光纤收发器的原理与作用

光纤收发器是一种将短距离的双绞线电信号和长距离的光信号进行互换的以太网传输媒体转换单元，在很多地方也被称之为光电转换器。企业在进行信息化基础建设时，通常更多地关注路由器、交换机乃至网卡等用于节点数据交换的网络设备，却往往忽略介质转换这种非网络核心但必不可少的设备。特别是在一些要求信息化程度高、数据流量较大的政府机构和企业，网络建设时需要直接上连到以光纤为传输介质的骨干网，而企业内部局域网的传输介质一般为铜线，确保数据包在不同网络间顺畅传输的介质转换设备成为必需品。

目前国外和国内生产光纤收发器的厂商很多，产品线也极为丰富。为了保证与其他厂家的网卡、中继器、集线器和交换机等网络设备的完全兼容，光纤收发器产品必须严格符合IEEE802.3以太网标准，除此之外，在EMC防电磁辐射方面应符合FCC 及CE的相关规定，如烽火网络公司的光纤收发器已经通过FCC及CE认证。时下由于国内各大运营商正在大力建设小区网、校园网和企业网，因此光纤收发器产品的用量也在不断提高，以更好地满足接入网的建设需要。随着信息化建设的突飞猛进，人们对于数据、语音、图像等多媒体通信的需求日益旺盛，以太网宽带接入方式因此被提到了越来越重要的位置。但是传统的5类线电缆只能将以太网电信号传输100米，在传输距离和覆盖范围方面已不能适应实际网络环境的需要。与此同时，光纤通信以其信息容量大、保密性好、重量轻、体积小、无中继、传输距离长等优点在广域网等大型网络中得到了广泛的应用。在一些规模较大的企业，网络建设时直接使用光纤为传输介质建立骨干网，而内部局域网的传输介质一般为铜线，如何实现局域网同光纤主干网相连呢？这就需要在不同端口、不同线形、不同光纤间进行转换并保证链接质量。光纤收发器的出现，将双绞线电信号和光信号进行相互转换，确保了数据包在两个网络间顺畅传输。同时它将网络的传输距离极限从铜线的100米扩展到100多公里（单模光纤）。
 

光纤收发器的结构


光纤收发器包括三个基本功能模块：光电介质转换芯片、光信号接口(光收发一体模块)和电信号接口(RJ45)，如果配备网管功能则还包括网管信息处理单元。

光电介质转换芯片的主要性能指标有：


1． 网管功能


网络管理是网络可靠性的保证，是提高网络效益的方式，网络管理的运行、管理、维护等功能可以大大增加网络的可用时间，提高网络的利用率、网络性能、服务质量、安全性和经济效益。但研制有网管功能的以太网光纤收发器所需的人力、物力远远超过无网管的同类产品，主要表现在：


(1) 硬件投资。以太网光纤收发器网管功能的实现需要在收发器电路板上配置网管信息处理单元来处理网管信息，该单元利用介质转换芯片的管理接口获取管理信息。管理信息与网路上的普通数据共用数据通道。带网管功能的以太网光纤收发器，元器件种类及数量多于无网管的同类产品，相应地，布线复杂，开发周期长。烽火网络公司长期致力于光纤收发器产品的开发，为了优化产品的设计，使产品更加稳定，增强产品功能，自主开发了光纤收发器介质转换芯片，使产品的集成度更高，有效地减少了因多种芯片之间协同工作所造成的不稳定因素。新开发的芯片具有光纤线路质量在线测试、故障定位、ACL等很多实用性很强的功能，既能有效的保护用户投资，又能将极大地减少用户的维护成本。


(2) 软件投资。有网管功能以太网光纤收发器的研发工作除了硬件布线外，软件编程更为重要。网管软件的开发工作量较大，包括图形化用户接口部分、网管模块嵌入式系统部分、收发器电路板上网管信息处理单元部分。其中网管模块嵌入式系统尤为复杂，研发门槛较高，需要使用嵌入式操作系统，如VxWorks，linux等。需要完成SNMP代理，telnet、web等复杂软件工作。


(3) 调试工作。有网管功能以太网光纤收发器的调试工作包括两部分：软件调试和硬件调试。在调试过程中，电路板布线、元器件性能、元器件焊接、PCB板质量、环境条件以及软件编程中的任一因素都会影响以太网光纤收发器的性能。调试人员必须具备综合素质，全面考虑收发器出现故障的各种因素。


(4) 人员的投入。普通以太网光纤收发器的设计只需一个硬件工程师便可完成。有网管功能的以太网光纤收发器的设计工作除了需要硬件工程师完成电路板布线外，还需要众多软件工程师完成网络管理的编程，而且要求软硬件设计者密切配合。
 

2． 兼容性


OEMC应支持IEEE802、CISCO ISL等常用网络通信标准，以保证以太网光纤收发器有良好的兼容性。
 

3． 环境要求


a. 输入输出电压。OEMC的工作电压多为5伏或3.3伏，但以太网光纤收发器上另一个重要的器件——光收发一体模块的工作电压绝大多数为5伏。若两者工作电压不一致，则会增加PCB板布线的复杂程度。


b. 工作温度。在选择OEMC的工作温度时，开发人员需从最不利的条件出发并留有余地，比如夏天最高气温达40℃，而以太网光纤收发器机箱内部因为各种元器件尤其是OEMC发热。因此，以太网光纤收发器工作温度的上限指标一般不应低于50℃。


(1) 硬件投资。以太网光纤收发器网管功能的实现需要在收发器电路板上配置网管信息处理单元来处理网管信息，该单元利用介质转换芯片的管理接口获取管理信息。管理信息与网路上的普通数据共用数据通道。带网管功能的以太网光纤收发器，元器件种类及数量多于无网管的同类产品，相应地，布线复杂，开发周期长。烽火网络公司长期致力于光纤收发器产品的开发，为了优化产品的设计，使产品更加稳定，增强产品功能，自主开发了光纤收发器介质转换芯片，使产品的集成度更高，有效地减少了因多种芯片之间协同工作所造成的不稳定因素。新开发的芯片具有光纤线路质量在线测试、故障定位、ACL等很多实用性很强的功能，既能有效的保护用户投资，又能将极大地减少用户的维护成本。


(2) 软件投资。有网管功能以太网光纤收发器的研发工作除了硬件布线外，软件编程更为重要。网管软件的开发工作量较大，包括图形化用户接口部分、网管模块嵌入式系统部分、收发器电路板上网管信息处理单元部分。其中网管模块嵌入式系统尤为复杂，研发门槛较高，需要使用嵌入式操作系统，如VxWorks，linux等。需要完成SNMP代理，telnet、web等复杂软件工作。


(3) 调试工作。有网管功能以太网光纤收发器的调试工作包括两部分：软件调试和硬件调试。在调试过程中，电路板布线、元器件性能、元器件焊接、PCB板质量、环境条件以及软件编程中的任一因素都会影响以太网光纤收发器的性能。调试人员必须具备综合素质，全面考虑收发器出现故障的各种因素。


(4) 人员的投入。普通以太网光纤收发器的设计只需一个硬件工程师便可完成。有网管功能的以太网光纤收发器的设计工作除了需要硬件工程师完成电路板布线外，还需要众多软件工程师完成网络管理的编程，而且要求软硬件设计者密切配合。
 

按速率来分可以分为单10M、100M、1000M的光纤收发器、10/100M自适应、10/100/1000M自适应的光纤收发器。其中多数单10M、100M和1000M的收发器产品工作在物理层，在这一层工作的收发器产品是按位来转发数据。


该转发方式具有转发速度快、时延低等方面的优势，适合应用于速率固定的链路上。而10/100M、10/100/1000M光纤收发器是工作在数据链路层，使用存储转发的机制，这样转发机制对接收到的每一个数据包都要读取它的源MAC地址、目的MAC地址和数据净荷，并在完成CRC循环冗余校验以后才将该数据包转发出去。


存储转发的好处一来可以防止一些错误的帧在网络中传播，占用宝贵的网络资源，同时还可以很好地防止由于网络拥塞造成的数据包丢失，当数据链路饱和时存储转发可以将无法转发的数据先放在收发器的缓存中，等待网络空闲时再进行转发。这样既减少了数据冲突的可能又保证了数据传输的可靠性，因此10/100M、10/100/1000M的光纤收发器适合于工作在速率不固定的链路上。
 

光纤收发器的发展


随着对网络容量的需求急剧增大，运营商对对网络管理的需求不断增加，以太网传输速度的不断升级，光收发器种类和复杂程度都在以惊人的速度发展。