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光纖的發展是曆史必然

日期:2019-03-04 點擊:551

自上世紀70年代後期,隨著光纖的發展成熟,光纖技術開始進入商業領域,光纖的一些固有特性優點(如不受噪聲幹擾以及較高的傳輸帶寬等)使它成為了各種應

用領域中的理想傳輸介質。高傳輸速率係統的垂直幹線用光纖來實現已經成為了網絡設計者們的首選設計方案。對這些垂直主幹

上的光電器件的投資通常可在帶寬和保密性方麵得到補償。但是,在水平工作區,光纖的應用長期被忽視。八十年代初,終端用

戶開始將光纜安裝到工作站的信息出口,希望在將來會有經濟實用的光纖產品問世,但是大多數用戶所安裝的水平光纜是在“黑

暗”模式下工作的,這是因為係統光電器件不能達到要求的帶寬,並且價格太高。

由於沒有經濟實用的光纖產品,用戶對光纖水平區布線失去了興趣。近來,由於布線標準的改變以及光電器件、光纜、連接器技

術的發展和應用帶寬的逐步升級,很多用戶開始重新考慮用“光纖到桌麵”來替代水平布線係統中的銅纜方案。下麵快猫APP將對一些

與此相關的技術問題和標準加以討論。

光纖連接器技術的發展

近幾年,光纖連接器、光纜和光電器件等光纖技術得到了長足的發展。光纖連接器的物理尺寸和外形(如ST、SC接口)的改變一

直被產品開發者和最終用戶們所關注。由於許多局域網中的應用隻要求使用兩根光纖(一根用於發射,另一根用於接收),所以

在大多數情況下需要使用雙芯光纖連接器。雙芯光纖連接器的尺寸總是比用於非屏蔽雙絞線(UTP)布線係統的RJ45插座的尺寸

要大得多,考慮到配線架上連接器的密度,非屏蔽雙絞線(UTP)布線係統將更有吸引力。在工作站信息出口,雙芯光纖連接器

也存在著嚴重的空間問題——在一個單孔美標安裝盒上,很難設計出能支持2個以上雙芯光纖連接器的麵板和模塊。

為了解決這個問題,幾個生產商開發出了小尺寸的雙芯光纖連接器,使光纖連接器可以在尺寸上與RJ45連接器競爭。這些連接器

中有幾種在設計上很有創意,且大大減少了光纖端接所需的時間。一些廠商還和光電器件生產廠商結成夥伴關係,來生產相同外

形尺寸的耦合器以安排LED/PIN 對,支持了新型光纖連接器的生產。然而,當前EIA/TIA TR41.8 建議中規定,在工作站一端仍然

把SC 雙芯光纖連接器作為標準光纖連接器,而在電信間一端則可以使用任何光纖連接器。不管TR41.8 如何看待這一問題,小尺

寸光纖連接器的開發已使得光纖連接器和UTP 連接器的尺寸基本相當。

光纖技術的發展

短波長是指850nm,而長波長則是指1300nm 。表1 給出了多模光纖兩個波段的獨立工作窗口。這些工作窗口是由光纖的衰減特

性決定的。然而,1996年以後,由於光纖製造技術的進步,光纖衰減特性得到了改善,使得光纖在整個 720nm~1370nm的波

段內都可以使用。這對波分複用(WDM)係統的開發是很重要的。

表2給出了62.5nm和50nm光纖在特定波段的特性比較。兩種纖芯尺寸都可用於局域網。從表2中可以明顯看出,50nm光纖的帶

寬與波長無關,這是50nm光纖的一大優點,然而,由於其纖芯尺寸與常用的62.5nm光纖有差異,使用50nm光纖會產生3dB的

能量衰減。如果能量大到在最壞的鏈路情況下能容納這3dB的衰減,那麽它所增加的帶寬就可以支持更多的應用了(如千兆位以太

網),並有很大的帶寬餘量。

既然62.5nm光纖的信號衰減在820nm至920nm波段內是最大的,那麽為什麽它仍工作在這一波段呢?很簡單,這是因為光電器

件(LED和PIN)與相應的長波長器件比較價格很低,隻有其價格的30% 左右,因此使用短波長光電器件是非常重要的。

光纖器件的發展

發光二極管(LED)和PIN 光電二極管是短波長多模光纖中最常用的光源和光檢測器。LED 可以支持的數據速率高達125Mbps。

普通PIN受噪聲影響較大,為了減少噪聲的影響,在PIN封裝中增加了一個互阻抗放大器,這種光檢測器就是PIN-FET組件。這種

器件的優點是造價較低,但LED 可支持的傳輸速率較低,難以將其應用在高速數據傳輸的場合中。

激光器(laser)和雪蹦光電二極管(APD)是另一類用於光纖係統的光源和探測器。這些器件可支持極高的數據傳輸速率。APD

有很高的量子效率,這使其非常適合於“弱光”應用。然而,這兩種器件都很複雜,要保持它們穩定地工作對電子和溫度的控製要

求都很高。正是這種複雜性使得它們的應用費用相當高,因而限製了使用。

“激光原則”的一個例外是工作於短波長波段的垂直腔表麵發射激光(VCSEL)。它與LED相比的優點是——它是一種半導體激光,可

支持高達2Gbps的傳輸速率。而且,它的驅動電流小,輸出光功率可達1mW(0dBm),光譜寬度小於0.5nm。更重要的是它對電

路的要求較低,從而大大地簡化了設計要求,同時也降低了器件造價。VCSEL在封裝上也優於 LED ,它不需要棱鏡,幾個VCSEL

可以在同一個基片上組成一個陣列,這使其非常適合於帶狀光纖和WDM應用。上述優點使得VCSEL成為理想的光源。VCSEL優

越的帶寬性能使多模光纖成為千兆以太網應用的理想選擇之一。

光纖標準

用戶和網絡設計者們越來越關心電磁幹擾/射頻幹擾(EMI/RFI)、帶寬、鏈路距離、數據安全性和網絡故障等問題。能同時滿足

上述各項指標要求的唯一介質就是光纖。1995年,TIA/EIA TSB-72 標準的出台和1998年TIA 光纖局域網小組(FOLS)短波長

聯盟的形成就是最好的證明。

TSB-72是一種集中式光纖布線係統的標準。TSB-72允許光纖布線的距離為300米,使網絡設計者可以利用長傳輸距離去將網

絡電子設備(如路由器、集線器和交換機等)集中到一個設備間內。這種結構給用戶提供了一個由當前共享帶寬環境過渡到交換

環境的途徑。集中式網絡結構增加了網絡的靈活性,簡化了網絡的擴充、移動、變更和管理,減少了網絡的故障時間,最重要的

是它顯著地減少了安裝費用。

100Mbps快速以太網是增長速度最快的一種局域網應用。1995年IEEE802.3u 100BASE-FX 標準定義了光纖介質的快速以太網

標準。100BASE-FX 標準采用FDDI標準的信號編碼(4B5B編碼)方式和物理介質信號部分。它使用長波長(1300nm)光電器

件,而長波長(1300nm)光電器件的價格比短波長(850nm)光電器件的價格高許多(前麵已介紹過)。因此,IEEE 目前正

在製定一個新標準——100BASE-SX。一些相關的廠商也在1998年1季度成立了短波長聯盟。它的任務就是製訂采用低成本短

波長光纖器件的快速以太網標準。注意,這是非常重要的。它的短期目標是:

1.降低成本,即采用普通的光電器件,通過使用已開發出的短波長光電器件(LED和PIN)達到降低成本的目的。

2.100BASE-SX標準將與10BASE-FL標準兼容。

3.可采用連接器。

4.易於升級到100Mbps。

介質轉換

完整地考慮一個光纖到桌麵的解決方案,不僅要有光纖信息出口(ST、SC、平直或傾斜等)和光纖配線箱(ST、SC、牆麵安裝

型、機櫃安裝型、可抽拉式等),還需要考慮光纖直接到桌麵後計算機網卡及集線器等設備的問題。

因此,在眾多的光纖到桌麵解決方案中,很多技術人員會碰到網絡設備的造價將會提高很多這樣一個很現實的問題,即快猫APP平常

使用的計算機網卡將被換成光纖網卡,普通集線器的RJ45出口也不能再使用了,而是被純光纖出口的集線器所取代。由於光纖網

卡及光出口的集線器價格非常昂貴,致使整個係統造價上升,所以光纖到桌麵現在在國內還基本上隻是紙上談兵。

一種非常實用的實現光纖到桌麵的方法是使用介質轉換器(即光電轉換器)。這種器件使局域網的升級非常簡單,且可以保護銅纜

LAN設備的投資。