吳惠惠，　李榮玉，　陳秀錦
　　(上海交通大學(xué)“區(qū)域光纖通信網(wǎng)和新型光通信系統(tǒng)”國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海200240)
　　[摘　要]　介紹了塑料光纖在高速度、短距離網(wǎng)絡(luò)中的優(yōu)勢，并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)對PMMA塑料光纖的光譜損耗以及丟包率進(jìn)行測試，被測塑料光纖在650 nm工作波長的損耗系數(shù)為143 dB/km，且在100 Mb/s傳輸速度下，傳輸60m無丟包現(xiàn)象，表明塑料光纖作為傳輸介質(zhì)完全可以滿足局域網(wǎng)的傳輸要求。在此結(jié)論基礎(chǔ)上，提出網(wǎng)絡(luò)解決方案，將塑料光纖應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室3TNet試驗(yàn)網(wǎng)的最后一段以及教師辦公室的局域網(wǎng)中。
　　0　引　言
　　通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，推動(dòng)了數(shù)據(jù)通信、遠(yuǎn)程教育、可視電話、高清晰數(shù)字電視以及交互式有線電視(電視購物、視頻點(diǎn)播等)等多媒體業(yè)務(wù)的飛速發(fā)展，這不僅使用戶對通信帶寬的需求激增，還對局域網(wǎng)進(jìn)一步高速化、寬帶化提出了要求。能提供寬帶業(yè)務(wù)的傳輸媒質(zhì)主要有銅線電纜、石英光纖以及塑料光纖等。當(dāng)前，短距離通信中的傳輸介質(zhì)主要是銅線電纜，但是其帶寬小、損耗大、電磁兼容性較差，已不能滿足未來局域網(wǎng)的帶寬要求。石英光纖是通信中的理想傳輸介質(zhì)，但是其纖芯細(xì)，接續(xù)技術(shù)要求高、難度大，而且柔韌性差，在拐角處易受損，因此對于距離短、接點(diǎn)多、拐角多的局域網(wǎng)，用戶成本要求較高，難以推廣使用[1]。
　　與通信電纜相比，塑料光纖可達(dá)數(shù)百M(fèi)b/s到數(shù)Gb/s的傳輸速率可以滿足未來局域網(wǎng)的要求，而且塑料光纖對電磁干擾不敏感，信號穩(wěn)定可靠，保密性能好，能防雷擊，質(zhì)量輕，韌性好，并能節(jié)約銅資源。與石英光纖相比，塑料光纖芯徑大，便于接續(xù)，數(shù)值孔徑大，便于耦合，光源便宜，因此施工和接續(xù)簡便、綜合成本較低，而且塑料光纖質(zhì)量輕、可撓性好，易于在狹窄的空間內(nèi)敷設(shè)。因此，塑料光纖成為高速局域網(wǎng)中理想的傳輸媒質(zhì)，具有廣闊的應(yīng)用前景[2]。
　　1·塑料光纖的性能測試
　　塑料光纖的性能研究主要集中在降低損耗，提高耐熱性，提高帶寬和抗輻照能力四個(gè)方面。局域網(wǎng)應(yīng)用一般是在常溫且無輻射環(huán)境下工作，對于使用溫度為-50~70℃的通信用塑料光纖而言，常溫下使用無任何問題。另外目前通用PMMA塑料光纖的損耗系數(shù)已穩(wěn)定在200 dB/km以下，可以滿足短距離局域網(wǎng)的需求，損耗系數(shù)越低，可以傳輸?shù)木嚯x越長，所以本文針對塑料光纖的損耗系數(shù)和丟包率進(jìn)行測試。塑料光纖的材料主要有PMMA、聚苯乙烯(PS)和聚碳酸酯(PC)三種，PMMA塑料光纖因其技術(shù)穩(wěn)定、成本低、抗輻照能力強(qiáng)、在特定光波長下?lián)p耗低等優(yōu)點(diǎn)，已受到相當(dāng)?shù)闹匾暡⒂袕S家開始批量生產(chǎn)，所以我們實(shí)驗(yàn)采用的都是通信用的PMMA材質(zhì)的塑料光纖。
　　1.1　損耗系數(shù)的測試
　　損耗系數(shù)的測試裝置如圖1所示[3]，光源為10 W鹵鎢燈，將10 m的被測塑料光纖的一端接于光源，另一端接于光譜分析儀，計(jì)算機(jī)對頻譜分析儀得到結(jié)果進(jìn)行分析輸出。被測塑料光纖為芯徑1 mm的通信用PMMA塑料光纖，光譜分析儀采用AvaSpec-2048FT光纖光譜儀，測量波段為400~1 100 nm。為了減小接口的連接損耗，我們在接口處對塑料光纖端面進(jìn)行了熱燙處理。

　　測試結(jié)果如圖2所示，由圖可知，10 m的被測PMMA塑料光纖在650 nm波長處的透過率為72%，在570 nm波長處的透過率可達(dá)82%。通過計(jì)算，可以得到該塑料光纖在650 nm波長處的損耗約為1.43 dB，在570 nm波長處的損耗為0.9dB。由此可推算出，該塑料光纖在650 nm處的損耗系數(shù)為143 dB/km，在570 nm處的損耗系數(shù)為90 dB/km。一般情況下塑料光纖損耗系數(shù)小于200dB/km，就可以在100 m距離以內(nèi)傳輸100 Mb/s速率的信號。當(dāng)然，570 nm波長處的損耗系數(shù)更低，但是在局域網(wǎng)的實(shí)際應(yīng)用中，我們通常采用650nm的工作波長，這是因?yàn)榱畠r(jià)的LED光源的工作波長為650 nm。

　　1.2　丟包率的測試
　　同樣選擇直徑為1 mm的PMMA塑料光纖，使用的測量設(shè)備是IXIA 400T通信量發(fā)生器/性能分析儀。我們將待測的60 m長PMMA塑料光纖兩端分別接入測量設(shè)備的兩個(gè)端口，對其丟包進(jìn)行測量，測試裝置如圖3所示。

　　測量時(shí)，測量設(shè)備的輸出端口以100 Mb/s的速率輸出67 722幀數(shù)據(jù)，每幀1 500個(gè)字節(jié)，采用全雙工模式。短時(shí)間間隔后，我們看到在輸入端口接收到的數(shù)據(jù)也是67 722幀，也就是說丟包率為零，圖4為測試數(shù)據(jù)的截屏圖。測試結(jié)果表明，該塑料光纖的傳輸性能完全可以滿足局域網(wǎng)的要求。

　　2·塑料光纖在局域網(wǎng)中的應(yīng)用
　　塑料光纖作為一種短距離通信理想的光傳輸介質(zhì)，因其獨(dú)特的性能已被廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，在家庭智能化、辦公自動(dòng)化、工控網(wǎng)絡(luò)化、車載機(jī)載通信網(wǎng)、軍事通信網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸中占據(jù)著重要的地位。下面我們將主要介紹塑料光纖在局域網(wǎng)中的應(yīng)用，這也是塑料光纖至今得到最多關(guān)注、研究的應(yīng)用領(lǐng)域[4-7]。
　　2.1　3TNet最后到終端的塑料光纖解決方案
　　3TNet是“高性能寬帶信息網(wǎng)”的簡稱，它的應(yīng)用目標(biāo)是從寬帶流媒體和互動(dòng)多媒體業(yè)務(wù)開始，發(fā)展多種音頻視頻服務(wù)，面向多種增值業(yè)務(wù)，推進(jìn)示范區(qū)域信息一體化進(jìn)程，現(xiàn)在3TNet已在華東地區(qū)試用。3TNet接入速率的設(shè)計(jì)目標(biāo)是可滿足未來15年內(nèi)家庭用戶的普遍需求，它承諾給每個(gè)用戶提供的接入速率大于40 Mb/s，用戶每戶可同時(shí)收看一路高清電視、兩路標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視，享受高保真立體聲，同時(shí)可以4 Mb/s的速度上網(wǎng)等。
　　我們將塑料光纖應(yīng)用于3TNet上海交通大學(xué)子網(wǎng)的最后一段，即從中心交換機(jī)到終端的局域網(wǎng)中。研究表明，一路標(biāo)準(zhǔn)清晰度(分辨率為720×576)電視信號穩(wěn)定帶寬需求在7~8 Mb/s左右，一路高清(分辨率為1 920×1 080)電視信號穩(wěn)定帶寬需求在25 Mb/s以上。我們的方案主要針對HDTV應(yīng)用，為滿足帶寬要求，設(shè)計(jì)每個(gè)塑料光纖光交換機(jī)下行為4路HDTV信號，所以采用百兆全光交換機(jī)，上行一個(gè)端口下行四個(gè)端口，工作波長為650 nm。設(shè)計(jì)方案如圖5所示，主干網(wǎng)的光信號通過石英光纖從千兆中心交換機(jī)接入，進(jìn)行傳輸轉(zhuǎn)發(fā)后，通過PMMA塑料光纖傳輸?shù)讲块T塑料光纖光交換機(jī)進(jìn)行交換，分成4路信號，再通過塑料光纖分別傳輸?shù)綑C(jī)頂盒中，連接到電視終端進(jìn)行播放。經(jīng)過多次的試驗(yàn)、播放，該系統(tǒng)已經(jīng)投入使用并運(yùn)行良好。

　　2.2　教師辦公室局域網(wǎng)
　　我們將塑料光纖應(yīng)用于上海交通大學(xué)光通信國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的教師辦公室中，圖6為該局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。本設(shè)計(jì)方案采用易于維護(hù)和管理的星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，采用千兆路由交換機(jī)作為整個(gè)局域網(wǎng)的中心交換機(jī)，負(fù)責(zé)局域網(wǎng)與主干網(wǎng)之間數(shù)據(jù)的存儲轉(zhuǎn)發(fā)。每一個(gè)辦公室放置一臺塑料光纖交換機(jī)來分配所需的帶寬，高速數(shù)據(jù)經(jīng)過塑料光纖傳輸后，為了與現(xiàn)有終端設(shè)備兼容，先通過USB塑料光纖收發(fā)器進(jìn)行光—電轉(zhuǎn)換，最終將數(shù)據(jù)送入用戶的終端設(shè)備。此外，若是先在用戶終端設(shè)備中裝上塑料光纖光網(wǎng)卡，就可以直接用塑料光纖將塑料光纖光交換機(jī)與用戶終端相連，而無需經(jīng)過光纖收發(fā)器。經(jīng)過一段時(shí)間的實(shí)際使用，局域網(wǎng)運(yùn)行良好，完全可以滿足辦公室的日常需求。

　　3·結(jié)束語
　　通過研究PMMA塑料光纖的損耗系數(shù)及傳輸性能，我們發(fā)現(xiàn)在100 Mb/s的傳輸速率下，塑料光纖可以無丟包地傳輸60 m，這就證明塑料光纖可以滿足短距離局域網(wǎng)最后一段用戶接入的帶寬要求。在對塑料光纖性能測試的基礎(chǔ)上，我們將塑料光纖應(yīng)用于3TNet試驗(yàn)網(wǎng)最后一段以及上海交通大學(xué)教師辦公室的局域網(wǎng)中，運(yùn)行穩(wěn)定。當(dāng)然，塑料光纖的研究并沒有在此止步，科研工作者正在努力減少塑料光纖損耗，設(shè)法提高其環(huán)境性能，完善制作工藝，研究相關(guān)設(shè)備，制定和完善行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。在未來，塑料光纖的性能會日臻完善，應(yīng)用領(lǐng)域也會越來越廣闊。
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