布线技术(千家综合布线网)

                                         奥创利上海办事处 王强民

    七十年代后期，光纤技术开始进入商业领域，由于光纤的固有特性(如不受噪声干扰以及很高的传输带宽等)使它成为各种应用领域的理想传输介质。高传输速率系统的垂直干线用光纤来实现已经成为网络设计者的首选。对这些垂直主干上光电器件的投资通常可在带宽和保密性方面得到补偿。在水平工作区，光纤的应用长期被忽视。八十年代初，终端用户开始将光缆安装到工作站的信息出口，这样主要是期望将来有经济实用的光纤产品问世。但是大多数安装的水平光缆是在“黑暗”模式下工作，因为所配置的光电器件不能达到所要求的带宽，或者所用光电器件价格太高。

　　由于没有经济实用的光纤产品，用户对光纤水平区布线失去了兴趣。近来，由于布线标准的改变，以及光电器件、光缆、连接器技术的发展和应用带宽的逐步升级。这些因素使用户要重新考虑“光纤到桌面”来替代水平布线中的铜缆。下面让我们来讨论这些相关的技术问题和标准。

　　光纤连接器技术的发展

　　近几年，光纤连接器、光缆和光电器件等光纤技术有了很大的发展。光纤连接器的物理尺寸和外形（如ST、SC）一直被产品开发者和最终用户所关注。由于许多局域网应用只需要两根光纤（一根用于发射，另一根用于接收），所以需要用双芯光纤连接器。双芯光纤连接器的尺寸总是比用于非屏蔽双绞线（UTP）布线系统的RJ45插座的尺寸大的多，考虑到配线架上连接器密度因素，非屏蔽双绞线（UTP）布线系统更有吸引力，在工作站信息出口，双芯光纤连接器也存在严重的空间问题，在一个单孔美标安装盒上，很难设计面板和模块去支持2个以上的双芯光纤连接器。

　　为了解决这个问题，几个生产商开发了小尺寸双芯光纤连接器。这就可在尺寸上与RJ45竞争。这些连接器中的一部分有很大的创新且大大减少了光纤端接的时间。一些厂商还和光电器件生产厂商结成伙伴关系，来生产相同外形尺寸的耦合器以安排LED/PIN 对。这就支持了新型光纤连接器的生产。然而，在当前EIA/TIA TR41.8 建议中,在工作站仍然把SC 双芯光纤连接器作为标准光纤连接器。在电信间则可以使用任何光纤连接器。不管TR41.8 如何看待这一问题，由于小尺寸光纤连接器的开发，光纤连接器和UTP 连接器的尺寸已基本相当。

　　光纤技术的发展

　　短波长是指850 nm，而长波长是指1300 nm 。表1 给出了多模光纤的两个波段的独立工作窗口。这些工作窗口是由光纤的衰减特性确定的。然而1996年以后由于光纤制造技术的进步，光纤衰减特性的得到改善，这使得光纤在整个 720 nm ~ 1370 nm波段都可以使用。这对波分复用（WDM）系统的开发是很重要的。

　　表1：两个工作窗口的比较

　　表2：多模光纤的比较

　　表2给出了62.5(m和50(m光纤在特定波段的比较。两种纤芯尺寸都可用于LAN。从表2可以明显看出：50(m光纤的带宽与波长无关，这是50(m光纤的一大优点，然而，由于其纤芯与常用的62.5(m光纤的差异，使用50(m光纤会产生能量的3dB的衰减。如果能量大到在最坏的链路情况下能容纳这3dB的衰减，则增加的带宽可以支持更多的应用，如：千兆比以太网，并有很大的带宽余量。

　　现在我们来考虑：62.5(m光纤的衰减在820nm至920nm波段是最大的，为什么它仍工作在这一波段？十分简单，主要是因为光电器件（LED和PIN）与相应的长波长器件比较，其价格非常低，只有其30% 左右。所以说使用短波长光电器件非常关键。

　　光电器件的发展

　　发光二极管（LED）和PIN 光电二极管是短波长多模光纤中最常用的光源和光检测器。LED 可以支持数据速率可达125Mb/s。普通PIN受噪声影响较大，为了减少噪声的影响，在PIN封装中增加了一个互阻抗放大器，这种光检测器就是PIN-FET组件。这种器件的优点是造价较低，但LED 可支持的传输速率较低，难于应用到高速数据传输的场合。

　　激光器（laser）和雪蹦光电二极管（APD）是另一类用于光纤系统的光源和探测器，这些器件可支持极高的数据传输速率。APD有很高的量子效率，这使其非常适合“弱光”应用。然而，这两种器件很复杂，要保持稳定的工作，对电子和温度的控制要求很高，这种复杂性使得它们的应用费用相当高。这限制了它们的使用。鉴于这些器件的当前价格，普通激光器（laser）和雪蹦光电二极管在“光纤到桌面”上的使用是无竞争力的。

　　“激光原则”的一个例外是工作于短波长波段的垂直腔表面发射激光(VCSEL)。它与LED相比的优点是：它是一种半导体激光，可支持的数据速率高达2Gb/s；驱动电流小，输出光功率可达1mW(0dBm)，光谱宽度小于0.5nm；更重要的是它对电路的要求较低，这大大地简化了设计要求，同时也降低器件造价；VCSEL在封装上也优于 LED ，它不需要棱镜，几个VCSEL 可以在同一个基片上组成一个阵列，这使其非常适合带状光纤和WDM应用。上述优点使得VCSEL成为理想的光源。VCSEL优越的带宽性能使多模光纤成为千兆比以太网应用的选择选择之一。表3 给出了LED和VCSEL的比较。

　　表3：LED和VCDEL的比较

　　光纤标准：

　　用户和网络设计者越来越关注：电磁干扰/射频干扰（EMI/RFI）、带宽，链路距离、数据安全性和网络故障等问题。要同时满足上述要求的唯一介质就是光纤！1995年TIA/EIA TSB-72 标准的出台和1998年TIA 光纤局域网小组（FOLS）的短波长联盟的形成就是最好的证明。

　　TSB-72是集中式光纤布线标准。TSB-72允许光纤布线的距离为300米。这使网络设计者可以利用长传输距离去集中网络电子设备（如：路由器、集线器和交换机等）到一个设备间。这种结构给用户提供一个由当前共享带宽环境到交换环境的升级途径。集中式网络结构增加了网络灵活性，简化了网络的扩充/移动/变更和网络管理，减少了网络发生故障的时间，最重要的是他显著地减少了安装费用。这使得局域网中光纤的应用重新兴起，介质转换是最优的短期解决方案。

　　100Mb/s快速以太网是局域网应用增长最快的。1995年IEEE 802.3u 100BASE-FX 标准定义光纤介质快速以太网。100 BASE-FX 标准采用FDDI标准的信号编码（4B5B编码）和物理介质信号部分。它使用长波长（1300nm）光电器件，而长波长（1300nm）光电器件的价格比短波长（850nm）光电器件的价格高许多（前面已介绍过）。因此，IEEE 目前正在制定一个新标准 100BASE-SX，将于1998年4季度投票表决。一些相关的厂商1998年1季度成立了短波长联盟。它的任务就是制订采用低成本短波长光纤器件快速以太网的标准，注意这一点是非常重要的。它的初期目标是：

　　1、重点是降低成本。这就意味着：可采用普通的光电器件。通过使用已开发出的短波长光电器件（LED和PIN）达到降低成本的目的。2、100BASE-SX标准将与10BASE-FL兼容。3、可采用连接器。4、易于升级到100Mb/s。

　　介质转换

　　要完整地考虑一个光纤到桌面的解决方案，不仅要有光纤信息出口（ST、SC、平直或倾斜等），光纤配线箱（ST、SC、墙面安装型、机柜安装型、可抽拉式等），还需考虑光纤直接到桌面后计算机网卡及网络集线器的设备问题。

　　故在众多的光纤到桌面的解决方案中，很多技术人员会碰到网络设备的造价将会提高很多这样一个很现实的问题，即我们平常使用的计算机网卡将换成光纤网卡，普通的集线器的RJ45出口也不能使用，将被纯光纤出口的集线器取代。光纤网卡及光出口的HUB 价格非常昂贵，致使整个系统造价上升，所以在国内光纤到桌面基本上只是纸上谈兵。

　　一种非常实用的实现光纤到桌面的选择是使用介质转换器(即光电转换器)。这种器件是使局域网升级到光纤非常简单，且可以保护铜缆LAN设备的投资。下面我们简单的介绍一下美国奥创利公司的TRANSOPTIX光电介质转换卡。

　　美国奥创利最新推出的TRANSOPTIX光电介质转换卡，使光纤到桌面的解决方案成为可能。该转换卡的应用，将大大降低网络设备的造价。它的作用就是将电缆上的电信号转换为光缆中的光信号,该转换卡使用的连接示意图如下图所示。奥创利现在已开发出六种不同的光电介质转换卡。不同类型的光电介质转换卡适用于不同的 PC 总线、光纤耦合器和光波长。例如：850nm和 1300nm光电介质转换卡唯一的区别在于使用的光电器件不同。

　　目前，尽管在水平布线系统中光纤的应用低于10%，但随着光电器件、光纤、和连接器技术的发展，新标准的出台和用户的认可，在未来 2 年内，光纤的应用会扩大2倍甚至3倍。当前最简单实用的实现光纤到桌面的方法就是使用光电介质转换器。