光纤连接器、光缆和光电器件等光纤技术.doc

培训管理资料大全 商务智库整理近几年，光纤连接器、光缆和光电器件等光纤技术得到了长足的发展。光纤连接器的物理尺寸和外形（如ST、SC接口）的改变一直被产品开发者和最终用户们所关注。由于许多局域网中的应用只要求使用两根光纤（一根用于发射，另一根用于接收），所以在大多数情况下需要使用双芯光纤连接器。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插座的尺寸要大得多，考虑到配线架上连接器的密度，非屏蔽双绞线（UTP）布线系统将更有吸引力。在工作站信息出口，双芯光纤连接器也存在着严重的空间问题在一个单孔美标安装盒上，很难设计出能支持2个以上双芯光纤连接器的面板和模块。为了解决这个问题，几个生产商开发出了小尺寸的双芯光纤连接器，使光纤连接器可以在尺寸上与RJ45连接器竞争。这些连接器中有几种在设计上很有创意，且大大减少了光纤端接所需的时间。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，支持了新型光纤连接器的生产。然而，当前EIA/TIA TR41.8 建议中规定,在工作站一端仍然把SC 双芯光纤连接器作为标准光纤连接器，而在电信间一端则可以使用任何光纤连接器。不管TR41.8 如何看待这一问题，小尺寸光纤连接器的开发已使得光纤连接器和UTP 连接器的尺寸基本相当。光纤技术的发展短波长是指850nm，而长波长则是指1300nm 。表1 给出了多模光纤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决定的。然而，1996年以后，由于光纤制造技术的进步，光纤衰减特性得到了改善，使得光纤在整个 720nm1370nm的波段内都可以使用。这对波分复用（WDM）系统的开发是很重要的。表2给出了62.5nm和50nm光纤在特定波段的特性比较。两种纤芯尺寸都可用于局域网。从表2中可以明显看出，50nm光纤的带宽与波长无关，这是50nm光纤的一大优点，然而，由于其纤芯尺寸与常用的62.5nm光纤有差异，使用50nm光纤会产生3dB的能量衰减。如果能量大到在最坏的链路情况下能容纳这3dB的衰减，那么它所增加的带宽就可以支持更多的应用了(如千兆位以太网)，并有很大的带宽余量。既然62.5nm光纤的信号衰减在820nm至920nm波段内是最大的，那么为什么它仍工作在这一波段呢？很简单，这是因为光电器件（LED和PIN）与相应的长波长器件比较价格很低，只有其价格的30 左右，因此使用短波长光电器件是非常重要的。光纤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 可以支持的数据速率高达125Mbps。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PINFET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，难以将其应用在高速数据传输的场合中。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，这使其非常适合于“弱光”应用。然而，这两种器件都很复杂，要保持它们稳定地工作对电子和温度的控制要求都很高。正是这种复杂性使得它们的应用费用相当高，因而限制了使用。“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，可支持高达2Gbps的传输速率。而且，它的驱动电流小，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，从而大大地简化了设计要求，同时也降低了器件造价。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，这使其非常适合于带状光纤和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以太网应用的理想选择之一。表3 给出了LED和VCSEL的比较。光纤标准用户和网络设计者们越来越关心电磁干扰/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。能同时满足上述各项指标要求的唯一介质就是光纤。1995年，TIA/EIA TSB72 标准的出台和1998年TIA 光纤局域网小组（FOLS）短波长联盟的形成就是最好的证明。TSB72是一种集中式光纤布线系统的标准。TSB72允许光纤布线的距离为300米，使网络设计者可以利用长传输距离去将网络电子设备（如路由器、集线器和交换机等）集中到一个设备间内。这种结构给用户提供了一个由当前共享带宽环境过渡到交换环境的途径。集中式网络结构增加了网络的灵活性，简化了网络的扩充、移动、变更和管理，减少了网络的故障时间，最重要的是它显著地减少了安装费用。100Mbps快速以太网是增长速度最快的一种局域网应用。1995年IEEE802.3u 100BASEFX 标准定义了光纤介质的快速以太网标准。100BASEFX 标准采用FDDI标准的信号编码（4B5B编码）方式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100BASESX。一些相关的厂商也在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的快速以太网标准。注意，这是非常重要的。它的短期目标是：1.降低成本，即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。2.100BASESX标准将与10BASEFL标准兼容。3.可采用连接器。4.易于升级到100Mbps。介质转换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）和光纤配线箱（ST、SC、墙面安装型、机柜安装型、可抽拉式等），还需要考虑光纤直接到桌面后计算机网卡及集线器等设备的问题。因此，在众多的光纤到桌面解决方案中，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被换成光纤网卡，普通集线器的RJ45出口也不能再使用了，而是被纯光纤出口的集线器所取代。由于光纤网卡及光出口的集线器价格非常昂贵，致使整个系统造价上升，所以光纤到桌面现在在国内还基本上只是纸上谈兵。一种非常实用的实现光纤到桌面的方法是使用介质转换器(即光电转换器)。这种器件使局域网的升级非常简单，且可以保护铜缆LAN设备的投资。衰减量(ATTENUATION)电信号强度会随着电缆长度而逐渐减弱，这种信号减弱就称为衰减。它是以负的分贝数(dB)来表示的。数值越大表示衰减量越大，即10dB比8dB的信号弱，其中6dB的差异表示两者的信号强度相差两倍。例如，10dB的信号就比16dB的信号强两倍，比22dB则强四倍。影响衰减的因素是集肤效应和绝缘损耗。在频率高的时候，电流在导体中的电流密度不再是平均分布于整个导体中，而是集中在导体的表面，从而减少了因导体截面而产生的电流损耗。集肤效应与频率的平方根值成正比，因此频率越高，衰减量便越大。这也就是为何单股电缆要比多股电缆的导电性能好的原因。温度对某些电缆的衰减也会产生影响。一些绝缘材料会吸收流过导体的电流，特别是3类电缆所采用的PVC材质，这是因为PVC的氯原子会在绝缘材料中产生双极子，而双极子的震荡会使电信号损失掉一部分电能。在温度高的时候这种情况会进一步恶化。由于温度升高会造成双极子更激烈的震荡，所以温度越高，衰减量越大。这就是标准中规定温度为20的原因。在测量衰减量时，必须确定测量是单向进行的，而不是先测量环路的衰减量后，再除以2而得到的值。衰减对串扰比(ACR)由于衰减效应，接收端所收到的信号是最微弱的，但接收端也是串扰信号最强的地方。对非屏蔽电缆而言，串扰是从本身发送端感应过来的最主要的杂讯。所谓的ACR就是指串扰与衰减量的差异量。ACR体现的是电缆的性能，也就是在接收端信号的富裕度，因此ACR值越大越好。在ISO及IEEE标准里都规定了ACR指标，但TIA/EIA 568A则没有提到它。由于每对线对的NEXT值都不尽相同，因此每对线对的ACR值也是不同的。测量时以最差的ACR值为该电缆的ACR值。如果是与PSNEXT相比，则以PSACR值来表示。远端串扰(FEXT)与等电平远端串扰(ELFEXT)FEXT类似于NEXT，但信号是从近端发出的，而串扰杂讯则是在远端测量到的。FEXT也必须从链路的两端来进行测量。可是，FEXT并不是一种很有效的测试指标。电缆长度对测量到的FEXT值的影响会很大，这是因为信号的强度与它所产生的串扰及信号在发送端的衰减程度有关。因此两条一样的电缆，会因为长度不同而有不同的FEXT值，所以就必须以ELFEXT值的测量来代替FEXT值的测量。EXFEXT值其实就是FEXT值减去衰减量后的值，也可以将ELFEXT理解成远端的ACR。当然了，与PSNEXT一样，对应于ELFEXT值的是PSELFEXT值。为了测量ELFEXT，测试仪的动态量程(灵敏度)必须比所测量的信号低20dB。累加功率NEXT(Power Sum NEXT)PSNEXT实际上是一种计算式，而不是一个测量步骤。PSNEXT值是由3对线对另一对线的串扰的代数和推导出来的。PSNEXT与ELFEXT的测量对像千兆以太网这种必须使用四对线来传输信号的网络来说是非常重要的测试参数。在每一条链路上会有四组PSNEXT值。传播延迟(Propagation Delay)传播延迟是指一个信号从电缆一端传到另一端所需要的时间，它也与NVP值成正比。一般5类UTP的延迟时间在每米57纳秒(ns)左右。ISO则规定100米链路最差的时间延迟为1微秒(us)。延迟时间是为何局域网要有长度限制的主要原因之一。延迟差异(Delay Skew)延迟差异是一种在UTP电缆里传播延迟最大的与最小的线对之间的传输时间差异。有些电缆厂家考虑到铜缆材料的缺点，将一对或两对线对换成了其它的材料，这样就会产生较大的时间差异。尤其在运行千兆以太网的应用时，过大的时间差异会导致同时从四线对发送的信号无法同时抵达接收端的情况。一般要求在100米链路内的最长时间差异为50纳秒，但最好在35纳秒以内。结构化回损结构化回损(SRL，Structural Return Loss)所测量的是电缆阻抗的一致性。由于电缆的结构无法完全一致，因此会引起阻抗发生少量变化。阻抗的变化会使信号产生损耗。结构化回损与电缆的设计及制造有关，而不像NEXT一样常受到施工质量的影响。SRL以dB表示，其值越高越好。布线测试概念释疑(二)长度测量对铜缆长度进行的测量应用了一种称为TDR(时间域反射测量)的测试技术。测试仪从铜缆一端发出一个脉冲波，在脉冲波行进时如果碰到阻抗的变化，如开路、短路、或不正常接线时，就会将部分或全部的脉冲波能量反射回测试仪。依据来回脉冲波的延迟时间及已知的信号在铜缆传播的NVP(额定传播速率) 速率，测试仪就可以计算出脉冲波接收端到该脉冲波返回点的长度。NVP是以光速(c)的百分比来表示的，如0.75c或75。返回的脉冲波的幅度与阻抗变化的程度成正比，因此在阻抗变化大的地方，如开路或短路处，会返回幅度相对较大的回波。接触不良产生的阻抗变化(阻抗异常)会产生小幅度的回波。测量的长度是否精确，取决于NVP值。因此，应该用一个已知的长度数据(必须在15米以上)来校正测试仪的NVP值。但TDR的精度很难达到2以内，同时，在同一条电缆的各线对间的NVP值，也有46的差异。另外，双绞线线对实际长度也比一条电缆自身要长一些。在较长的电缆里运行的脉冲波会变形成锯齿形，这也会产生几纳秒的误差。这些都是影响TDR测量精度的原因。测试仪发出的脉冲波宽约为20纳秒,而传播速率约为3纳秒/米，因此该脉冲波行至6米处时才是脉冲波离开测试仪的时间。这也就是测试仪在测量长度时的“盲区”，故在测量长度时将无法发现这6米内可能发生的接线问题(因为还没有回波)。测试仪也必须能同时显示各线对的长度。如果只能得到一条电缆的长度结果，并不表示各线对都是同样的长度。早期的一些测试仪不是采用TDR原理测量长度，而是以用频率域方式测量回流损耗的方法来测量阻抗的变化以便计算长度，这种方法在各对线出现长短不等的情况时会发生误判。近端串扰(NEXT)当电流在一条导线中流通时，会产生一定的电磁场，干扰相邻导线上的信号。频率越高这种影响就越大。双绞线就是利用两条导线绞合在一起后，因为相位相差180度的原因而抵消相互间的干扰的。绞距越紧则抵消效果越佳，也就越能支持较高的数据传输速率。近端串扰是指在与发送端处于同一边的接收端处所感应到的从发送线对感应过来的串扰信号。在串扰信号过大时，接收器将无法判别信号是远端传送来的微弱信号还是串扰杂讯。需要注意的是，表示低NEXT时的值越大(如45dB)，发送的信号与串扰信号幅度差就越大，高NEXT的值就越小(如20dB)，而这是要设法避免的。为了符合5类规格，在电缆端接处的非绞接部分长度不能超过13米。通常会产生过量NEXT的原因有：使用不是绞线的跳线。没有按规定压接终端。使用老式的66接线块。使用非数据级的连接器。使用语音级的电缆。使用插座对插座的耦合器。另外，要特别注意，在链路两端测量NEXT值时，尤其在长度大于40米时，远端的串扰会被链路的衰减所抵消，而无法在近端测量到其NEXT值。在链路两端测量到的NEXT值是不一样的，因此所有的测试标准都要求在链路两端测量NEXT值。(姜龙)布线测试概念释疑(1)鉴于目前国内结构化综合布线领域的从业人员素质参差不齐，对测试方法和测试标准的理解存在着偏差，本报将分几期对布线系统测试所涉及的参数及其测试原理进行一些简要的介绍，以期抛砖引玉，促进国内同业精英各抒高见，共同推动布线行业的发展。如果五类及六类的新的测试标准能够按照TIA的原定计划如期在明年第一季度推出的话，国内的布线产品提供商就将面临一场严峻的考验。新的测试标准将增加几项参数，如等电平远端串扰（ELFEXT）、回波损耗（Return Loss简称回损）、延迟差异（Delay Skew）等。这些新增的参数要求将使以前的仅靠一人监工、几人施工的布线方法成为历史，布线商手中原有的单向五类电缆测试仪器也将被淘汰。测试将成为一项布线工程不可或缺的组成部分。按照TSB67标准的要求，在结构化综合布线系统的验证测试指标中需要包含接线图、长度、衰减、近端串扰等四项参数。ISO还要求增加一项参数，即ACR（衰减对串扰比）。针对当前网络的发展趋势和六类线的逐渐普及，今年TIA对综合布线系统的测试标准和测试参数做了增补。增补后的测试参数包括：接线图长度测量近端串扰(NEXT)累加功率NEXT(PowerSum NEXT，PSNEXT)衰减量(Attenuation)衰减对串扰比(Attenuation Crosstalk Rate，ACR)远端串扰(FEXT)及等电平远端串扰(ELFEXT)传播延迟(Propagation Delay)延迟差异(Delay Skew)结构化回损及回损频带宽阻抗（Impedance）直流环路电阻杂讯本报在近几期中将逐个介绍这些相关参数。接线图接线图用来表示错误接线的方式。每一条电缆的四对八根线芯的接线图可以表示：在每一端点的正确压线位置是否与远端导通两芯或多芯的短路交错线对反向线对分岔线对其他各种接线错误反向是指线对的一端极性相反。交错是指远端的两个线对位置相互对调。分岔指各芯线是以一对一的方式导通着，但物理线对位置分开。特别提醒读者注意，分岔线对是经常出现的、但是使用简单的通断仪器不能被准确地查找出来的接线故障。在10BaseT网络中，此种接线故障由于网络对布线系统的要求较宽松而对网络的整体运行不会产生太大的影响，但是高速以太网测试仪器，如100BaseTX测试仪器的接线图测试功能都必须能发现这种错误。由于五类验证仪器价格不菲，用户可选用美国Microtest公司生产的局域网侦测仪MicroScanner，该仪器能全面检测各种接线问题，价格便宜且方便实用。(姜龙)给布线系统插上千兆翅膀 荆钧1995年，ISO/IEC在其11801:1995国际标准中将布线系统划分为不同的等级，最高为D级(Class D)。标准中指出，5类布线系统适用于带宽低于100MHz的网络系统，而且在多数情况下，工作在半双工(halfduplex)的2通道模式下。标准中规定的关键的布线系统性能指标包括：100MHz频率以下的近端串扰、衰减及阻抗等。这些性能指标一直沿用到1997年年中。1997年9月，ISO在慕尼黑作出决定，将在其下一版本的标准中设定6类和7类的性能指标。新一版的标准预计在2000年推出，而在此之前，业界已经掀起了紧跟新的性能标准的行动，正在讨论中的6类系统的频率带宽将达到200MHz，而7类系统则是600MHz。千兆应用五类上跑在布线系统标准制定的同时，网络应用系统的厂家正在设计开发应用于5类布线系统上的千兆位数据传输技术。例如，IEEE802.3ab开发的1000BaseT千兆以太网协议能够在4对双绞线的每一个线对上以250Mbps的速率进行数据传输。这种性能是采用5级PAM(相位振幅调制)编码技术，利用125MHz的频率带宽在4线对的全双工通道上实现的。在这个系统中还采用了相应的数字滤波技术来消除近端串扰和回波损失。如何支持千兆网为了更好地支持在4个线对上的全双工数据传输，需要对线缆和接插件考虑更多的性能指标，这些指标包括：综合近端串扰(Powersum NEXT)综合等电平远端串扰(Powersum ELFEXT)近端串扰衡量有多少能量被耦合到与传输信号的线对相邻的线对的近端(信号发送端)，而远端串扰则是指远端(远离信号发送端)的能量耦合。在千兆以太网中，所有的线对都被用来传输信号，每个线对都会受到其他线对的干扰，因此近端串扰和远端串扰必须进行功率加总，从而获得对于能量耦合的真实描述。等电平远端串扰(Equal Level FEXT,ELFEXT)是远端串扰与衰减之差。在进行远端测试时，必然会引入信号衰减因素的影响，等电平远端串扰在数值上排除了信号衰减的成份。下图是4线对传输时，综合近端串扰和综合等电平远端串扰的效果示意图，由图中可以清楚地看出为什么在采用4线对传输时，不仅近端串扰，而且综合近端串扰也要符合规定的数值的原因。通常综合近端串扰的数值比单独的近端串扰值要劣化2到3dB。在最坏的情况下，两者之差会达到4.77dB。在进行1000BaseT传输时，必须使利用综合近端串扰(而不是近端串扰)计算出的衰减串音比(ACR)值符合4类的性能要求，也就是说，ACR=PSNEXTAttenuation，其中ACR必须大于4dB。因此，为了支持这种协议，需要使用改进了的线缆。与加总近端的道理相同，综合等电平远端串扰同样也是系统的重要性能指标。网络设备的信号处理单元不能完全消除这种远端耦合串音，因此综合等电平远端串扰指标的优劣也同样极大地影响着网络的性能。虽然千兆以太网的目标是能够应用在5类布线系统上，但是就目前实际安装的基于5类标准的布线系统而言，由于其性能只能满足100MHz的信号传输，对于频率可能高达100MHz的千兆以太网而言，除一些指标能够刚好达到性能要求的边缘外，还有一些指标无法正常支持千兆位数据传输技术，因此，为了能够稳定地支持这些新的网络协议，必须起草新的布线系统标准协议。制定布线系统标准的国际组织已经对此作出了反应，并将推出新的布线等级以满足千兆位数据传输的要求，预计将会在ISO11801的更新版本，即ISO11801:1998中，添加对增强型5类标准和D级链路等级的描述。6类与7类也在走德国在其DIN443125标准中，针对高性能布线系统制定了频率带宽为600MHz的性能指标。在ISO/IEC正在讨论的国际标准中，此类性能指标的级别被设定为7类。7类布线系统将是一个基于4对独立线对屏蔽双绞线和新一代接插件（取代原有的RJ45接插件标准）的开放式系统，提供600MHz的频率带宽。使用7类线缆和插接件组成的链路将被定义为F级链路（Class F）。E级链路，也就是6类链路，由非屏蔽双绞线、双屏蔽双绞线和RJ45接插件组成，并要求在200MHz的频率上提供大于0的ACR值。6类系统的标准同样正在讨论中，像1995年制定的5类标准一样，6类和7类布线系统都会在相应的网络应用需求出现以前拥有正式的国际标准。明天会更好IEEE802.3ab的千兆以太网将使1000BaseT运行于增强型5类系统中，这将使用户在投资于他的布线系统时，能在更长的时期内得到系统先进性的保证，从而保护用户的投资。下表总结了当前的和即将出台的布线标准，以及用户可以得到的布线产品。浅谈网络传输介质 农业银行山东省日照市分行电脑部 陈德胜随着计算机应用网络化进程的不断加快，计算机技术人员对网络的一些基本知识的了解要求也越来越高，笔者仅就多年工作经验对网络传输介质作一些介绍。传输介质是网络联接设备间的中间介质，也是信号传输的媒体，常用的介质有：双绞线(TwistedPair)双绞线是现在最普通的传输介质，它由两条相互绝缘的铜线组成，典型直径为1毫米。两根线绞接在一起是为了防止其电磁感应在邻近线对中产生干扰信号。现行双绞线电缆中一般包含4个双绞线对，具体为橙1/橙2、蓝4/蓝5、绿6/绿3、棕3/棕白7。计算机网络使用12、36两组线对分别来发送和接收数据。双绞线接头为具有国际标准的RJ45插头和插座。双绞线分为屏蔽(shielded)双绞线STP和非屏蔽(Unshielded)双绞线UTP，非屏蔽双绞线有线缆外皮作为屏蔽层，适用于网络流量不大的场合中。屏蔽式双绞线具有一个金属甲套(sheath)，对电磁干扰EMI(Electromagnetic Interference)具有较强的抵抗能力，适用于网络流量较大的高速网络协议应用。双绞线根据性能又可分为5类、6类和7类，现在常用的为5类非屏蔽双绞线，其频率带宽为100MHz，能够可靠地运行4MB、ICME和16MB的网络系统。当运行100MB以太网时，可使用屏蔽双绞线以提高网络在高速传输时的抗干扰特性。6类、7类双绞线分别可工作于200MHz和600MHz的频率带宽之上，且采用特殊设计的RJ45插头(座)。值得注意的是，频率带宽(MHz)与线缆所传输的数据的传输速率(Mbps)是有区别的Mbps衡量的是单位时间内线路传输的二进制位的数量，MHz衡量的则是单位时间内线路中电信号的振荡次数。双绞线最多应用于基于CMSA/CD(Carrier Sense