasfaserkabel kann jedoch in mehreren optischen Modi übertragen. Außerdem ist die Dämpfung hoch und die Streuung groß. Aus diesem Grund ist die Bandbreite begrenzt.

In dieser Hinsicht ist das Singlemode-Glasfaserkabel der Gewinner.

4. Attenuation

Singlemode-Fasern haben in der Regel eine geringere Dämpfung als Multimode-Fasern, die anfälliger für Dämpfungen sind.

In der folgenden Tabelle wird die Faserdämpfung verglichen.

Vergleichen Sie	OM1	OM2	OM3	OM4	OM5	OS2
Maximale Abschwächung	3.5dB/km @850nm 1.5dB/km @1300nm	3.5dB/km @850nm 1.5dB/km @1300nm	3.0dB/km @850nm 1.5dB/km @1300nm	3.0dB/km @850nm 1.5dB/km @1300nm	3.0dB/km @850nm 2.3dB/km @953nm 1.5dB/km @1300nm	0.5dB/km @1310nm 0.5dB/km @1550nm

5. Farbcode

Unterschiedliche Farben ermöglichen eine einfache Unterscheidung der Faserkabeltypen. TIA-598C definiert den empfohlenen Farbcode für Glasfaserkabel in der Industrie.

• Multimode OM1 and OM2 usually have the orange jacket. 
• OM3 and OM4 usually have Auqa color jackets.
• OM5 was colored green.
• Single mode OS1 and OS2 typically with Yellow jackets.

6. Entfernung

Aufgrund der geringeren Dämpfung und Modendispersion bietet Singlemode eine viel längere Übertragungsstrecke als Multimode.

Daher werden Multimode-Glasfaserkabel nur für kurze Strecken verwendet (z. B. 550 m für 1 Gbps) und sind gleichzeitig kostengünstig. Singlemode-Verkabelung wird dagegen hauptsächlich für Übertragungen mit sehr großen Reichweiten verwendet.

Vergleichen Sie	OM1	OM2	OM3	OM4	OM5	OS2
Entfernung	200m (100Mbps) 275m (1Gbps)	200m (100Mbps) 275m, (1Gbps) 82m (10Gbps)	200m (100Mbps) 550m, (1Gbps) 300m, (10Gbps) 100m, (40Gbps) 100m,(100Gbps) 100m (400Gbps)	200m (100Mbps) 550m (1Gbps) 400m (10Gbps) 150m (40Gbps) 150m (100Gbps) 100m (400Gbps)	200m (100Mbps) 550m (1Gbps) 400m (10Gbps) 300m (40Gbps) 300m (100Gbps) 100m (400Gbps) 100m (800Gbps)	180km (100Mbps) 180m (1Gbps) 100km (10Gbps) 80km (40Gbps) 80km (100Gbps) 80km (400Gbps) 80km (800Gbps)

7. Kosten

Dabei werden die Gesamtkosten auf der Grundlage von drei Segmenten betrachtet: Glasfaserverkabelung, Transceiver und Systemaufrüstung. Lassen Sie uns nun die Details dieser Kosten diskutieren.

7A. Kosten der Glasfaserverkabelung

Aufgrund der vielen Vorteile von Singlemode-Glasfasern denken viele Leute, dass Singlemode-Kabel teurer sind als Multimode-Kabel.

Das Gegenteil ist jedoch der Fall. Ist das nicht seltsam?

Der Grund dafür ist, dass Singlemode-Fasern in der Herstellung effizienter sind und im Vergleich zu Multimode-Fasern durchschnittlich 20-30 % einsparen. Betrachtet man die teureren OM3/OM4/OM5-Fasern, kann man mit Singlemode-Fasern etwa 50 % oder sogar noch mehr sparen.

Wir müssen jedoch einen weiteren kritischen Kostenfaktor berücksichtigen – den optischen Transceiver.

7B. Kosten für optische Sendeempfänger

Als wesentliches Segment der Glasfaserverkabelung nimmt der optische Transceiver einen großen Teil der Kostenbeteiligung ein. Manchmal kann er 70 % der Gesamtkosten ausmachen.

In den meisten Fällen kosten Singlemode-Transceiver 1,2 bis 6 Mal mehr als Multimode-Transceiver. Denn bei Singlemode-Geräten wird in der Regel eine Hochleistungslaserdiode (LD) verwendet, die sehr viel teurer ist. Multimode-Geräte hingegen verwenden in der Regel die kostengünstigere LED oder den VCSEL-Laser.

In der nachstehenden Tabelle werden die Kosten am Beispiel des Optcore-Transceivers verglichen.

Transceiver	Beschreibung	Preis
Single mode SFP	Generischer 1000BASE-LX/LH SFP 1310nm 20km Transceiver	US$ 5.90
Multimode SFP	Generischer 1000BASE-SX SFP 850nm 550m Transceiver	US$ 5.90
Single mode SFP+	Generischer 10GBASE-LR SFP+ 1310nm 10km Transceiver	US$ 15.00
Multimode SFP+	Generischer 10GBASE-SR SFP+ 850nm 300 Transceiver	US$ 11.00
Single mode SFP28	Generischer 25GBASE-LR SFP+ 1310nm 10km Transceiver	US$ 37.00
Multimode SFP28	Generischer 25GBASE-SR SFP+ 850nm 100 Transceiver	US$24.00
Single mode QSFP28	Generic 100GBASE-LR4 QSFP28 1310nm 10km Transceiver	US$ 49.90
Single mode QSFP28	Generic 100GBASE-SR4 QSFP28 850nm 100m Transceiver	US$ 329.00

7C. Kosten der Systemaufrüstung

Das rasante Wachstum des Denkens zwingt das Verkabelungssystem zur Aufrüstung und Erweiterung. Im Allgemeinen bietet die Singlemode-Glasfaserverkabelung mehr Skalierbarkeit, Flexibilität und Elastizität.

Aufgrund der begrenzten Bandbreite und der geringen Entfernung ist die Multimode-Glasfaser eine Herausforderung, wenn es darum geht, zukünftige Anforderungen an die Signalübertragung über große Entfernungen und große Mengen zu erfüllen.

Außerdem können Sie bei Singlemode-Glasfasern das System leicht aufrüsten, indem Sie nur den Switch und die Transceiver austauschen; Sie müssen keine neuen Glasfasern verlegen.

Bei Multimode-Glasfaserkabeln müssen Sie die OM2-Fasern durch OM3-Fasern und dann durch OM4-Fasern ersetzen, um höhere Übertragungsgeschwindigkeiten zu erreichen. Das Auswechseln der Fasern, die unter dem Boden liegen, ist jedoch wesentlich teurer.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass MMF bei kurzen Entfernungen geringere Gesamtkosten verursacht. Singlemode-Fasern sind die beste Wahl für mittlere bis lange Entfernungen.

Nebenbemerkung: Wenn Sie Systeme vergleichen, sollten Sie die Gesamtkosten berücksichtigen. Berücksichtigen Sie die Kosten für alle drei Teile und nicht nur für einen. Andernfalls kann Ihr System teurer werden, auch wenn Sie bei der einzelnen Glasfaserverkabelung sparen.

8. Anmeldung

Aus diesem Vergleich ergibt sich, dass Singlemode-Glasfasern hauptsächlich für Langstrecken-Backbone- und Metrosysteme in Telekommunikations-, Datenübertragungs- und CATV-Netzen verwendet werden.

Multimode-Fasern werden hauptsächlich für Anwendungen mit vergleichsweise kurzen Entfernungen verwendet, z. B. für Rechenzentren, Cloud Computing, Sicherheitssysteme und LANs ( Local Area Networks).

FAQs zu Singlemode- und Multimode-Glasfaserkabeln

Q: Wie weit können Monomode-Glasfaserkabel gehen?

A: Für die meisten Anwendungen beträgt die maximale Entfernung von Singlemode-Kabeln etwa 160 Kilometer. Die dispersionskompensierenden Fasern können jedoch mehr als 200 Kilometer unterstützen.

Q: How far can multimode fiber cable go?

A: It varies with the data speed and fiber type. Take the common OM2 as an example. It supports a maximum of 550m at 1Gbps and 82m at 10Gbps. However, the maximum distance for all multimode fibers will be less than 2km.

Q: What is the acceptable dB loss for single mode fiber?

A: According to EIA/TIA 568, the SMF loss is around 0.5dB/km for 1310nm sources and 0.4dB/km for 1550nm sources. 

Q: What is the acceptable dB loss for multimode fiber?

A: According to EIA/TIA 568, the MMF loss is around 3dB/km for 850nm sources and 1dB/km for 1300nm sources. 

F: Kann ich Multimode-Fasern mit Singlemode-Fasern verwenden?

A: Nein, das können Sie nicht. Da sie unterschiedliche Kerndurchmesser haben und eine unterschiedliche Anzahl von Lichtmoden übertragen, führt das Mischen der beiden Fasern oder das direkte Verbinden der beiden Fasern zu einem erheblichen optischen Verlust, so dass die Verbindung ins Stocken gerät oder ausfällt.

F: Wie kann man Singlemode- und Multimode-Fasern unterscheiden?

A: Die meisten Fasern sind an den verschiedenfarbigen Ummantelungen zu erkennen. Gelb steht für Singlemode, während Orange oder Aqua für Multimode steht.

F: Kann ich Singlemode-Fasern für eine kurze Strecke verwenden?

A: Ja, das ist möglich. Sie müssen jedoch eine angemessene optische Dämpfung hinzufügen, um eine Überlastung oder Beschädigung des Empfängers zu vermeiden.

F: Können Multimode-Fasern 10 Gb unterstützen?

A: Alle Multimode-Glasfasern unterstützen 10Gb, aber die Verbindungsdistanz variiert je nach Datengeschwindigkeit. OM1 unterstützt nur maximal 33 m und OM2 unterstützt 82 m. Es wird daher nicht empfohlen, OM1 und OM2 für 10G-Netzwerke zu verwenden. Besser ist es, für 10Gb-Netzwerke höherwertige OM3-, OM4- oder OM5-Fasern zu verwenden.

F: Kann ein Multimode-Transceiver mit einer Singlemode-Faser verwendet werden?

A: Im Allgemeinen nicht. Wenn ein Multimode-Transceiver an eine Singlemode-Faser angeschlossen wird, kommt es zu einem erheblichen optischen Verlust. Der umgekehrte Fall ist jedoch möglich. So kann beispielsweise ein 1000BASE-LX-Single-Mode-Transceiver mit Hilfe eines moduskonditionierenden Glasfaserkabels auf einer Multimode-Faser mit geringerer Entfernung funktionieren.

F: Ist Singlemode besser als Multimode-Glasfaserkabel?

A: In den meisten Fällen bieten Singlemode-Fasern eine bessere Leistung und eine breitere Anwendung. Wir können jedoch nicht sagen, dass sie aufgrund ihrer Kosten und Vorteile bei der Anwendung besser ist als Multimode-Fasern. Daher sollten Sie die beste auf der Grundlage Ihrer Anwendung und Budget wählen.

Abschließende Worte

Nachdem wir diesen Beitrag gelesen haben, kennen wir den Hauptunterschied zwischen Singlemode- und Multimode-Glasfaserkabel. Einfach zu sagen, ist die Kerngröße, Lichtmodus, Entfernung, Bandbreite und Anwendung. Multimode-Kabel werden häufig in LANs, Unternehmen, Cloud Computing und Rechenzentren verwendet. Singlemode eignet sich für Anwendungen mit mittlerer und großer Reichweite, z. B. für Telekommunikations-, Datenkommunikations- und CATV-Netzwerke.

Denken Sie daran, die Gesamtsystemkosten zu kalkulieren und den zukünftigen Bandbreitenbedarf zu berücksichtigen, unabhängig davon, welche Faser Sie wählen. So werden Sie in Zukunft mehr sparen.

Read more:

• What is SFP Module? An Ultimate Guide
• Understanding Armored Fiber Optic Cable: A Beginner Guide
• Fiber Optic Cable Basics Tutorial
• 16 Tips On How To Save Fiber Cabling Cost

Reference:

• https://www.thefoa.org/tech/loss-est.htm
• https://www.geeksforgeeks.org/single-mode-vs-multimode-fiber-cable/