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UTP銅纜及多模光纖發(fā)展史與展望

訊石光通訊網(wǎng)   發(fā)布時(shí)間:2005/11/2 9:48:50   編者:ICCSZ    
摘要： 在過(guò)去10年里，線纜行業(yè)在通信技術(shù)的發(fā)展中扮演了關(guān)鍵的角色。高端應(yīng)用、互聯(lián)網(wǎng)以及電子郵件等，推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求越來(lái)越大，從而使傳輸架構(gòu)布線成為技術(shù)進(jìn)步最重要的組成

    在過(guò)去10年里，線纜行業(yè)在通信技術(shù)的發(fā)展中扮演了關(guān)鍵的角色。高端應(yīng)用、互聯(lián)網(wǎng)以及電子郵件等，推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求越來(lái)越大，從而使傳輸架構(gòu)布線成為技術(shù)進(jìn)步最重要的組成部分。

　　無(wú)論是產(chǎn)品的發(fā)展，還是布線系統(tǒng)的處理能力，都是向更高的傳輸標(biāo)準(zhǔn)看齊，從而出現(xiàn)更高級(jí)的UTP銅纜和光纖布線，其具有更高的性能和含有更新的技術(shù)。HitachiCableManchester公司的工程服務(wù)經(jīng)理ValRybinski說(shuō)：“盡管無(wú)法令人相信，但是我們確實(shí)已經(jīng)深深處在一個(gè)日新月異、快速發(fā)展，樂(lè)于接受新事物的社會(huì)當(dāng)中，創(chuàng)造性的思維孕育出了產(chǎn)業(yè)巨頭，以及大規(guī)模的協(xié)作?！?

　　回顧

　　10年前，結(jié)構(gòu)化布線引發(fā)了標(biāo)準(zhǔn)的更新?lián)Q代。Rybinski說(shuō)：“那是一個(gè)偉大轉(zhuǎn)折點(diǎn)——第一次提出布線結(jié)構(gòu)化，每一個(gè)站點(diǎn)的接口都完全相同。全世界的布線結(jié)構(gòu)和接口都是一樣的，這讓我很吃驚，因?yàn)槌酥?，再?zèng)]有如此標(biāo)準(zhǔn)化的終端用戶能享用的業(yè)務(wù)?！?

　　1993年，5類(lèi)UTP銅纜布線工作頻率是100MHz，支持10/100Base-T系統(tǒng)，而光纖在園區(qū)和樓宇主干網(wǎng)布線中得到廣泛應(yīng)用。Leviton公司語(yǔ)音和數(shù)據(jù)分部的企業(yè)產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理BillSlater說(shuō)：“那時(shí)，線纜和連接產(chǎn)品制造商開(kāi)始結(jié)成伙伴共同提供端到端解決方案，而盡量避免比較他們的產(chǎn)品孰優(yōu)孰劣?！?

　　在極短時(shí)間內(nèi)，先進(jìn)的布線技術(shù)滿足了人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)容量和速度的需求。業(yè)界的領(lǐng)導(dǎo)者們一致認(rèn)為，銅纜和光纖解決方案即便在將來(lái)仍將有極大的市場(chǎng)。

　　主干網(wǎng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是光纖分布式數(shù)據(jù)接口（FDDI）——工作波長(zhǎng)850納米，LED光源，62.5/125微米多模光纖，被認(rèn)為最有能力為樓宇網(wǎng)絡(luò)提供無(wú)限帶寬，而日本和中歐當(dāng)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)采用的是50微米。TycoElectronics/AMPNetconnect公司的業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)主管TonyBeam說(shuō)：“美國(guó)是從應(yīng)用角度來(lái)選擇光纖，而日本等國(guó)家，往往是為了獲得更高的性能和技術(shù)而選擇光纖。IBM在一些應(yīng)用中采用了62.5微米光纖，隨之這種光纖成為FDDI的主流，從而為布線標(biāo)準(zhǔn)化提供了基礎(chǔ)?！?

　　62.5微米光纖安裝更容易，連接效率更高。CorningCableSystems公司的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)理DougColeman說(shuō)：“當(dāng)多模光纖進(jìn)入樓宇布線市場(chǎng)，我們要為用戶提供出更容易安裝的光纖——那些沒(méi)有豐富的光纖安裝經(jīng)驗(yàn)的人往往會(huì)選擇這樣的光纖。62.5微米光纖的線芯較粗，有系列化孔徑，可以充分滿足多數(shù)數(shù)據(jù)傳輸源的接口要求?！?

　　在1993到1997年期間，人們不斷要求帶寬拓寬再拓寬，以提高數(shù)據(jù)傳輸速率，帶寬從10Mbits/sec一直增加到100Mbits/sec。Beam說(shuō)：“由于各家公司內(nèi)部原先孤立的PC連接到中央服務(wù)器和傳輸架構(gòu)，所以對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速率的要求也就更高了。”到了90年代末期，發(fā)展趨勢(shì)明顯表明，要支持下一代高速率應(yīng)用，布線系統(tǒng)必須要運(yùn)行吉比特以太網(wǎng)（GbE）。

　　5e類(lèi)

　　在制定適用于UTP銅纜布線的GbE時(shí)，電氣和電子工程師協(xié)會(huì)（IEEE）力爭(zhēng)在應(yīng)用最多的5類(lèi)銅纜上能運(yùn)行GbE。GeneralCable公司的應(yīng)用工程師AsefBaddar解釋說(shuō)：“因?yàn)镚igE采用雙向，4線對(duì)傳輸，線對(duì)間的噪聲就增大了，從而帶來(lái)交叉串?dāng)_?！痹阢~纜布線上以100MHz頻率運(yùn)行GbE，為我們帶來(lái)了5e類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)增加了新指標(biāo)，如近端交叉串?dāng)_功率和（PSNEXT）、回?fù)p（Return Loss），以及電纜和連接器件的同級(jí)遠(yuǎn)端交叉串?dāng)_功率和（PSELFEXT）。

　　5類(lèi)系統(tǒng)只要安裝質(zhì)量高，一般都能滿足后來(lái)制定的5e類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)。Baddar說(shuō)，不滿足5e標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)80％是由于安裝質(zhì)量差造成的。他說(shuō)：“如果一個(gè)5類(lèi)安裝執(zhí)行得很差，電纜被拉得過(guò)緊，線對(duì)在端接時(shí)松開(kāi)的太多，那么它極可能達(dá)不到5e標(biāo)準(zhǔn)的要求?！?

　　連接器件和接插線在UTP銅纜布線系統(tǒng)的發(fā)展中扮演著很重要的角色。采用RJ配線使工作帶寬提升到100MHz甚至更高，變得難上加難。Siemon公司的全球運(yùn)營(yíng)副總裁JohnSiemon解釋說(shuō)：“模擬電話系統(tǒng)，或者POTS，最初使用插頭的中間兩個(gè)導(dǎo)電片，因?yàn)檫@樣會(huì)增加交叉串?dāng)_，所以今天的高性能連接器和接插線都摒棄了這種設(shè)計(jì)，但是為此耗去了大量研制和開(kāi)發(fā)經(jīng)費(fèi)，才獲得今天這樣的性能?！?

　　6類(lèi)

　　在TIA/EIA頒布5e類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)候，6類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)的制定工作也在進(jìn)行當(dāng)中，它可工作在250MHz的高頻段，能使GbE支持更繁重的數(shù)據(jù)流量和更快的速度。6類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了正衰減交叉串?dāng)_比（ACR）高達(dá)200MHz，向后兼容并具有共同操作能力。這給銅纜和連接器件制造商帶來(lái)了新的難題。

　　當(dāng)UTP銅纜傳輸信號(hào)的頻率越高，每個(gè)傳輸信號(hào)的線對(duì)對(duì)周?chē)€對(duì)的影響就越大。要達(dá)到苛刻的6類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，需要有新的工藝和設(shè)計(jì)。Baddar說(shuō)：“制造6類(lèi)線纜的工藝設(shè)備使線纜的性能一致性更好，線對(duì)扭絞得更緊，這樣可以更好地消除噪聲。”線纜制造商們?cè)龃罅穗娎|中銅線芯的直徑，以獲得更好的信號(hào)功率，還增加了一個(gè)隔離器件，以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的NEXT值。Baddar解釋說(shuō)：“隔離器件是一種線對(duì)隔離軸，常被稱(chēng)作齒條?！饼X條可以是交叉編制物、帶子或者填塞物，用來(lái)把4個(gè)線對(duì)彼此分隔開(kāi)，以便進(jìn)一步減少交叉串?dāng)_。

　　重新設(shè)計(jì)連接器件以滿足6類(lèi)要求，被證明更加困難，因?yàn)榻档徒徊娲當(dāng)_，需要重新設(shè)計(jì)和相關(guān)技術(shù)。Rybinski解釋說(shuō)：“插頭能帶來(lái)交叉串?dāng)_，因此所有接有一個(gè)8腳插頭的器件都必須補(bǔ)償這種不平衡，消除產(chǎn)生的交叉串?dāng)_。在100MHz，器件對(duì)噪聲的抑制能力較強(qiáng)，不需要精確地抵消交叉串?dāng)_，但到200MHz，我們就需要更精細(xì)的補(bǔ)償?！?

　　既然工具更新和連接器重新設(shè)計(jì)既困難，費(fèi)用又高昂，制造商們于是開(kāi)始嘗試靠加大對(duì)現(xiàn)有5e類(lèi)設(shè)計(jì)的補(bǔ)償來(lái)獲得6類(lèi)性能。JohnSiemon認(rèn)為，因?yàn)檠a(bǔ)償效果隨頻率不同而不同，在6類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)的高頻段，補(bǔ)償作用已經(jīng)達(dá)到了極限。他說(shuō)：“使用相位偏移在100MHz可以消除交叉串?dāng)_，但在更高頻段，它會(huì)使性能下降。補(bǔ)償越多，在寬頻帶上都獲得高性能的難度就越大?！?

　　HubbellPremiseWiring公司的技術(shù)主管Mike O'Connor認(rèn)為，即便是6類(lèi)的向后兼容和共同操作能力也是難以實(shí)現(xiàn)的。他說(shuō)：“對(duì)性能的要求更加嚴(yán)格，比如，5e類(lèi)連接器的NEXT值在100MHz是43dB，而6類(lèi)連接器的NEXT值在同一頻段是54dB，二者的差距是相當(dāng)大的。雖然向后兼容很容易做到，但是共同操作能力還是很棘手的。第三方測(cè)試是確保真正獲得6類(lèi)性能的關(guān)鍵。”

　　除了6類(lèi)比5e類(lèi)規(guī)定了更高的衰減交叉串?dāng)_比以外，向后兼容和共同操作能力也給連接器件制造商出了難題。

　　許多人認(rèn)為UTP銅纜布線系統(tǒng)達(dá)到6類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)是最了不起的進(jìn)步。JohnSiemon說(shuō)：“這些產(chǎn)品在長(zhǎng)期發(fā)展過(guò)程中曾達(dá)到過(guò)多種不同類(lèi)別的性能，但達(dá)到6類(lèi)要求的性能，同時(shí)能向后兼容和可共同操作，的確是非常杰出，它是來(lái)自不同制造商的眾多工程師長(zhǎng)期相互合作的結(jié)果?！?

　　光纖

　　在GbE之前，主干網(wǎng)和豎直布線，有時(shí)還包括到桌面，都普遍采用62.5微米光纖。但是當(dāng)主干網(wǎng)的速度提高到GigE，就很少再用62.5微米光纖了。以前一直作為傳輸光源的廉價(jià)的發(fā)光二極管（LED）信號(hào)激勵(lì)技術(shù)不再適用于當(dāng)前的布線系統(tǒng)。Coleman解釋說(shuō)：“LED每秒開(kāi)關(guān)的次數(shù)有限，最快只有大約622Mbit/sec，這使我們轉(zhuǎn)向激光技術(shù)?！币呀?jīng)開(kāi)發(fā)出并在數(shù)據(jù)中心得到應(yīng)用的垂直腔表面發(fā)射激光器（VCSELS）成為GbE的傳輸光源。

　　盡管在1300納米波長(zhǎng)使用VCSELS時(shí)，62.5和50微米光纖具有相似的性能，VCSELS的開(kāi)發(fā)和使用卻是850納米操作窗口。Beam說(shuō)：“選擇850納米還是1300納米的關(guān)鍵是哪種波長(zhǎng)更適合于高速數(shù)據(jù)。850納米波長(zhǎng)之所以更適合于VCSELS，是因?yàn)樗?jiǎn)單，更可靠，性?xún)r(jià)比也更高?！?

　　在多模光纖上進(jìn)行激光數(shù)據(jù)傳輸，會(huì)產(chǎn)生一種效應(yīng)，叫做差分模式延遲（DMD），它發(fā)生在當(dāng)一束激光射入光纖芯的中心時(shí)，這束激光分散成幾種光模式。GeneralCable公司的技術(shù)主管MauricioSilva解釋說(shuō)：“由于DMD效應(yīng)，不同光模式到接收端的時(shí)間不相同，從而造成信號(hào)失真，降低傳輸容量。光纖芯越細(xì)產(chǎn)生的光模式越少，從而失真越小?！币?yàn)?0微米光纖的芯更細(xì)，所以它比芯粗一些的62.5微米光纖，能傳輸更長(zhǎng)距離。

　　用于園區(qū)主干網(wǎng)傳輸架構(gòu)的多模光纖需要能支持500米的傳輸距離。對(duì)于GbE來(lái)說(shuō)，62.5微米光纖信道長(zhǎng)度最多只能有220米，所以TIA/EIA-568-B.3把50微米光纖選進(jìn)結(jié)構(gòu)化布線和連接器件標(biāo)準(zhǔn)。Beam說(shuō)：“盡管62.5微米光纖接到VCSELS也能運(yùn)行GigE，如較小的樓宇網(wǎng)絡(luò)主干和長(zhǎng)度較短的園區(qū)線路。但是對(duì)于距離超過(guò)300米的情況，就需要50微米光纖了，另外，考慮到傳輸速度今后不會(huì)停步于1Gig，業(yè)界也需要選擇50微米光纖?！盉eam認(rèn)為，這是一個(gè)令人痛苦的轉(zhuǎn)換，他說(shuō)，“基于我們當(dāng)時(shí)掌握的所有跡象，以及當(dāng)時(shí)最出色的前瞻者的預(yù)言，我們推廣、銷(xiāo)售和安裝62.5微米光纖，從沒(méi)有想到會(huì)替換它們?！?

　　為了避免在一些多模光纖中出現(xiàn)缺陷，制造商們開(kāi)發(fā)出偏移發(fā)射接插線，即偏離線芯中心幾個(gè)微米發(fā)射激光。偏移發(fā)射接插線在IEEE802.3z標(biāo)準(zhǔn)中被列為使用1300納米波長(zhǎng)時(shí)必選。Silva解釋說(shuō)：“偏離線芯中心20微米發(fā)射激光，讓激光在中心軸線周?chē)鷤鞑?，減少散射?！?

　　CorningCableSystems公司的阻燃線纜產(chǎn)品線經(jīng)理MartynEaston認(rèn)為，由于光纖連接器件性能和連接技術(shù)的發(fā)展，從某種程度上，使從易于安裝的光纖到光纖傳輸性能更佳的轉(zhuǎn)變成為可能。Easton說(shuō)：“許多公司都在日以繼夜地工作，開(kāi)發(fā)帶有推拉功能的連接器，以便使現(xiàn)場(chǎng)端接更容易，更迅速。這些連接方面取得的成就使62.5微米光纖也能傳輸更長(zhǎng)距離，所以連接對(duì)光纖布線系統(tǒng)性能的影響程度還沒(méi)有它對(duì)銅纜布線的大?！?

　　ST連接器（直端）具有推拉匹配設(shè)計(jì)，在出現(xiàn)SC之前一直被認(rèn)為是標(biāo)準(zhǔn)連接器。SC后來(lái)同ST一起被TIA/EIA-568-B標(biāo)準(zhǔn)列為結(jié)構(gòu)化布線推薦連接器。Beam說(shuō)：“SC用了很長(zhǎng)時(shí)間才占領(lǐng)市場(chǎng)，然而ST仍擁有一定的用戶，所以ST現(xiàn)在仍沒(méi)有完全退出。”

　　在最初，光纖連接器的競(jìng)爭(zhēng)主要集中在功能和可用性上面，而最近更注重于成本了。小封裝連接器（SFF）的端口密度更高，底座更小，“一體化封裝設(shè)計(jì)，兩根光纖埋入在一個(gè)導(dǎo)槽里。這使每個(gè)交換器的端口更多，而端口成本更低。”Easton這樣解釋說(shuō)。

　　展望

　　最近，IEEE成立了一個(gè)10GBase-T研究組，來(lái)研究在UTP銅纜上發(fā)送10GbE，許多人都在焦急的等待研究結(jié)果出來(lái)。Baddar說(shuō)：“多數(shù)人相信，在銅纜上運(yùn)行10Gig，必須選擇6類(lèi)。作為制造商，我們正在竭力向IEEE證明，6類(lèi)是最好的選擇，因?yàn)楸M管今天6類(lèi)系統(tǒng)只占安裝總數(shù)的20％，但到2005年，它的比例將會(huì)增長(zhǎng)到70％和80％?！?

　　6類(lèi)信道的顯著性能特征是250MHz工作頻段，隨著數(shù)據(jù)傳輸速率越來(lái)越高，將來(lái)勢(shì)必需要UTP銅纜布線的工作頻率更高。JohnSiemon說(shuō)：“要理解工作在500MHz的系統(tǒng)性能特性不是很容易做到的，規(guī)定出控制平衡要求，和抑制外部噪聲的能力將是在銅纜布線上能否擴(kuò)展到每秒1Gig的關(guān)鍵?！?

　　O'Connor認(rèn)為，業(yè)界將繼續(xù)努力改進(jìn)產(chǎn)品，但是在銅纜上運(yùn)行10GbE將是一道難以逾越的障礙。但不管怎樣，他說(shuō)，“6類(lèi)布線架構(gòu)能工作在250MHz，肯定比只能工作在100MHz的系統(tǒng)，如5e類(lèi)，更有能力支持10Gig?！?

　　今天，62.5微米光纖布線能為許多用戶提供滿意的數(shù)據(jù)傳輸速率，然而，隨著10GbE主干網(wǎng)的來(lái)臨，50微米光纖的需求將會(huì)增加。Beam說(shuō)：“我的確不相信62.5光纖會(huì)出現(xiàn)在10Gig領(lǐng)域，以這樣高的速度，它的傳輸距離只有60米，沒(méi)有什么實(shí)用價(jià)值?！?

　　激光優(yōu)化50微米光纖，通過(guò)修改折射輪廓指標(biāo)，不需要偏移發(fā)射接插線或者改變連接器和安裝方法，10GbE性能傳輸距離可達(dá)300米。Easton解釋說(shuō)：“為了制造出激光優(yōu)化50微米光纖，我們已經(jīng)為它升級(jí)了激勵(lì)源。”他說(shuō)，目前沒(méi)有合適的傳輸設(shè)備能運(yùn)行10GbE，但是由于50微米光纖的帶寬可調(diào)節(jié)，因此它最終將作為傳輸介質(zhì)解決方案，既能夠滿足以前應(yīng)用的要求，也能支持將來(lái)應(yīng)用的需要。

　　盡管62.5微米光纖適用于許多當(dāng)前的應(yīng)用，隨著10GbE主干網(wǎng)的來(lái)臨，50微米光纖的需求仍將可能增加，這是由于它的長(zhǎng)距離傳輸性能更佳。

　　隨著對(duì)帶寬需求的增加，40和100GbE到來(lái)的時(shí)間可能比我們想象得還要快，有些人懷疑多模光纖到時(shí)能否支持這么高的傳輸速率，Silva說(shuō)：“如果我們真會(huì)到了那么一天，即傳輸速率增加到40或100Gig，我們可能會(huì)發(fā)現(xiàn)主干網(wǎng)中的光纖由多模更換成單模。如果激光技術(shù)發(fā)展到成熟實(shí)用階段，沿路鋪設(shè)光纖成為可能，單模可能就會(huì)完全替代今天多模的位置。”

　　現(xiàn)有的幾種光纖連接器使許多人認(rèn)識(shí)到標(biāo)準(zhǔn)接口的必要性，業(yè)界目前正在朝著這個(gè)方向努力。Leviton公司的光纖產(chǎn)品經(jīng)理HarleyLang說(shuō)：“有幾個(gè)因素在決定使用什么類(lèi)型的連接器的過(guò)程中起重要作用，包括標(biāo)準(zhǔn)編寫(xiě)者的個(gè)人因素。當(dāng)然，我相信，市場(chǎng)將是最終的決定因素。”

　　小結(jié)

　　主干網(wǎng)中UTP銅纜和光纖布線共存，光纖占主導(dǎo)。但是如果數(shù)據(jù)傳輸速率上升到10GbE甚至更高的100GbE，銅纜布線的容量就有點(diǎn)兒不夠了。Beam認(rèn)為：“在銅纜和光纖之間肯定還會(huì)出現(xiàn)一次戰(zhàn)斗，但是這次戰(zhàn)斗的激烈程度經(jīng)過(guò)過(guò)去的10年，已經(jīng)大大降低。10年前，有人錯(cuò)誤地以為FDDI會(huì)是銅纜的終結(jié)者，接下來(lái)，我們又認(rèn)為吉比特以太網(wǎng)將徹底取代銅纜。”

　　Beam認(rèn)為，區(qū)域布線，光纖進(jìn)入水平布線，短距離銅纜接到桌面，這種結(jié)構(gòu)將使UTP銅纜和光纖布線共存。他說(shuō)：“許多公司都投入巨資購(gòu)買(mǎi)了PC機(jī)和筆記本電腦，它們都和銅纜接口兼容，而光纖到區(qū)域的構(gòu)想讓這些銅纜接口得以繼續(xù)存在下去。”

　　JohnSiemon說(shuō)：“銅纜傳輸架構(gòu)既能支持30年前就有的應(yīng)用，包括象模擬電話業(yè)務(wù)，也能支持那些現(xiàn)在還沒(méi)有投入商用的業(yè)務(wù)。然而盡管銅纜系統(tǒng)看起來(lái)跟上了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展步伐，但光纖將來(lái)必將進(jìn)一步深入到水平布線中去?！?

　　“所以，銅纜和光纖布線應(yīng)選哪一種？”，JohnSiemon說(shuō)，“不是選哪一種，而是兩個(gè)都要，一個(gè)都不能少。”



摘自：計(jì)世網(wǎng)
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