多模光纤收发器性能普遍优于现有标准

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　　光缆制造厂商通过衰减和带宽两个参数来说明产品的特性。虽然这些参数是优良性能的基础，但它们依然不能全面的反映光缆的性能。由于这些光缆主要用于局域网，因此有必要在局域网环境中考察这些光缆。为此目的，Nexans数据通信认证中心正在从系统的角度对多模光纤进行测试。

　　
　　评测中选用不同厂商（因保密协议隐去了制造厂商的名字）的收发器，以判断它们在光传输距离上是否存在差别。本文列出的结果是在G比特和10G比特以太网中测得的。当测试完成时，评估指标还将包括误帧率和分别连接1G、2G、4G和10G光纤通道收发器时，在多模光纤上的传输距离。
　　
　　测试系统的配置
　　为准确模拟企业网络，在测试中使用了商用交换机。图1是测试装置的示意图，使用了几种不同的网络配置和以下设备：Spirent或IXIA的比特流发生器、有10G XENPAK接口的IXIA交换机以及来自思科、Extreme、SMC和Asante的交换机。
　　
　　IXIA 或Spirent的设备生成以太网帧并记录接收到的帧数。这样就可以计算出误帧率（FER）。为了得到小于10-13的误帧率，要至少传送1012个数据包。每一次测试都会需要很长的时间（对1G数据流需要大约八天，对10G数据流大概需要一天）。
　　
　　测试系统的配置包括长、短波长的GBIC收发器以及SFP收发器，工作速率为1G。也有XENPAK和XFP的10G光模块。试验中使用了六个不同厂商的商用收发器。此外，还使用了Berk-Tek GIGAlite各种等级的光纤。附表详细说明了光纤的类型和参数。
　　
　　测试结果和讨论
　　测试数据显示，使用不同的光纤，不同厂商的收发器性能有很大的差别。虽然所有的产品都满足甚至超过工业标准规定的光传输距离，但是某些产品还是有相对较好的性能。例如，当使用标准700MHz·km多模光纤（LB）和GBIC收发器时，厂商B和C的收发器能传输1000m，而厂商D的能传2400m（图2）。还有，2000MHz·km光纤（EB）极大地改善了所有被测收发器的传输距离（图2和图3）。
　　
　　测试结果表明，某些收发器和转发器的性能远远高于标准化组织的规定。同时还表明即便使用其中性能最差的收发器，在现有光纤上的传输距离也超过了标准的最大值。延长多模光纤的传输长度会降低千兆和万兆局域网的布线总成本。短波长（SX）收发器可用于较长距离的通信中，这些器件的成本几乎是长波长器件的三分之一。如此大的成本优势导致当前的局域网主要使用多模光纤（大约85%）和短波长器件。根据Nexans的研究结果，局域网中的多模光纤在10G速率下能传输600米，而到目前为止，理论上多模光纤的最大传输距离一直是300米。
　　
　　为什么理论值与实际值存在如此大的差异。原因如下：IEEE标准推荐的传输距离是在最差的环境下计算出来的，而实际的光纤带宽可能会优于标准的最小值。在被测试的光缆中，带宽都大于允许的最小值。同时，使用不同光源，光纤带宽会有很大的变化。通常来说，多模光纤最初被设计为与发光二极管匹配，因此定义了满注入带宽（OFL）。满注入带宽与发光二极管在多模光纤中激发起多个模式的方法相对应。而对于现代光源，比如垂直腔表面发射激光器（VCSEL），用OFL是不准确的。在过去十年内，有两项技术进步延长了多模光纤的传输距离：
　　
　　● 由于存在严重的色度色散和无法调制，发光二极管不能工作在622Mbit/s及以上的速率，因而必须使用激光器。对于传统网络，了解连接发光二极管的多模光纤的传输特性是很重要的，同样对于目前的G比特乃至10G比特网络，了解连接激光器的多模光纤的传输特性也是很重要的。发光二极管在光纤中激发起所有的模式，而VCSEL仅仅激发起有限的模式。因此要使用不同的带宽测量方式。
　　
　　● 开发了测量连接到激光器的光纤带宽的新方法：有限模注入（RML）和差分模延迟（DMD）。有限模注入是指通过限制光信号使其仅仅从纤芯的部分端面注入，这类似VCSEL和多模光纤的连接。但是这种测量方式是不准确的，因为每一个VCSEL输出的强度分布是不一致的，在光纤中激励起不同的模式分布，这对实际铺设光纤的带宽测量造成困难。为解决这个问题，提出了差分模延迟的测量方法。它要求评估光纤中激发起来的全部模式并计算有效模带宽（EMB），保持差分模延迟最小就能得到更大的光纤带宽，因此有效模带宽是更准确的度量带宽的方式。
　　
　　与光纤一样，光收发器很少会工作在最差环境下。许多厂商尽量提供有余量的发射机和接收机。测试结果证明所有厂商的收发器的传输距离都超过了标准的最小值。
　　
　　虽然目前大多数以太网传输速率是每秒10M或者100M，但是变化是迅速的。大量带有10M/100M/1000M网卡的计算机正在被连接到网络中，即便当前很少需要这样的应用，G比特以太网到桌面也将从技术变成商业现实。一旦终端连接速率达到每秒G比特，为避免骨干网成为瓶颈，将其升级到每秒10G比特大概只是个时间问题。在选择光缆和收发器时为差错率和传输距离留有较大的余量，可以为终端用户减少初装成本和使用费，同时也能充分利用带宽和覆盖更远的目标用户。
　　
　　表 以太网和BerK-TeK的光纤传输距离
　　　
　　* 满注入带宽
　　
　　** 按EIA/TIA-455-220测量差分模延迟得到的有效模带宽。按EIA/TIA-455-204，GIGAlite-10型光纤的最小满注入带宽是1500MHz·km，GIGAlite-10XB型光纤的最小满注入带宽是3675MHz·km。
　　　
　　图1使用多种设备测试不同厂商收发器的性能。设备包括一些在企业网络里经常用到的模块。
　　　
　　图2测试结果表明虽然各个公司的GBIC产品满足并在大多数情况下超过工业标准规定的传送距离。但是产品之间也存在较大性能差别。光纤的类型对传输距离有较大的影响。
　　
　　图3在10G以太网中，不同等级的光纤对传输距离有很大的影响。

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