1.引言

FTTH憑著接入帶寬寬、可靠性高等優(yōu)勢是公認的接入網(wǎng)發(fā)展的長遠目標和最終解決方案。近年來，我國光纖接入市場正進入一個前所未有的高速增長期，全國各地的FTTH商用工程更是如雨后春筍般涌現(xiàn)，部署規(guī)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(zhàn)略咨詢會”上透露，江蘇等省份將全面停止ADSL鋪設，全面實行光纖到戶。武漢市政府已下發(fā)文件，確定2007年實現(xiàn)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(xiàn)FTTH。FTTH這種光纖接入方式需要的光纖約為城域網(wǎng)的5-10倍，為光纜干線的25-50倍。但在FTTH建設中，石英光纖存在著連接難度大、生產(chǎn)成本高、系統(tǒng)安裝及維護費用高等問題，大大提高了FTTH的建設成本，增加了用戶的負擔，阻礙了FTTH的進一步推廣。為了解決這個問題，業(yè)界一直沒有停止過對其它材料光纖的研發(fā)，其中對塑料光纖（POF）的研發(fā)是目前業(yè)界最熱門的研究領域之一。POF以其芯徑大、柔韌性好、可塑性強、質量輕、價格低廉等優(yōu)點而受到國際上的普遍關注。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）將發(fā)揮很大效用，可以解決“最后幾百米”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、柔性好可彎曲、防腐蝕、防潮濕、防震防爆，無電磁干擾和輻射、保密性、安全性及抗干擾能力強以及衰減為恒量，不隨傳輸狀態(tài)變化等特點，因此，通信用POF是銅纜的有力競爭者乃至替代品。顯然，通信用POF的應用將可推進我國FTTH加速發(fā)展的步伐。

2009年我國FTTH將進入超常規(guī)發(fā)展階段，至2010年預計我國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(guī)模，如再加上配套用有源、無源器件、模塊、系統(tǒng)設備將可達到100億元的市場規(guī)模。可見塑料光纖布線的應用前景十分看好。

2. 塑料光纖布線系統(tǒng)解決方案

光纖到戶接入技術作為未來的寬帶接入解決方案，在日本和美國已得到廣泛應用，在我國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程中，發(fā)現(xiàn)阻礙我國FTTH發(fā)展的最大障礙是投資成本過高。我們認為，正確選擇適合我國國情的FTTH接入技術，開發(fā)低成本FTTH接入系統(tǒng)是發(fā)展FTTH的關鍵。

采用塑料光纖的綜合布線系統(tǒng)可作為智能大廈、計算機網(wǎng)絡傳輸?shù)慕鉀Q方案。該布線系統(tǒng)自產(chǎn)生后就得到了普遍應用，該系統(tǒng)把一棟建筑內(nèi)的或一個計算機網(wǎng)絡內(nèi)的電腦網(wǎng)絡終端，通過塑料光纖互相連線，形成一個完整的網(wǎng)絡。根據(jù)其各部分在建筑中位置及功能的不同，可劃分為幾個子模塊系統(tǒng)：

塑料光纖的綜合布線解決方案中，垂直干線一般采用傳統(tǒng)的石英光纖如多模光纜。塑料光纖主要應用在連接點眾多的水平系統(tǒng)中，用于解決水平方向上從網(wǎng)絡交換機到各個工作區(qū)電腦的大數(shù)據(jù)量傳輸?shù)男枨?。水平方向的?shù)據(jù)連接，即光纖通訊工作間到桌面的連接，由于連接數(shù)目多，采用傳統(tǒng)的石英光纖無論在成本、工程，還是管理維護方面均較難實現(xiàn)普遍應用。而塑料光纖的直徑大，很易于實現(xiàn)光纖的端接、耦合以及布放施工，對線纜最小彎曲半徑、安裝環(huán)境要求也低。所以在高檔的全光布線系統(tǒng)、千兆網(wǎng)絡系統(tǒng)中以及防干擾、防信號泄漏的布線系統(tǒng)工程，可以比其它類型的傳輸線路更具優(yōu)勢。

3.塑料光纖智能化綜合布線系統(tǒng)

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

塑料光纖傳輸系統(tǒng)包括650nm光以太網(wǎng)交換機、650nm光網(wǎng)卡、光波長轉換器(1310nm／650nm光波長轉換)、光波長轉換器(1 5 5 0 n m／6 5 0 n m光波長轉換)、光波長轉換器(850nm／650nm光波長轉換)、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接口等十個產(chǎn)品。

650nm光以太網(wǎng)交換機是組成網(wǎng)絡系統(tǒng)的核心設備，是一個具有簡化、低價、高性能和高端口密集特點的交換產(chǎn)品。交換機的組成包括：兩塊以交換芯片為核心的主控板，它們通過介質獨立接口之間的相互連接，并聯(lián)起來應用，構成一個24路的交換系統(tǒng)。交換機可以提供多種網(wǎng)絡互聯(lián)功能。交換機能為每個工作點提供更大的帶寬，協(xié)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(xié)議網(wǎng)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(wǎng)卡，而不必作高層的硬件升級。

光波長轉換器的組成包括：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、高性能的CMOS芯片。它具有符合IEEE802．3u標準的全部物理層功能，主要包括物理編碼子層(PCS)，適用于光纖模板的PECL兼容接口，能夠自動選擇全雙工／半雙工工作模式等，實現(xiàn)不同波長光信號到650rim光信號的轉換，既可以提供與雙絞線(五類線)線纜在100Base-TX快速以太網(wǎng)的直接接口，也可以通過PECL接口連接外部的光纖收發(fā)器。該光波長轉換器以兩片交換芯片為核心組成的光波長轉換系統(tǒng)。它們分別通過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。光中繼器的核心部件是兩個光收發(fā)模塊，它將光信號的收發(fā)電路集成一體，其中包括了光／電轉換電路、電信號整形電路、電／光轉換電路，它能可靠的將-22dBm-0dBm范圍的光信號變換為標準的PECL電平的電信號，同時將其變換為-7dBm- -3dBm的光信號。

光電轉換器的組成包括：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、高性能的CMOS芯片，它具有符合IEEE802．3u標準的全部物理層功能，主要包括物理編碼子層(PCS)，適用于光纖模塊的PECL兼容接口，能夠自動選擇全雙工／半雙工工作模式等，實現(xiàn)不同波長光信號到650hm光信號的轉換。既可以提供與雙絞線(五類線)線纜在100Base-TX快速以太網(wǎng)的直接接口，也可以通過PECL接口連接外部的光纖收發(fā)器。該光電轉換器是以兩片介質轉換芯片為核心組成的光電轉換系統(tǒng)。它們分別通過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(wǎng)卡的組成包括：主控芯片是以太網(wǎng)介質接入控制器芯片、+3．3V電壓變換模塊、晶振電路等。． 網(wǎng)卡是32位PCI總線插槽中、用于收發(fā)不同的信幀，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)通迅的集成電路卡。以太網(wǎng)介質接入控制器芯片是一個低功耗、高性能的CMOS芯片，它具有符合IEEE802．3u標準的全部物理層功能，主要包括收發(fā)DMA邏輯控制電路、分別為2K字節(jié)的收發(fā)先入先出存儲區(qū)、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(jù)不同型號的光模塊設計相對應。

3．1系統(tǒng)性能指標

100Mbps全雙工傳輸速度；

一臺光交換機可分別實現(xiàn)8、1 6、24端口光交換；

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

實現(xiàn)以太網(wǎng)端口與650nm光端口之間的轉換；

光網(wǎng)卡使用方便，在計算機操作上與普通網(wǎng)卡無異；

650nm光發(fā)送功率：不小于-8dBm

650nm光接收靈敏度：優(yōu)于-22dBm

傳輸距離：大于60 m(無中繼)

3．2 光以太網(wǎng)交換機性能指標

光中心波長：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

內(nèi)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 光波長轉換器技術性能指標

光接口的指標應能滿足以下要求：

平均發(fā)送光功率：≥-4dBm(光波長為1550nm)

≥-16dBm(光波長為1310nm)

≥-11dBm(光波長為850nm)

≥-8dBm(光波長為650nm)

光接收靈敏度：≤-33dBm(光波長為．1550nm)

≤-33dBm(光波長為1310nm)

≤-17dBm(光波長為850mm)

≤-22dBm(光波長為650nm)

中心波長：1430nm～1576nm(光波長為1550nm)

1290nm∽1330nm(光波長為1310nm)

770nm∽860nm(光波長為850nm)

光譜寬：≤2．5nm(光波長為1550nm)

≤4nm(光波長為1310nm)

≤1nm(光波長為850nm)

波長隔離度：≥20dB(波長1 550nm／650nm)

≥20dB(波長1310nm／650nm)

≥20dB(波長850rim／650nm)

3．4 光中繼器性能指標

光口發(fā)射光中心波長：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指標

光口發(fā)射光中心波長：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(wǎng)卡技術性能指標如下：

光中心波長：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接口時鐘：25M-33M ，

3．7 650nm塑料光纖技術性能指標如下：

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

拉伸屈服伸長率：≥4％

工作波長：650nm

3．8 650nm塑料光纖光纜技術性能指標如下：

雙芯護套外徑：4.4mm±0．1mm

光纖光纜工作溫度： -50℃∽70℃

工作波長：650nm

衰減：≤200dB/km

擠壓殘余附加損耗：≤0．2dB

沖擊殘余附加損耗：≤0．2dB

卷繞殘余附加損耗：≤0．2dB

扭曲殘余附加損耗：≤0．2dB

塑料光纖傳輸系統(tǒng)采用聚合物光纖作為傳輸介質，具有頻帶寬、保密性能好、抗干擾能力強的優(yōu)點。

a)帶寬高、傳輸質量好。該系統(tǒng)可達到100Mbps的傳輸速率，可以通過光波長轉換器，將寬帶遠距離傳輸?shù)氖⒐饫w與寬帶短距離傳輸?shù)乃芰瞎饫w相連接，組成全光網(wǎng)，使信息傳輸?shù)乃俾?、質量均優(yōu)于目前的光電混合網(wǎng)。

b)保密性、抗干擾性好。采用光纖通信，可以克服銅線銅纜所存在的電磁輻射、電磁干擾、防雷擊等問題，因此更加適合于國防和國家安全網(wǎng)絡、軍事通信網(wǎng)絡通信等領域。

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

d)成本低。目前，信息傳輸網(wǎng)絡基本采用金屬銅為導體的五類線或超五類線作為信息傳輸介質，銅是一種有限的礦業(yè)資源，國際上的銅價總的處于上升趨勢。達標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)的普通化工產(chǎn)品。終端設備采用國內(nèi)外成熟的電子元器件，質量可靠、價格低廉。650nm塑料光纖傳輸系統(tǒng)不僅解決了信息傳輸領域帶寬、保密、抗干擾等諸多問題，而且還可以為國家節(jié)約大量的有色金屬銅，為政府和企業(yè)減少大量的費用。

4.國產(chǎn)塑料光纖產(chǎn)業(yè)化及其網(wǎng)絡設備

江西大圣塑料光纖有限公司(前身為深圳大圣光電技術有限公司)在中科院物化所及國內(nèi)著名院校的協(xié)助下，于2006年底開始小批量生產(chǎn)塑料光纖，2007年開始加大生產(chǎn)設備的研發(fā)制造，從2007年年初的單一生產(chǎn)線，到2008年年底已經(jīng)完成了第三條生產(chǎn)線的安裝調(diào)試工作，產(chǎn)能從過去日產(chǎn)12萬米PMMA光纖光纜，到現(xiàn)在的日產(chǎn)40萬米。全部的生產(chǎn)設備都是企業(yè)自身研發(fā)的，該生產(chǎn)線成功解決了高純度光纖級PMMA模塑料、高速生產(chǎn)線自動化控制等技術，掌握了通信級塑料光纖生產(chǎn)和裝備制造兩大核心技術，打破了外國企業(yè)對該產(chǎn)業(yè)的壟斷，不受國外壟斷廠家的控制，完全擁有該產(chǎn)業(yè)自己的全部知識產(chǎn)權。產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，使光纖質量穩(wěn)定，其衰減系數(shù)一直在180dB／km至190dB／km，帶寬穩(wěn)定在100Mb／s以上，可以用來搭建全塑料光纖用戶網(wǎng)絡。

國外的知名網(wǎng)絡設備公司Firecomms已經(jīng)與江西大圣塑料光纖有限公司達成戰(zhàn)略合作伙伴協(xié)議，將其網(wǎng)絡產(chǎn)品以生產(chǎn)許可的方式引入中國，并協(xié)助中方的設計、生產(chǎn)及測試，早日國產(chǎn)化，共同開啟中國市場，以達到雙贏的目的。

網(wǎng)絡器件與設備國產(chǎn)化后，以規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，其成本會很快降下來，預測在FTTH中望料光纖部分，每戶600至800元左右，這就為普及光纖到戶創(chuàng)造了條件，使FTTH離我們越來越近，最終將成為現(xiàn)實。

5.塑料光纖網(wǎng)絡解決方案

此方案為塑料光纖網(wǎng)絡系統(tǒng)應用在住宅或辦公大廈內(nèi)為例，也可為傳統(tǒng)光電混合結構局域網(wǎng)中五類雙絞線改造為塑料光纖網(wǎng)絡系統(tǒng)作參考，其他類型的方案可依此類推。注意，本方案中，除注明為石英光纖外，其它所有光纖皆指PMMA通信用雙纖型塑料光纖。

塑料光纖網(wǎng)絡解決方案示意圖





塑料光網(wǎng)絡系統(tǒng)一般由五部分組成

5.1塑料光纖網(wǎng)絡布線

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

塑料光纖的網(wǎng)絡布線分為水平部分和垂直部分。水平部分是以每層樓為單位進行布線。根據(jù)樓層網(wǎng)絡用戶的數(shù)量，確定水平網(wǎng)絡的根數(shù)。每根的長度是從樓層的弱電井沿建筑物表面到達用戶點。

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(shù)量由樓層數(shù)決定，建議多留幾根作為故障備用。

5.2網(wǎng)絡接入及轉換

城域網(wǎng)的石英光纖可通過電信部門，從其端局末端節(jié)點接到大廈的主弱電室，將石英光纖中波長1550nm、1310nm光信號作為輸入接到一個帶有光波轉換器功能的光路由器輸入端，轉換后的650nm波長的光信號由光路由器輸出口輸出。

5.3主控制設備

主控制設備是由一臺或多臺光交換機組成。光交換機輸出一般分8口或24口的，我們可以按樓層數(shù)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，最好多兩個口備用。

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應連接通向各樓層的塑料光纖。

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(shù)量由樓層用戶決定。住戶樓宇一般可用一個輸出為八口的交換機。交換機的輸入端口連接來自主控設備的對應塑料光纖，輸出端口連接通往用戶的對應塑料光纖。

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墻面的光纜耦合(連接)盒相連。用戶使用一根雙芯塑料光纜跳線(一般1～5m)，一端與墻面光纜盒連接，另一端與具有光網(wǎng)卡的網(wǎng)絡設備相連，網(wǎng)絡設備就可上網(wǎng)了。如果網(wǎng)絡設備上沒有光網(wǎng)卡，只有普通的網(wǎng)卡，比如像筆記本電腦，可利用一個光纖收發(fā)器，將塑料光纖一端與墻面光纜盒連接，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標準以太網(wǎng)的網(wǎng)絡接頭，用戶可直接插入到自己帶有標準網(wǎng)絡接口的網(wǎng)絡設備上。

以此方案為基礎，江西大圣塑料光纖有限公司利用自產(chǎn)光纖已經(jīng)組成了全塑料光纖局域網(wǎng)，網(wǎng)絡中包括IPTV電視節(jié)目，VOIP網(wǎng)絡電話，小區(qū)流媒體服務器(可向用戶提供點播的高清電視節(jié)目)，ipcam網(wǎng)絡數(shù)字監(jiān)控，網(wǎng)絡HiFi音響，internet互聯(lián)網(wǎng)等，網(wǎng)絡用戶可點播服務器上的教育節(jié)目、音樂、游戲及高清電視節(jié)目等。網(wǎng)絡中所有段距離都是100m。并于2009年4月在上海交通大學區(qū)域光纖通信網(wǎng)與新型光通信系統(tǒng)國家重點實驗室的長三角3T帶寬全光網(wǎng)系統(tǒng)中建立了塑料光纖示范網(wǎng)絡系統(tǒng)， 2009年7月江西井岡山市實驗學校中建立了塑料光纖校園網(wǎng)絡系統(tǒng)，取得了較好的效果。