我國(guó)塑料光纖應用的新進(jìn)展——基于塑料光纖的FTTH解決方案

1.引言

FTTH憑著(zhe)接入帶寬寬、可靠性高等優勢是公認的接入網發(fā)展的長(cháng)遠目标和最終解決方案。近年來，我國(guó)光纖接入市場正進(jìn)入一個前所未有的高速增長(cháng)期，全國(guó)各地的FTTH商用工程更是如雨後(hòu)春筍般湧現，部署規模和部署速度與往年相比有很大的飛躍。烽火科技集團總工程師毛謙在“2008年FTTH發(fā)展戰略咨詢會”上透露，江蘇等省份將(jiāng)全面(miàn)停止ADSL鋪設，全面(miàn)實行光纖到戶。武漢市政府已下發(fā)文件，确定2007年實現光纖到戶5萬戶，2008年達10萬戶，2010年達50萬戶。廣東、安徽、北京等地的光纖到戶發(fā)展速度也異常迅猛。上海市定于2012年全部實現FTTH。FTTH這(zhè)種(zhǒng)光纖接入方式需要的光纖約爲城域網的5-10倍，爲光纜幹線的25-50倍。但在FTTH建設中，石英光纖存在著(zhe)連接難度大、生産成(chéng)本高、系統安裝及維護費用高等問題，大大提高了FTTH的建設成(chéng)本，增加了用戶的負擔，阻礙了FTTH的進(jìn)一步推廣。爲了解決這(zhè)個問題，業界一直沒(méi)有停止過(guò)對(duì)其它材料光纖的研發(fā)，其中對(duì)塑料光纖（POF）的研發(fā)是目前業界最熱門的研究領域之一。POF以其芯徑大、柔韌性好(hǎo)、可塑性強、質量輕、價格低廉等優點而受到國(guó)際上的普遍關注。因此利用通信用POF配合石英光纖，在FTTH的末端（家庭綜合布線）將(jiāng)發(fā)揮很大效用，可以解決“最後(hòu)幾百米”的接入難題。通信用POF具有芯徑粗、易耦合、不用熔接或者焊接、重量輕、柔性好(hǎo)可彎曲、防腐蝕、防潮濕、防震防爆，無電磁幹擾和輻射、保密性、安全性及抗幹擾能(néng)力強以及衰減爲恒量，不随傳輸狀态變化等特點，因此，通信用POF是銅纜的有力競争者乃至替代品。顯然，通信用POF的應用將(jiāng)可推進(jìn)我國(guó)FTTH加速發(fā)展的步伐。

2009年我國(guó)FTTH將(jiāng)進(jìn)入超常規發(fā)展階段，至2010年預計我國(guó)FTTH用戶可達到5000萬戶，如每戶家庭布線平均用100米通信用POF，每米1元計就是50億元的市場規模，如再加上配套用有源、無源器件、模塊、系統設備將(jiāng)可達到100億元的市場規模。可見塑料光纖布線的應用前景十分看好(hǎo)。

2. 塑料光纖布線系統解決方案

光纖到戶接入技術作爲未來的寬帶接入解決方案，在日本和美國(guó)已得到廣泛應用，在我國(guó)也得到了越來越多的關注。在與用戶溝通和提供解決方案的過(guò)程中，發(fā)現阻礙我國(guó)FTTH發(fā)展的最大障礙是投資成(chéng)本過(guò)高。我們認爲，正确選擇适合我國(guó)國(guó)情的FTTH接入技術，開(kāi)發(fā)低成(chéng)本FTTH接入系統是發(fā)展FTTH的關鍵。

采用塑料光纖的綜合布線系統可作爲智能(néng)大廈、計算機網絡傳輸的解決方案。該布線系統自産生後(hòu)就得到了普遍應用，該系統把一棟建築内的或一個計算機網絡内的電腦網絡終端，通過(guò)塑料光纖互相連線，形成(chéng)一個完整的網絡。根據其各部分在建築中位置及功能(néng)的不同，可劃分爲幾個子模塊系統：

塑料光纖的綜合布線解決方案中，垂直幹線一般采用傳統的石英光纖如多模光纜。塑料光纖主要應用在連接點衆多的水平系統中，用于解決水平方向(xiàng)上從網絡交換機到各個工作區電腦的大數據量傳輸的需求。水平方向(xiàng)的數據連接，即光纖通訊工作間到桌面(miàn)的連接，由于連接數目多，采用傳統的石英光纖無論在成(chéng)本、工程，還(hái)是管理維護方面(miàn)均較難實現普遍應用。而塑料光纖的直徑大，很易于實現光纖的端接、耦合以及布放施工，對(duì)線纜最小彎曲半徑、安裝環境要求也低。所以在高檔的全光布線系統、千兆網絡系統中以及防幹擾、防信号洩漏的布線系統工程，可以比其它類型的傳輸線路更具優勢。

3.塑料光纖智能(néng)化綜合布線系統

在100Mbps信息速率下用塑料光纖傳輸距離可達60米以上，爲光纖到桌面(miàn)的局域網傳輸接入提供了新的解決方案。

塑料光纖傳輸系統包括650nm光以太網交換機、650nm光網卡、光波長(cháng)轉換器(1310nm／650nm光波長(cháng)轉換)、光波長(cháng)轉換器(1 5 5 0 n m／6 5 0 n m光波長(cháng)轉換)、光波長(cháng)轉換器(850nm／650nm光波長(cháng)轉換)、650nm光電轉換器、650nm光中繼器、650nm塑料光纖光纜和塑料光纖連接器、USB接口等十個産品。

650nm光以太網交換機是組成(chéng)網絡系統的核心設備，是一個具有簡化、低價、高性能(néng)和高端口密集特點的交換産品。交換機的組成(chéng)包括：兩(liǎng)塊以交換芯片爲核心的主控闆，它們通過(guò)介質獨立接口之間的相互連接，并聯起(qǐ)來應用，構成(chéng)一個24路的交換系統。交換機可以提供多種(zhǒng)網絡互聯功能(néng)。交換機能(néng)爲每個工作點提供更大的帶寬，協議的透明性使得交換機在軟件配置簡單的情況下直接安裝在多協議網絡中。交換機直接使用650nm塑料光纖、與之配套使用的光中繼器、光電轉換器、光轉換器和光網卡，而不必作高層的硬件升級。

光波長(cháng)轉換器的組成(chéng)包括：介質轉換芯片、光纖收發(fā)模塊、供電模塊、晶振電路等。 介質轉換芯片是一個低功耗、高性能(néng)的CMOS芯片。它具有符合IEEE802．3u标準的全部物理層功能(néng)，主要包括物理編碼子層(PCS)，适用于光纖模闆的PECL兼容接口，能(néng)夠自動選擇全雙工／半雙工工作模式等，實現不同波長(cháng)光信号到650rim光信号的轉換，既可以提供與雙絞線(五類線)線纜在100Base-TX快速以太網的直接接口，也可以通過(guò)PECL接口連接外部的光纖收發(fā)器。該光波長(cháng)轉換器以兩(liǎng)片交換芯片爲核心組成(chéng)的光波長(cháng)轉換系統。它們分别通過(guò)V25806石英光纖接口電路和光纖接口電路，連接到850nm、1310nm、1550nm石英光纖和650nm塑料光纖。

650nm光中繼器由兩(liǎng)端光收發(fā)模快、DC／DC變換器和AC／DC變換器以及電源指示發(fā)光二極管組成(chéng)。光中繼器的核心部件是兩(liǎng)個光收發(fā)模塊，它將(jiāng)光信号的收發(fā)電路集成(chéng)一體，其中包括了光／電轉換電路、電信号整形電路、電／光轉換電路，它能(néng)可靠的將(jiāng)-22dBm-0dBm範圍的光信号變換爲标準的PECL電平的電信号，同時將(jiāng)其變換爲-7dBm- -3dBm的光信号。

光電轉換器的組成(chéng)包括：介質轉換芯片、光纖收發(fā)模塊、供電模塊、晶振電路等。 介質轉換芯片是一個低功耗、高性能(néng)的CMOS芯片，它具有符合IEEE802．3u标準的全部物理層功能(néng)，主要包括物理編碼子層(PCS)，适用于光纖模塊的PECL兼容接口，能(néng)夠自動選擇全雙工／半雙工工作模式等，實現不同波長(cháng)光信号到650hm光信号的轉換。既可以提供與雙絞線(五類線)線纜在100Base-TX快速以太網的直接接口，也可以通過(guò)PECL接口連接外部的光纖收發(fā)器。該光電轉換器是以兩(liǎng)片介質轉換芯片爲核心組成(chéng)的光電轉換系統。它們分别通過(guò)ST8861 6五類線的TP電接口電路和光纖接口電路，連接到普通五類線電纜和650nm塑料光纖。

光網卡的組成(chéng)包括：主控芯片是以太網介質接入控制器芯片、+3．3V電壓變換模塊、晶振電路等。． 網卡是32位PCI總線插槽中、用于收發(fā)不同的信幀，以實現數據通迅的集成(chéng)電路卡。以太網介質接入控制器芯片是一個低功耗、高性能(néng)的CMOS芯片，它具有符合IEEE802．3u标準的全部物理層功能(néng)，主要包括收發(fā)DMA邏輯控制電路、分别爲2K字節的收發(fā)先入先出存儲區、介質接入控制模塊等核心單元。

塑料光纖光纜采用塑料光纖纖芯直徑980um、包層厚度10um、聚乙烯護套，護套壁厚0.6mm、塑料光纜外徑2.2mm.塑料光纖連接器可根據不同型号的光模塊設計相對(duì)應。

3．1系統性能(néng)指标

100Mbps全雙工傳輸速度；

一台光交換機可分别實現8、1 6、24端口光交換；

實現650nm與850nm、1310nm、1550nm等波長(cháng)的轉換；

實現以太網端口與650nm光端口之間的轉換；

光網卡使用方便，在計算機操作上與普通網卡無異；

650nm光發(fā)送功率：不小于-8dBm

650nm光接收靈敏度：優于-22dBm

傳輸距離：大于60 m(無中繼)

3．2 光以太網交換機性能(néng)指标

光中心波長(cháng)：650nm±4％

光發(fā)射功率：≥一8dBm

光接收靈敏度：≤一22dBm

光口信息速率：100Mbps

内部交換速率：2.0Gbps

供電及功耗：輸入交流180-260V，功耗小于30W

3．3 光波長(cháng)轉換器技術性能(néng)指标

光接口的指标應能(néng)滿足以下要求：

平均發(fā)送光功率：≥-4dBm(光波長(cháng)爲1550nm)

≥-16dBm(光波長(cháng)爲1310nm)

≥-11dBm(光波長(cháng)爲850nm)

≥-8dBm(光波長(cháng)爲650nm)

光接收靈敏度：≤-33dBm(光波長(cháng)爲．1550nm)

≤-33dBm(光波長(cháng)爲1310nm)

≤-17dBm(光波長(cháng)爲850mm)

≤-22dBm(光波長(cháng)爲650nm)

中心波長(cháng)：1430nm～1576nm(光波長(cháng)爲1550nm)

1290nm∽1330nm(光波長(cháng)爲1310nm)

770nm∽860nm(光波長(cháng)爲850nm)

光譜寬：≤2．5nm(光波長(cháng)爲1550nm)

≤4nm(光波長(cháng)爲1310nm)

≤1nm(光波長(cháng)爲850nm)

波長(cháng)隔離度：≥20dB(波長(cháng)1 550nm／650nm)

≥20dB(波長(cháng)1310nm／650nm)

≥20dB(波長(cháng)850rim／650nm)

3．4 光中繼器性能(néng)指标

光口發(fā)射光中心波長(cháng)：650nm±4％

光口發(fā)射光功率：≥-9dBm

光口接收靈敏度：≤-22dBm.

信息傳輸速率：全雙工100Mbps.

供電及功耗：輸入交流100-260V,功耗<2W.

3．5 光電轉換器技術性能(néng)指标

光口發(fā)射光中心波長(cháng)：650nm±4％

光口發(fā)射光功率：≥-9dBm-

光口接收靈敏度：≤-22dBm

信息傳輸速率：全雙工100Mbps

供電及功耗：輸入交流100-260V，功耗小于3W

3．6 光網卡技術性能(néng)指标如下：

光中心波長(cháng)：650nm±4％

發(fā)射光功率：≥一8dBm

光接收靈敏度：≤-22dBm

信息傳輸速率：全雙工1 00Mbps

PCI接口時鍾：25M-33M ，

3．7 650nm塑料光纖技術性能(néng)指标如下：

纖芯直徑：980μm±50μm

包層直徑：1000μm±50μm

包層不圓度：≤6％

衰減：≤200dB/km

總帶寬：≥600Mb／s

拉伸屈服強度：≥56MPa

拉伸屈服伸長(cháng)率：≥4％

工作波長(cháng)：650nm

3．8 650nm塑料光纖光纜技術性能(néng)指标如下：

雙芯護套外徑：4.4mm±0．1mm

光纖光纜工作溫度： -50℃∽70℃

工作波長(cháng)：650nm

衰減：≤200dB/km

擠壓殘餘附加損耗：≤0．2dB

沖擊殘餘附加損耗：≤0．2dB

卷繞殘餘附加損耗：≤0．2dB

扭曲殘餘附加損耗：≤0．2dB

塑料光纖傳輸系統采用聚合物光纖作爲傳輸介質，具有頻帶寬、保密性能(néng)好(hǎo)、抗幹擾能(néng)力強的優點。

a)帶寬高、傳輸質量好(hǎo)。該系統可達到100Mbps的傳輸速率，可以通過(guò)光波長(cháng)轉換器，將(jiāng)寬帶遠距離傳輸的石英光纖與寬帶短距離傳輸的塑料光纖相連接，組成(chéng)全光網，使信息傳輸的速率、質量均優于目前的光電混合網。

b)保密性、抗幹擾性好(hǎo)。采用光纖通信，可以克服銅線銅纜所存在的電磁輻射、電磁幹擾、防雷擊等問題，因此更加适合于國(guó)防和國(guó)家安全網絡、軍事(shì)通信網絡通信等領域。

c)維護方便。塑料光纖因其重量輕、韌性好(hǎo)、接口容易、光源便宜等特點，加上650nm波長(cháng)爲可見光，便于施工布設和日常維護。

d)成(chéng)本低。目前，信息傳輸網絡基本采用金屬銅爲導體的五類線或超五類線作爲信息傳輸介質，銅是一種(zhǒng)有限的礦業資源，國(guó)際上的銅價總的處于上升趨勢。達标五類線或超五類線目前市場上的最低價格也在2元／米左右。塑料光纖主要原材料采用的是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的普通化工産品。終端設備采用國(guó)内外成(chéng)熟的電子元器件，質量可靠、價格低廉。650nm塑料光纖傳輸系統不僅解決了信息傳輸領域帶寬、保密、抗幹擾等諸多問題，而且還(hái)可以爲國(guó)家節約大量的有色金屬銅，爲政府和企業減少大量的費用。

4.國(guó)産塑料光纖産業化及其網絡設備

江西大聖塑料光纖有限公司(前身爲深圳大聖光電技術有限公司)在中科院物化所及國(guó)内著名院校的協助下，于2006年底開(kāi)始小批量生産塑料光纖，2007年開(kāi)始加大生産設備的研發(fā)制造，從2007年年初的單一生産線，到2008年年底已經(jīng)完成(chéng)了第三條生産線的安裝調試工作，産能(néng)從過(guò)去日産12萬米PMMA光纖光纜，到現在的日産40萬米。全部的生産設備都(dōu)是企業自身研發(fā)的，該生産線成(chéng)功解決了高純度光纖級PMMA模塑料、高速生産線自動化控制等技術，掌握了通信級塑料光纖生産和裝備制造兩(liǎng)大核心技術，打破了外國(guó)企業對(duì)該産業的壟斷，不受國(guó)外壟斷廠家的控制，完全擁有該産業自己的全部知識産權。産業化生産，使光纖質量穩定，其衰減系數一直在180dB／km至190dB／km，帶寬穩定在100Mb／s以上，可以用來搭建全塑料光纖用戶網絡。

國(guó)外的知名網絡設備公司Firecomms已經(jīng)與江西大聖塑料光纖有限公司達成(chéng)戰略合作夥伴協議，將(jiāng)其網絡産品以生産許可的方式引入中國(guó)，并協助中方的設計、生産及測試，早日國(guó)産化，共同開(kāi)啓中國(guó)市場，以達到雙赢的目的。

網絡器件與設備國(guó)産化後(hòu)，以規模化、産業化生産，其成(chéng)本會很快降下來，預測在FTTH中望料光纖部分，每戶600至800元左右，這(zhè)就爲普及光纖到戶創造了條件，使FTTH離我們越來越近，最終將(jiāng)成(chéng)爲現實。

5.塑料光纖網絡解決方案

此方案爲塑料光纖網絡系統應用在住宅或辦公大廈内爲例，也可爲傳統光電混合結構局域網中五類雙絞線改造爲塑料光纖網絡系統作參考，其他類型的方案可依此類推。注意，本方案中，除注明爲石英光纖外，其它所有光纖皆指PMMA通信用雙纖型塑料光纖。

塑料光纖網絡解決方案示意圖





塑料光網絡系統一般由五部分組成(chéng)

5.1塑料光纖網絡布線

首先我們要定義的是：光纖是雙芯型的，每芯爲外徑2．2mm光纖芯徑lmm,使用此類光纖的好(hǎo)處是，光通訊時，接收和發(fā)射互不幹擾，最大段距離可達100m。

塑料光纖的網絡布線分爲水平部分和垂直部分。水平部分是以每層樓爲單位進(jìn)行布線。根據樓層網絡用戶的數量，确定水平網絡的根數。每根的長(cháng)度是從樓層的弱電井沿建築物表面(miàn)到達用戶點。

垂直部分的布線是從樓宇弱電控制室到每層樓層弱電室(井)，垂直光纖的數量由樓層數決定，建議多留幾根作爲故障備用。

5.2網絡接入及轉換

城域網的石英光纖可通過(guò)電信部門，從其端局末端節點接到大廈的主弱電室，將(jiāng)石英光纖中波長(cháng)1550nm、1310nm光信号作爲輸入接到一個帶有光波轉換器功能(néng)的光路由器輸入端，轉換後(hòu)的650nm波長(cháng)的光信号由光路由器輸出口輸出。

5.3主控制設備

主控制設備是由一台或多台光交換機組成(chéng)。光交換機輸出一般分8口或24口的，我們可以按樓層數量用8口或24口的交換機自由組合，保證每層有一個輸出口，最好(hǎo)多兩(liǎng)個口備用。

主控設備的輸入與光路由器輸出用雙芯塑料光纖跳線(短線)相連，主控設備的輸出口對(duì)應連接通向(xiàng)各樓層的塑料光纖。

5.4樓層接入設備

每樓層的弱電井需要安裝一個光交換機，其輸出口的數量由樓層用戶決定。住戶樓宇一般可用一個輸出爲八口的交換機。交換機的輸入端口連接來自主控設備的對(duì)應塑料光纖，輸出端口連接通往用戶的對(duì)應塑料光纖。

5.5用戶設備部分

每一根用戶塑料光纖在指定的地點與相應牆面(miàn)的光纜耦合(連接)盒相連。用戶使用一根雙芯塑料光纜跳線(一般1～5m)，一端與牆面(miàn)光纜盒連接，另一端與具有光網卡的網絡設備相連，網絡設備就可上網了。如果網絡設備上沒(méi)有光網卡，隻有普通的網卡，比如像筆記本電腦，可利用一個光纖收發(fā)器，將(jiāng)塑料光纖一端與牆面(miàn)光纜盒連接，另一端與光收發(fā)器光口相連，收發(fā)器的另一端帶有RJ 45标準以太網的網絡接頭，用戶可直接插入到自己帶有标準網絡接口的網絡設備上。

以此方案爲基礎，江西大聖塑料光纖有限公司利用自産光纖已經(jīng)組成(chéng)了全塑料光纖局域網，網絡中包括IPTV電視節目，VOIP網絡電話，小區流媒體服務器(可向(xiàng)用戶提供點播的高清電視節目)，ipcam網絡數字監控，網絡HiFi音響，internet互聯網等，網絡用戶可點播服務器上的教育節目、音樂、遊戲及高清電視節目等。網絡中所有段距離都(dōu)是100m。并于2009年4月在上海交通大學(xué)區域光纖通信網與新型光通信系統國(guó)家重點實驗室的長(cháng)三角3T帶寬全光網系統中建立了塑料光纖示範網絡系統， 2009年7月江西井岡山市實驗學(xué)校中建立了塑料光纖校園網絡系統，取得了較好(hǎo)的效果。