吳惠惠，　李榮玉，　陳秀錦
　　(上海交通大學“區(qū)域光纖通信網(wǎng)和新型光通信系統(tǒng)”國家重點實驗室，上海200240)
　　[摘　要]　介紹了塑料光纖在高速度、短距離網(wǎng)絡中的優(yōu)勢，并設計實驗對PMMA塑料光纖的光譜損耗以及丟包率進行測試，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。在此結論基礎上，提出網(wǎng)絡解決方案，將塑料光纖應用于實驗室3TNet試驗網(wǎng)的最后一段以及教師辦公室的局域網(wǎng)中。
　　0　引　言
　　通信技術的迅猛發(fā)展，推動了數(shù)據(jù)通信、遠程教育、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、視頻點播等)等多媒體業(yè)務的飛速發(fā)展，這不僅使用戶對通信帶寬的需求激增，還對局域網(wǎng)進一步高速化、寬帶化提出了要求。能提供寬帶業(yè)務的傳輸媒質(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，接續(xù)技術要求高、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，塑料光纖可達數(shù)百Mb/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。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方面。局域網(wǎng)應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塑料光纖因其技術穩(wěn)定、成本低、抗輻照能力強、在特定光波長下?lián)p耗低等優(yōu)點，已受到相當?shù)闹匾暡⒂袕S家開始批量生產(chǎn)，所以我們實驗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，計算機對頻譜分析儀得到結果進行分析輸出。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行了熱燙處理。

　　測試結果如圖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82%。通過計算，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。當然，570 nm波長處的損耗系數(shù)更低，但是在局域網(wǎng)的實際應用中，我們通常采用650nm的工作波長，這是因為廉價的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備的兩個端口，對其丟包進行測量，測試裝置如圖3所示。

　　測量時，測量設備的輸出端口以100 Mb/s的速率輸出67 722幀數(shù)據(jù)，每幀1 500個字節(jié)，采用全雙工模式。短時間間隔后，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)，因其獨特的性能已被廣泛應用于多個領域，在家庭智能化、辦公自動化、工控網(wǎng)絡化、車載機載通信網(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)中的應用，這也是塑料光纖至今得到最多關注、研究的應用領域[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，它的應用目標是從寬帶流媒體和互動多媒體業(yè)務開始，發(fā)展多種音頻視頻服務，面向多種增值業(yè)務，推進示范區(qū)域信息一體化進程，現(xiàn)在3TNet已在華東地區(qū)試用。3TNet接入速率的設計目標是可滿足未來15年內(nèi)家庭用戶的普遍需求，它承諾給每個用戶提供的接入速率大于40 Mb/s，用戶每戶可同時收看一路高清電視、兩路標準清晰度電視，享受高保真立體聲，同時可以4 Mb/s的速度上網(wǎng)等。
　　我們將塑料光纖應用于3TNet上海交通大學子網(wǎng)的最后一段，即從中心交換機到終端的局域網(wǎng)中。研究表明，一路標準清晰度(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應用，為滿足帶寬要求，設計每個塑料光纖光交換機下行為4路HDTV信號，所以采用百兆全光交換機，上行一個端口下行四個端口，工作波長為650 nm。設計方案如圖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接入，進行傳輸轉發(fā)后，通過PMMA塑料光纖傳輸?shù)讲块T塑料光纖光交換機進行交換，分成4路信號，再通過塑料光纖分別傳輸?shù)綑C頂盒中，連接到電視終端進行播放。經(jīng)過多次的試驗、播放，該系統(tǒng)已經(jīng)投入使用并運行良好。

　　2.2　教師辦公室局域網(wǎng)
　　我們將塑料光纖應用于上海交通大學光通信國家重點實驗室的教師辦公室中，圖6為該局域網(wǎng)的網(wǎng)絡拓撲圖。本設計方案采用易于維護和管理的星型網(wǎng)絡結構，采用千兆路由交換機作為整個局域網(wǎng)的中心交換機，負責局域網(wǎng)與主干網(wǎng)之間數(shù)據(jù)的存儲轉發(fā)。每一個辦公室放置一臺塑料光纖交換機來分配所需的帶寬，高速數(shù)據(jù)經(jīng)過塑料光纖傳輸后，為了與現(xiàn)有終端設備兼容，先通過USB塑料光纖收發(fā)器進行光—電轉換，最終將數(shù)據(jù)送入用戶的終端設備。此外，若是先在用戶終端設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)過一段時間的實際使用，局域網(wǎng)運行良好，完全可以滿足辦公室的日常需求。

　　3·結束語
　　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上，我們將塑料光纖應用于3TNet試驗網(wǎng)最后一段以及上海交通大學教師辦公室的局域網(wǎng)中，運行穩(wěn)定。當然，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，設法提高其環(huán)境性能，完善制作工藝，研究相關設備，制定和完善行業(yè)標準。在未來，塑料光纖的性能會日臻完善，應用領域也會越來越廣闊。
　　[參考文獻]
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