UTP銅纜及多模光纖發(fā)展史與展望
訊石光通訊網
2005/11/2 9:48:50
在過去10年里，線纜行業(yè)在通信技術的發(fā)展中扮演了關鍵的角色。高端應用、互聯(lián)網以及電子郵件等，推動網絡帶寬的需求越來越大，從而使傳輸架構布線成為技術進步最重要的組成部分。
無論是產品的發(fā)展，還是布線系統(tǒng)的處理能力，都是向更高的傳輸標準看齊，從而出現(xiàn)更高級的UTP銅纜和光纖布線，其具有更高的性能和含有更新的技術。HitachiCableManchester公司的工程服務經理ValRybinski說：“盡管無法令人相信，但是我們確實已經深深處在一個日新月異、快速發(fā)展，樂于接受新事物的社會當中，創(chuàng)造性的思維孕育出了產業(yè)巨頭，以及大規(guī)模的協(xié)作?！?
回顧
10年前，結構化布線引發(fā)了標準的更新?lián)Q代。Rybinski說：“那是一個偉大轉折點——第一次提出布線結構化，每一個站點的接口都完全相同。全世界的布線結構和接口都是一樣的，這讓我很吃驚，因為除此之外，再沒有如此標準化的終端用戶能享用的業(yè)務。”
1993年，5類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)和樓宇主干網布線中得到廣泛應用。Leviton公司語音和數(shù)據(jù)分部的企業(yè)產品市場經理BillSlater說：“那時，線纜和連接產品制造商開始結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品孰優(yōu)孰劣?！?
在極短時間內，先進的布線技術滿足了人們對網絡容量和速度的需求。業(yè)界的領導者們一致認為，銅纜和光纖解決方案即便在將來仍將有極大的市場。
主干網行業(yè)標準是光纖分布式數(shù)據(jù)接口（FDDI）——工作波長850納米，LED光源，62.5/125微米多模光纖，被認為最有能力為樓宇網絡提供無限帶寬，而日本和中歐當時的標準采用的是50微米。TycoElectronics/AMPNetconnect公司的業(yè)務開發(fā)主管TonyBeam說：“美國是從應用角度來選擇光纖，而日本等國家，往往是為了獲得更高的性能和技術而選擇光纖。IBM在一些應用中采用了62.5微米光纖，隨之這種光纖成為FDDI的主流，從而為布線標準化提供了基礎。”
62.5微米光纖安裝更容易，連接效率更高。CorningCableSystems公司的網絡技術及標準經理DougColeman說：“當多模光纖進入樓宇布線市場，我們要為用戶提供出更容易安裝的光纖——那些沒有豐富的光纖安裝經驗的人往往會選擇這樣的光纖。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：“由于各家公司內部原先孤立的PC連接到中央服務器和傳輸架構，所以對數(shù)據(jù)傳輸速率的要求也就更高了?！钡搅?0年代末期，發(fā)展趨勢明顯表明，要支持下一代高速率應用，布線系統(tǒng)必須要運行吉比特以太網（GbE）。
5e類
在制定適用于UTP銅纜布線的GbE時，電氣和電子工程師協(xié)會（IEEE）力爭在應用最多的5類銅纜上能運行GbE。GeneralCable公司的應用工程師AsefBaddar解釋說：“因為GigE采用雙向，4線對傳輸，線對間的噪聲就增大了，從而帶來交叉串擾?！痹阢~纜布線上以100MHz頻率運行GbE，為我們帶來了5e類標準，該標準增加了新指標，如近端交叉串擾功率和（PSNEXT）、回損（Return Loss），以及電纜和連接器件的同級遠端交叉串擾功率和（PSELFEXT）。
5類系統(tǒng)只要安裝質量高，一般都能滿足后來制定的5e類標準。Baddar說，不滿足5e標準的系統(tǒng)80％是由于安裝質量差造成的。他說：“如果一個5類安裝執(zhí)行得很差，電纜被拉得過緊，線對在端接時松開的太多，那么它極可能達不到5e標準的要求?！?
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公司的全球運營副總裁JohnSiemon解釋說：“模擬電話系統(tǒng)，或者POTS，最初使用插頭的中間兩個導電片，因為這樣會增加交叉串擾，所以今天的高性能連接器和接插線都摒棄了這種設計，但是為此耗去了大量研制和開發(fā)經費，才獲得今天這樣的性能?！?
6類
在TIA/EIA頒布5e類標準的時候，6類標準的制定工作也在進行當中，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類標準規(guī)定了正衰減交叉串擾比（ACR）高達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了新的難題。
當UTP銅纜傳輸信號的頻率越高，每個傳輸信號的線對對周圍線對的影響就越大。要達到苛刻的6類標準，需要有新的工藝和設計。Baddar說：“制造6類線纜的工藝設備使線纜的性能一致性更好，線對扭絞得更緊，這樣可以更好地消除噪聲。”線纜制造商們增大了電纜中銅線芯的直徑，以獲得更好的信號功率，還增加了一個隔離器件，以達到標準規(guī)定的NEXT值。Baddar解釋說：“隔離器件是一種線對隔離軸，常被稱作齒條。”齒條可以是交叉編制物、帶子或者填塞物，用來把4個線對彼此分隔開，以便進一步減少交叉串擾。
重新設計連接器件以滿足6類要求，被證明更加困難，因為降低交叉串擾，需要重新設計和相關技術。Rybinski解釋說：“插頭能帶來交叉串擾，因此所有接有一個8腳插頭的器件都必須補償這種不平衡，消除產生的交叉串擾。在100MHz，器件對噪聲的抑制能力較強，不需要精確地抵消交叉串擾，但到200MHz，我們就需要更精細的補償?！?
既然工具更新和連接器重新設計既困難，費用又高昂，制造商們于是開始嘗試靠加大對現(xiàn)有5e類設計的補償來獲得6類性能。JohnSiemon認為，因為補償效果隨頻率不同而不同，在6類標準的高頻段，補償作用已經達到了極限。他說：“使用相位偏移在100MHz可以消除交叉串擾，但在更高頻段，它會使性能下降。補償越多，在寬頻帶上都獲得高性能的難度就越大?！?
HubbellPremiseWiring公司的技術主管Mike O'Connor認為，即便是6類的向后兼容和共同操作能力也是難以實現(xiàn)的。他說：“對性能的要求更加嚴格，比如，5e類連接器的NEXT值在100MHz是43dB，而6類連接器的NEXT值在同一頻段是54dB，二者的差距是相當大的。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。第三方測試是確保真正獲得6類性能的關鍵。”
除了6類比5e類規(guī)定了更高的衰減交叉串擾比以外，向后兼容和共同操作能力也給連接器件制造商出了難題。
許多人認為UTP銅纜布線系統(tǒng)達到6類標準是最了不起的進步。JohnSiemon說：“這些產品在長期發(fā)展過程中曾達到過多種不同類別的性能，但達到6類要求的性能，同時能向后兼容和可共同操作，的確是非常杰出，它是來自不同制造商的眾多工程師長期相互合作的結果?！?
光纖
在GbE之前，主干網和豎直布線，有時還包括到桌面，都普遍采用62.5微米光纖。但是當主干網的速度提高到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的發(fā)光二極管（LED）信號激勵技術不再適用于當前的布線系統(tǒng)。Coleman解釋說：“LED每秒開關的次數(shù)有限，最快只有大約622Mbit/sec，這使我們轉向激光技術。”已經開發(fā)出并在數(shù)據(jù)中心得到應用的垂直腔表面發(fā)射激光器（VCSELS）成為GbE的傳輸光源。
盡管在1300納米波長使用VCSELS時，62.5和50微米光纖具有相似的性能，VCSELS的開發(fā)和使用卻是850納米操作窗口。Beam說：“選擇850納米還是1300納米的關鍵是哪種波長更適合于高速數(shù)據(jù)。850納米波長之所以更適合于VCSELS，是因為它更簡單，更可靠，性價比也更高?！?
在多模光纖上進行激光數(shù)據(jù)傳輸，會產生一種效應，叫做差分模式延遲（DMD），它發(fā)生在當一束激光射入光纖芯的中心時，這束激光分散成幾種光模式。GeneralCable公司的技術主管MauricioSilva解釋說：“由于DMD效應，不同光模式到接收端的時間不相同，從而造成信號失真，降低傳輸容量。光纖芯越細產生的光模式越少，從而失真越小。”因為50微米光纖的芯更細，所以它比芯粗一些的62.5微米光纖，能傳輸更長距離。
用于園區(qū)主干網傳輸架構的多模光纖需要能支持500米的傳輸距離。對于GbE來說，62.5微米光纖信道長度最多只能有220米，所以TIA/EIA-568-B.3把50微米光纖選進結構化布線和連接器件標準。Beam說：“盡管62.5微米光纖接到VCSELS也能運行GigE，如較小的樓宇網絡主干和長度較短的園區(qū)線路。但是對于距離超過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停步于1Gig，業(yè)界也需要選擇50微米光纖?！盉eam認為，這是一個令人痛苦的轉換，他說，“基于我們當時掌握的所有跡象，以及當時最出色的前瞻者的預言，我們推廣、銷售和安裝62.5微米光纖，從沒有想到會替換它們?！?
為了避免在一些多模光纖中出現(xiàn)缺陷，制造商們開發(fā)出偏移發(fā)射接插線，即偏離線芯中心幾個微米發(fā)射激光。偏移發(fā)射接插線在IEEE802.3z標準中被列為使用1300納米波長時必選。Silva解釋說：“偏離線芯中心20微米發(fā)射激光，讓激光在中心軸線周圍傳播，減少散射?！?
CorningCableSystems公司的阻燃線纜產品線經理MartynEaston認為，由于光纖連接器件性能和連接技術的發(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變成為可能。Easton說：“許多公司都在日以繼夜地工作，開發(fā)帶有推拉功能的連接器，以便使現(xiàn)場端接更容易，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距離，所以連接對光纖布線系統(tǒng)性能的影響程度還沒有它對銅纜布線的大?！?
ST連接器（直端）具有推拉匹配設計，在出現(xiàn)SC之前一直被認為是標準連接器。SC后來同ST一起被TIA/EIA-568-B標準列為結構化布線推薦連接器。Beam說：“SC用了很長時間才占領市場，然而ST仍擁有一定的用戶，所以ST現(xiàn)在仍沒有完全退出。”
在最初，光纖連接器的競爭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，“一體化封裝設計，兩根光纖埋入在一個導槽里。這使每個交換器的端口更多，而端口成本更低?！盓aston這樣解釋說。
展望
最近，IEEE成立了一個10GBase-T研究組，來研究在UTP銅纜上發(fā)送10GbE，許多人都在焦急的等待研究結果出來。Baddar說：“多數(shù)人相信，在銅纜上運行10Gig，必須選擇6類。作為制造商，我們正在竭力向IEEE證明，6類是最好的選擇，因為盡管今天6類系統(tǒng)只占安裝總數(shù)的20％，但到2005年，它的比例將會增長到70％和80％?！?
6類信道的顯著性能特征是250MHz工作頻段，隨著數(shù)據(jù)傳輸速率越來越高，將來勢必需要UTP銅纜布線的工作頻率更高。JohnSiemon說：“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展到每秒1Gig的關鍵。”
O'Connor認為，業(yè)界將繼續(xù)努力改進產品，但是在銅纜上運行10GbE將是一道難以逾越的障礙。但不管怎樣，他說，“6類布線架構能工作在250MHz，肯定比只能工作在100MHz的系統(tǒng)，如5e類，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主干網的來臨，50微米光纖的需求將會增加。Beam說：“我的確不相信62.5光纖會出現(xiàn)在10Gig領域，以這樣高的速度，它的傳輸距離只有60米，沒有什么實用價值。”
激光優(yōu)化50微米光纖，通過修改折射輪廓指標，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300米。Easton解釋說：“為了制造出激光優(yōu)化50微米光纖，我們已經為它升級了激勵源。”他說，目前沒有合適的傳輸設備能運行10GbE，但是由于50微米光纖的帶寬可調節(jié)，因此它最終將作為傳輸介質解決方案，既能夠滿足以前應用的要求，也能支持將來應用的需要。
盡管62.5微米光纖適用于許多當前的應用，隨著10GbE主干網的來臨，50微米光纖的需求仍將可能增加，這是由于它的長距離傳輸性能更佳。
隨著對帶寬需求的增加，40和100GbE到來的時間可能比我們想象得還要快，有些人懷疑多模光纖到時能否支持這么高的傳輸速率，Silva說：“如果我們真會到了那么一天，即傳輸速率增加到40或100Gig，我們可能會發(fā)現(xiàn)主干網中的光纖由多模更換成單模。如果激光技術發(fā)展到成熟實用階段，沿路鋪設光纖成為可能，單?？赡芫蜁耆娲裉於嗄５奈恢??！?
現(xiàn)有的幾種光纖連接器使許多人認識到標準接口的必要性，業(yè)界目前正在朝著這個方向努力。Leviton公司的光纖產品經理HarleyLang說：“有幾個因素在決定使用什么類型的連接器的過程中起重要作用，包括標準編寫者的個人因素。當然，我相信，市場將是最終的決定因素?！?
小結
主干網中UTP銅纜和光纖布線共存，光纖占主導。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兒不夠了。Beam認為：“在銅纜和光纖之間肯定還會出現(xiàn)一次戰(zhàn)斗，但是這次戰(zhàn)斗的激烈程度經過過去的10年，已經大大降低。10年前，有人錯誤地以為FDDI會是銅纜的終結者，接下來，我們又認為吉比特以太網將徹底取代銅纜?！?
Beam認為，區(qū)域布線，光纖進入水平布線，短距離銅纜接到桌面，這種結構將使UTP銅纜和光纖布線共存。他說：“許多公司都投入巨資購買了PC機和筆記本電腦，它們都和銅纜接口兼容，而光纖到區(qū)域的構想讓這些銅纜接口得以繼續(xù)存在下去?！?
JohnSiemon說：“銅纜傳輸架構既能支持30年前就有的應用，包括象模擬電話業(yè)務，也能支持那些現(xiàn)在還沒有投入商用的業(yè)務。然而盡管銅纜系統(tǒng)看起來跟上了網絡技術的發(fā)展步伐，但光纖將來必將進一步深入到水平布線中去?！?
“所以，銅纜和光纖布線應選哪一種？”，JohnSiemon說，“不是選哪一種，而是兩個都要，一個都不能少?！?BR>
摘自：計世網
新聞來源：本站原創(chuàng)