光纤到桌面的时代已经到来

光纤到桌面的时代已经到来

黄兆雄陈西平韦刚
泸州科维网络信息工程有限公司

[摘要] 随着光纤的连接技术的发展，光纤到桌面的布线成本大大降低，打破了影响光纤到桌面的真正壁垒，使光纤到桌面的广泛应用成为可能。
[关键词] 光纤到桌面综合布线光纤连接终结铜缆
An Age of the Technology of the connection from Optical Line to Desktop Has come
Huang Zhaoxiong Chen Xiping Wei Gang
Luzhou Keiwei Networks & Lnformation Engineering Company
[Abstract] With the development of the technology of optical cable connection,the cost ofline-laying from optical line to desktop has decreased greatly.It breaks down the obstacle that affects the connection from optical line to desktop,and makes it possible to gain a wide application of the technology of the connection from optical line to desktop.
[Key Words] connection from optical line to desktop overall line-laying connection of optical line terminal copper cable

一、引言
在经济高速发展的中国，现代智能建筑的通信系统也从已有单纯的语音通信向包括传真、用户电报、数据通信、会议电视、卫星通信、公共显示等在内的多元通信系统发展，其通信业务朝数字化、个人化——个人通信系统、智能化——客户驱动业务、宽带化——高保真快速信息传输、综合化——多媒体通信发展。特别是由于对基于Web应用和综合多媒体应用（音频/数据/视频）的互联网接入需求的急剧膨胀，大大促进了对宽带网络的需求。微电子和光纤联网技术的迅速发展不断地提高着网络的带宽容量。人们对网络的速度要求日益提高，从10Mbps到100Mbps到1000Mbps，并且这种要求不久就将使我们进入10000Mbps或10Gbps的网络。
我们目前所使用的大部分网络的传输速率是10Mbps为什么现在就要规划10Gbps传输速率的局域网（LAN）环境呢？
从理论上来说，应提前预见未来的关键技术并积极的做好准备，并在这些关键技术成为可能时，迅速而充分地利用它们。
从实际来说，提前规划对于网络的布线结构具有极其重要的作用。网络有源组件的性能和容量升级通常可以通过相对简单的软件和硬件升级来完成，与此不同的是，布线的基础结构具有一定的性能范围，不通过更换线缆和连接器是无法提高其性能的。这种升级是中断性的，并且具有很高的成本，这里的成本既包括重新铺设线缆所带来的直接成本，也包括布线引起网络性能下降和生产力降低所带来的直接成本。

二、综合布线的现状---“超五类”终结铜缆的普遍应用
最初，在北美开发千兆以太网时，意图是在5类双绞线上运行。但是，在实际操作中人们发现，并非所有的5类线缆均可以运行千兆以太网，主要体现在电气性能是否满足千兆以太网所需的4对芯全双工传输要求，即从全双工传输信息出发，在四对芯电缆中，每对电缆及电缆对的不同组合，其NEXT等参量都应当符合规定的5类线缆的技术规范，每一对线都支持100MHz的带宽，4对芯共具有400MHz可用带宽，千兆以太网的设计运行频带正是400MHz。符合现有5类标准要求的双绞线工作于半双工时，只需要两对线具有100MHz可用带宽。因此，许多厂商把可以运行千兆以太网的5类产品冠以“增强型”（Enhanced Cat 5，5E）推向市场，美国的TIA/EIA 568A-5是5E标准，“5E”也被人们称为“超5类”。
4对芯都工作于全双工模式时，即每一对线都被用于两个收发信机之间的双向传输，通过某对线接收数据信号的站点，会同时收到来自另3对线的信号串扰，在线路的两端，对每一对线都要进行串扰叠加。为了在4对芯“5E”上实现千兆的传输速率，IEEE 802.3ab委员会最终决定采用一种被称为脉冲幅度调制（PAM-5）的编码，并且对电气参数提出了相应的要求。尽管如此，5类线缆毕竟存在需要电子设备容忍或补偿的缺陷，包括NEXT、FEXT等，还要考虑外部串音干扰。在网络设备的PHY（物理层）芯片上，用于克服5类线缆性能局限性的晶体管数量超过了总数的50%。PHY的集成度高、技术复杂。因此，在6类产品推出之后，人们曾经认为如果确实需要千兆网应用，而且布线工程尚处在选型阶段，采用“5E”类线缆并非上策。如同快速（100Mbps）以太网一样，有谁会去采用4对芯3类线缆（100Base—T4），而将5类线缆（100Base—TX）搁置一边呢？
然而，毕竟由于先实现了千兆以太网跑“超5类”，致使6类线缆至今基本上未占据什么“领地”，其应用较少，发展也就受到很大限制。尽管6类线缆速率可达200M到250M，费用却高得很多，施工难度也比较高。因此众多用户为了千兆以太网接入桌上电脑的应用，要么宁愿选择光纤，要么不如选择“超5类”比较实惠。千兆以太网跑“超5类”技术的发展，一方面为光纤到桌面创造了一个极好的过渡阶段，一方面限制了6类线缆的广泛运用，使得“超5类”得到保留相当长时间的机遇。这期间，6类线缆的价格如果降不下来（注：不只是6类线缆，而是要整个6类系统以及工程费用，真正都降到广大用户可以接受的价格，最多是“超5类”的1.3～1.4倍），光纤倒可能会因为被用户选择的机会越来越多，例如光纤从广泛用于干线延伸到区域，离桌面越来越近，导致光纤的价格将跟高类铜线差不多，到那时，广大用户自然会转而支持光纤方案。由此看来，铜线应用的终结不一定就是6类、7类，不能排除“超5类”有可能是铜线真正普遍应用的终结。至于7类铜线，它不是非屏蔽双绞线，不仅价格昂贵，而且安装工艺复杂，对工程维护要求高，不便普遍应用，更不大可能会是铜线普遍应用的终结。
布线厂商并推千兆布线产品:一是“5E”;二是“6类”（注：目前已有“超6类”推出）。在选择产品时要冷静地考虑选择何种布线系统，最终结果还是由应用决定。目前，千兆以太网主要是作为网络主干用，很难说什么时候真正用于水平子系统到桌面，恐怕到了那时候，用什么产品情况又变了。因为铜缆终将无法超越自身的带宽、传输距离和电磁干扰的限制，替代它的仍将是光纤。
还有一个应当考虑的问题，那就是主干线往往与室外线缆关联，或者就处在室外，常需要在配线架上加装防雷或防过压过电流器件（简称：防雷器件），防雷器件的频带宽度必须与双绞线一致，才能保证传输性能。5类或“超5类”双绞线的频宽是100MHz，布线厂家根本不生产这种防雷器件，只能找专门生产防雷器件的公司定做，价格十分昂贵。因此，数据主干首选光缆为最佳。

三、光纤到桌面
1966年高锟博士提出用光纤作为通信介质的设想，1970年美国康宁公司首先研制出衰减为20db/km的单模光纤，从此以后，世界各地纷纷开展了光纤研制和光纤通信的研究，形成如今的通信变革的伟大局面。随着密集波分复用技术（DWDM）、光纤放大技术，包括掺铒光纤放大器（EDEA）、分布喇曼光纤放大器（DRFA）、半导体放大器（SOA）和光时分复用（OTDM）技术的发展和广泛应用，光纤通信技术不断向着更高效率、更大容量的通信系统发展，并且逐步向全光纤网络演进。2002年OFC会议上报道了速率高达10.92Tbps的273×40Gbps和10.2Tbps的DWDM系统。DWDM、OTDM、EDFA、DRFA、SOA以及与各种新型光纤和先进信号处理技术的结合将把光纤通信传输容量推向一个更高的水平。
光纤有着铜缆无法比拟的优势，这是光纤飞速发展的巨大推动力。光纤具有高带宽、传输距离远、不受电磁干扰、无电磁辐射、使用安全、重量轻、体积小、对于恶劣环境的适应能力强等优点。
光纤按传输介质分为石英光纤和塑料光纤，目前塑料光纤因为其制造简单、价格便宜、接续快捷等优点而倍受瞩目。然而，这种介质因为现在可用的技术在要求的带宽下都限制在50米以内，所以还不为标准所认可，或许5-10年内低成本的塑料光纤会得到商业化应用。因此，目前所指光纤多为石英光纤。

㈠、光纤连接技术
在采用光纤布线的网络中，由于目前各大光纤供应商普遍做到了生产工艺稳定，产品质量较高，所以由光纤构成的光缆和各类光纤跳线，尾纤等组件的特性多数是相对比较稳定的。由此，影响光纤网络质量的多数原因集中在光纤的连接技术上。
目前大多数光纤网络的施工采用的都是熔接、冷接或现场安装光纤连接器的技术。熔接方式是公认质量最好的方法，在操作成功的情况下，可以得到较小的熔接损耗，通常在0.2dB以下。但是回波损耗控制则没有那么容易，即使是熔接，也是不能直接从显示屏得出结论。并且在光纤熔接过程中，影响熔接质量的外界因素比较多，如环境条件（包括温度、风力、灰尘等）、操作熟练程度（包括光纤端面的制备、电极棒的老化程度）、光缆与尾纤的匹配性（包括光纤类型匹配、光纤生产厂家匹配）等，如果采用目前国内使用不多的MTP等多芯带状光纤连接器，带状光纤熔接机，则无法避免在熔接过程中出现个别光纤链路损耗过大的现实，而且熔接方式的真实的熔接损耗值是一定要测试的，在光纤芯数较多的情况下，会不小心碰到，甚至碰断已经施工完成的光纤。如果全部结束后，测试结果不理想或不达标，要从新将其挑选出来再进行返工。在网络已经使用后，一旦发生网络机柜或终端需要移动位置而不得不中断所有熔接光纤在新的位置上从新熔接等。
对于现场安装方式来说，凡是作过工厂研磨的工程师对此应十分了解，现场研磨与工厂采用五道工序研磨的工艺是不能在同一水平线上比较的。也许在以往传统的低速网络中，即使出现上述损耗超标、回损值过小、连接不稳定等情况，对于网络来说都是无关紧要的事情，因为光纤在此类网络中传输指标有足够的富余量来消化这些因素带来的影响。
但是，在如今要求传输速率很高的网络中，很多技术指标都是极为敏感的，或许会因为只是几米的距离而无法达到，就让网络的设计者或施工者伤透脑筋。在施工后，发生损耗要求达不到网络设计的规定的事情时有发生。从而，不得不更改系统设计或从新选择路由。
所以，目前的各种连接方式工艺复杂，需专用设备，连接不灵活，而且价格昂贵，一直影响光纤到桌面应用的真正壁垒。

㈡、3M公司VolitiponTM光纤综合布线系统
伴随3M公司VolitiponTM光纤综合布线系统的诞生，光纤到桌面的时代已经到来。VolitiponTM全光纤系统中VF45双芯光纤插座的现场端接时间小于2分钟，其光缆的抗拉强度比普通光缆高4倍以上，系统的敷设安装象铜缆系统一样方便，性能更可靠，功能更强大。尤为重要的是，VolitiponTM全光纤综合布线系统的成本非常低，从而使光纤到桌面的应用成为现实。

1、采用热缩V型槽的VF-45型
VF-45双芯光纤插座是由3M公司于1998年推出的创新设计，该连接方式在1999年1月被NASI/TIA/EIA-604-7定义为SG光纤连接器，在2001年获得了ISO/IEC的批准成为其推荐采用的光纤连接方式。
VF-45型光纤连接器中，光纤是通过注塑成型的热塑V型槽来进行对准，光纤被悬挂在间隙为4.5mm的缝隙中，双芯一体化，由连接器外壳来保护。当插入插座时，光纤稍微弯曲以构成物理接触。此外，为了达到最佳性能，使用的光纤最好具有特殊强度的外涂层和较好的刚性。
VF-45的插头仅由4个塑料部件组成，元件数目大大减少。它与传统的光纤连接器相比，采用无陶瓷芯端工艺。而传统的光纤连接器由几十个部件组成，尤其采用了陶瓷芯端工艺，使其成本下降非常困难。同时，简单有效的设计使VF45的产品成本仅为传统光纤连接器的七分之一。目前，VF-45为所有SFF连接器中最便宜的一款。
VF-45型光纤连接器具有成本低及带RJ45式锁定系统等优势，采用单双工一体化设计，一个双向VF-45连接器可以替代两个SC连接器与一对耦合器。VF-45光纤连接器已被ANSI/TIA/EIA和ISO/IEC认证为新的国际标准光纤接口，并把它命名为SG连接器。目前为止，全球已有包括思科、IBM、阿尔卡特、英飞凌、Honeywell、Accton、ITT等50余家计算机、通信业及相关领域的企业宣布采用VF-45接口。

⑴ VF-45插座
VF-45插座是一种完全类似于RJ45插座的插头----插座式的连接方式，每个插座双芯光纤的设计可满足基于半双工传输方式的绝大多数数据通信需求。VF-45插座采用了一种纯机械式的V型槽技术来固定光纤，插座与插头的光纤在插座的V型槽中直接对接实现光信号传输。
每个VF-45插座仅由底座，光纤固定器，上盖和尾部套管4个简单部件组成。其中除光纤固定器以外的3个部件都可以重复使用。VF-45插座提供了一种机械式的现场快速端接方式，其端接时间少于2分钟，而且端接过程中的所有操作都是两芯光纤同时操作，操作过程中的绝大部分技术要求都由VF-45安装工具组件来控制，减少了对施工人员的技术要求，提高了工作效率，保证了施工质量，降低了返工率。
VF-45插座类似于一个超5类非屏蔽模块的成本优势极大的提高了其竞争力，这也使光纤布线的普遍应用真正成为可能。

⑵ VF-45插座配线单元
VF-45插座配线架的配置情况可以简单的用一句话来概括：与RJ45模块一样的配置方式。VF-45插座配线架提供了一种模块化的安装方式，整体界面极具人性化，VF-45插座可以简单地机械卡接在配线架上，VF-45插座配线架在一个U的高度上提供了24口（48芯）的端接密度，这是传统光纤连接方式密度的3倍。

⑶ VF-45插座墙装出线盒
在一个86型底盒的VF-45墙装出线盒中，可提供2个VF-45插座（4芯）的安装空间，同样使得光纤到桌面变的与铜缆一样简单。

2、与其它连接器的性能比较
光纤连接器的回损与插入损耗是衡量其性能的两个重要指标。对于高速数据应用和模拟视频应用，回损（ReturnLoss）是衡量系统性能的一个重要的参数，它为反射功率与前向功率的比值，这个值越大越好。用户在为这些应用选择SFF连接器时一定要注意。理想的回损值是对于单模光纤大于55dB，对于多模光纤平均为33dB。
此外，插入损耗也很重要。插入损耗是一个重要参数。在插头与接口匹配时会产生插入损耗，低损耗的连接器会延长其寿命，并允许网络支持更多的连接和减少光电设备。
纤芯的对准度、可安装性以及清洁方式等都会影响到光纤连接器的性能。
下面就目前SFF小型光纤连接器LC、MT-RJ、VF-45、MU和FJ的性能进行比较。

⑴ 纤芯对准
纤芯与SFF接头的对准度直接影响着光纤连接系统的传输性能。LC、MU以及FJ等采用双套管方式，纤芯间距较大，对准精度高；而MT-RJ的2个纤芯装在同一个物理连接头内导致2个纤芯的对准适配度会变的复杂化和降低其精确度。MT-RJ连接头需同时对准2个纤芯头，导致性能不如单套管的LC、MU和FJ；VF-45则是采用裸纤直接对接，通过几何原理来保证对准精度。
⑵ 连接器端接
光纤连接器的端接质量影响插入损耗，工厂端接（预磨）的质量高于现场端接（手磨），但提供快速简便的现场端接很受欢迎的。用户在选择现场端接和工厂端接时，应考虑到个有利弊。现场端接需要打磨，但可灵活的改变光纤的长度；工厂打磨后，安装很简单，但用户在设计光纤长度时需要预留，从而造成浪费。
LC连接器与SC一样可现场端接和工厂端接。LC连接头的衰减值标称仅为0.1db；MT-RJ连接面要在工厂预先打磨，连接头很大程度上依赖于连接头和跳线工厂的制作工艺，其接入衰减指标准值最大为0.25db（多模光纤连接头的标准值最大为0.25db）；FJ连接器现场端接非常简单，不需要特殊的安装工具；VF-45采用无粘合剂裸接。由于预先打磨，MT-RJ和VF-45的安装时间比传统的SC连接器短，从10-15分钟缩短至2分钟内，端接难度降低了许多。

⑶ 清洁方式
光纤连接头适度的可清洁性也是至关重要的，灰尘及其他杂质会降低连接头
及整个连接信道的性能，象VF-45则及其容易清洁。

四、结束语
网络应用的需求永远在增长，从10Mbp到100Mbps，再到1000Mbps，现在又要面向万兆以太网。不管是Web服务器，文件服务器，电子商务服务器还是其它服务器，都比客户的服务器需要更高的带宽。现在宽带接入的趋向已经开始出现，数百万的客户正通过XDSL或有线网接入Internet。同时，万兆以太网联盟推动的万兆以太网标准已经得到批准，并且目前只支持光技术。
3M公司的VolitiponTM光纤到桌面/光纤到户网络解决方案是第一个能提供包括光纤布线，光网卡，光交换机，光交换路由设备，光电转换设备的全程端到端的解决方案。其核心技术VF-45光纤接口是插头-插座式的光纤连接器，使用简单而高精度的机械对准方式，在连接器中省去了昂贵的陶瓷插针及金属套管，成本只有传统SC连接器的七分之一。因而，使VolitiponTM光纤到桌面的布线成本大大降低，整个方案的成本只有传统光纤布线系统的一半，打破了影响光纤到桌面的真正壁垒，使光纤到桌面的广泛应用成为可能，标志着光纤到桌面时代的已经到来。