FTTH中塑料光纤的应用论文

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[摘要]通信技术的飞速发展，Internet、可视电话、远程教育、高清晰度电视以及交互式有线电视等对通信业务的发展提出更高的要求，进一步要求实现网络高速化、宽带化，解决网络瓶颈问题。另外，核心网大容量高速传输网技术（IPOverSDH、IPOverWDM）发展迅猛，技术日渐成熟，其传输速率和容量每年都在成倍增长，这无疑对最后一公里接入技术和方案也提出更高的要求。塑料光纤塑料光纤凭借其塑料光纤在高速短距离通信传输中成本也对称电缆相当，在100米范围内传输带宽可达数GHz，且易连接，可挠性好、易于弯曲等优势呼之欲出。

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2003年的统计数据显示，中国电信业的业务收入呈现增长速度下滑趋势，业务收入增幅继续下滑到13.9%，但数据通信收入在全部电信业务收入中的比例连年上升，2003年的数据通信收入达到232.2亿元，占全部电信业务收入的5个百分点，同比增长高达46.1%。报告据此分析，中国电信业的业务发展，形成了以数据通信为新兴增长业务的结构特点。而数据通信收入在全部电信业务收入中的比例连年上升，主要得益于宽带用户的雪崩式增长。数据通信的高速增长和网络的发展需要传输介质具有高的数据通信能力。中国工程院院士赵梓森告诉《通信产业报》，目前被称为宽带的ADSL、局域网以及有线、电视电缆上网并不是最终的接入方式，如果要在网上看数字电视或者参加远程教育，这三种方式都满足不了需求，只有光纤到户才FTTH能解决问题。即FTTH能够满足现在和未来各种带宽的需求，被业内视为宽带接入的终极目标。

在FTTH的应用方面，很多国家已经取得重大进展。2003年，美国的FTTH敷设量增长了200%以上。截止到2004年2月，美国共有96个地区约18万个家庭将FTTH用光纤铺设到家。在2004年底使用FTTH服务用户数将达到100万，在2005年底前用户数升至300万。FTTH在日本的应用也取得了一定的成绩。2003年底，日本FTTH用户数已达100万，预计2004年底将达到340万，2005年底发展至580万。韩国在FTTH方面也并不落后。尽管韩国通信（KTCorp.）到2003年11月才开始进行实地试验，但KT首席执行官兼总裁LeeYong-Kyung在“OFC2004”上演讲中表示，“韩国通信正在为2006年内开通FTTH商用服务进行准备，计划在2010年使FTTH的家庭普及率超过70%。中国武汉光谷FTTH试点是国内目前最大规模的FTTH工程。它标志着中国的FTTH建设进入实质阶段。武汉FTTH工程的开通拉开了国内FTTH建设的序幕，FTTH的建设热潮开始逐渐形成，国内各大运营商都开始计划进行FTTH的试点工程的建设，随着时间的进展，运营商将会进行选型工作，进行小批量的建设。随着设备价格的逐步下降，建设量将会逐步加大，预计在2-3内成为主要的接入手段。HDTV和点播电视将等高带宽业务的逐步发展，将会加快FTTH的建设步伐，而FTTH这种能够提供高带宽的接入方式反过来亦会为以上业务的开展提供高品质的服务支持，这是其他接入方式所无法比拟的。

但是，由于ADSL技术成熟、设备价格低，以及运营商已经建设了大规模的铜线网络并仍会进行大规模建设等原因，可以预见到在未来几年内，ADSL仍将是份额最大的宽带接入技术。另一方面，对于商业大客户和一些高端客户，由于ADSL速率低、出线率不高、距离短等固有缺陷，不能很好地满足用户要求，尤其是无法满足交互式业务（如互动游戏、视频点播、远程教育，电子医疗等）需求，而这些用户又是运营商ARPU值最高的客户，发掘和巩固这些大客户直接关系到运营商经营任务的完成。在这种情况下，FTTH结合了光纤等的技术优势，在大客户接入方面有着不言而喻的优势。

数据通信的高速增长和网络的发展需要传输介质具有高的数据通信能力。CCITT已将BISDN的用户网络接口速率规定为155Mbit/s和622Mbit/s。VESA开展家庭网络标准化作业,分析表明入户网络必须具备100Mbit/s以上的数据传送速率。.若采用双绞铜线或同轴电缆,由于带宽的限制，传送距离短，电缆重(70g/m)，价格高；更重要的是噪声很大,在100Mbit/s以上的传送速率下,电磁辐射噪声远超过FCC的规定值。石英光纤具有带宽宽,衰减低等特点，是长距离通信干线的理想的传输介质，但在光纤入户时却遇到巨大困难。其芯径细(8~6.25um),在光纤耦合,互接中需要高精密度对准，几微米的连接偏差就会引起很大的耦合损耗,连接器件成本和安装费用大大增加了系统的造价。而聚合物光纤(又名塑料光纤)由于其较粗的芯径(0.3-3mm)和良好的柔韧性，所以连接方便，耦合效率高，更适合各种布线情况，从而解决了上述石英光纤遇到的困难。同时具有高带宽、耐震动、抗辐射、价格便宜、施工方便的优点，成为未来光纤入户工程中的首选材料之一。塑料光纤（POF）与石英光纤相比，具有以下优点：1、模量低，芯径大（0.3-1.0mm），接续时可使用简单的POF连接器，即使是光纤接续中心对准产生30μm的偏差也不会影响耦合损耗；2、数值孔径大（NA0.5左右），受光角θA可达60°，而石英光纤只有16°，可用便宜的LED，并且耦合效率高；3、挠曲性好，易于加工和使用；4、在可见光区有低损耗窗口；5、重量轻；6、成本及加工费用低。7、POF对电磁干扰不敏感，也不发生辐射，不同数据速率下的衰减恒定，误码率可预测，能在电噪声环境中使用；8、其尺寸较长，可降低接头设计中公差控制的要求，故成网成本较低等。

塑料光纤作为短距离通信网络的理想传输介质，一旦发展到了FTTH（光纤到家庭），塑料光纤凭借其塑料光纤在高速短距离通信传输中成本也对称电缆相当，在100米范围内传输带宽可达数GHz，且易连接，可挠性好、易于弯曲等优势，在全光网络中的用户接入方面的将具有广泛的前景。通过塑料光纤，我们可实现智能家电（家用PC、HDTV、电话、数字成象设备、家庭安全设备、空调、冰箱、音响系统、厨用电器等）的联网，达到家庭自动化和远程控制管理，提高生活质量；通过塑料光纤，我们可实现办公设备的联网，如计算机联网可以实现计算机并行处理，办公设备间数据的高速传输可大大提高工作效率，实现远程办公等。塑料光纤局域网硬件主要包括服务器、用户计算机、塑料光纤光网卡、塑料光纤交换机、POF-RJ45光纤收发器（可选）和塑料光纤光缆。在本方案中，选用2台DELLPowerEdgetm650作为服务器。并在服务器上插上千兆塑料光纤网卡，与中心交换机的千兆口相连，使服务器的传输速度达到千兆。计算机塑料光纤网卡具有以太网塑料光纤接口的PCI网卡，采用标准SC接口，支持即插即用、全双工1000Mbps传输速率，符合IEEE802.31000Base-FX标准。考虑到要求联网的机算计数量，我们选用的交换机带12个以太网塑料光纤下行接口，符合IEEE802.31000base-FX标准，支持1000Mbps的传输速率，可在工作组之间或不同网络之间提供高带宽、高性能的光纤连接，让用户能快速存取整个网络资源，解决计算机与工作组交换机之间的网络带宽瓶颈。塑料光纤光缆采用日本旭硝子生产的LUCINA塑料光纤光缆。其光纤直径为0.5mm，数值孔径（NA）约为0.185，衰减小于50dB/km，应用波长为850nm，带宽可达200Mhz·km。网络的物理拓扑结构如上图所示。

对于一个大型光纤城域网来说，用户接入部分为网络结构的末梢，直接面向最终用户，这一部分也正是宽带网络的瓶颈所在。目前石英光纤已经成功的铺设到路边或大楼，因此，我们可以采用塑料光纤局域网方便的接入。本方案采用千兆路由交换机作塑料光纤局域网系统的中心交换机（1个1310nmSX上行口，12个850nmSX下行口，还可扩展其它模块）以千兆交换的速度构建局域网的主干，为整个网络的应用提供了较充裕的带宽。大楼每一层及每个部门放置一台千兆塑料光纤交换机，这样就能与高速千兆主干很好的匹配。选用旭硝子全氟化GI型塑料光纤作为传输介质，最终计算机用户采用千兆（百兆可选）塑料光纤网卡接入，从而实现光纤到用户（FTTH）。由于整个用户接入系统采用塑料光纤作为传输介质，所以系统成本低于石英光纤用户接入系统，相对于其他接入系统来说，塑料光纤用户接入系统有较高的性价比，随着塑料光纤光器件的普及和推广，相信，此系统会有更高的性价比。由于网络采用以太网，故采用易于维护管理的星型网，星型网络采用一个交换机负责数据的转发存储，这种网络重新配置方便灵活，故障检测也比较容易，是以太网普遍采用的物理拓扑结构。

由于塑料光纤既具有石英光纤的带宽大、抗电磁干扰和易成缆的特点，又具有成本低和易于铺设的优点，将成为短距离通信网络尤其是FTTH中的主要传输媒质。