网络工程课程设计----光电收发器技术性能分析与应用.doc

1、长沙理工大学 网络工程设计课程设计报告 李秩期 学 院 城南学院 专 业 通信工程 班 级 2005542502 学 号 200554250201 学生姓名 李秩期 指导教师 刘青 课程成绩 完成日期 2008 年 7 月 8 日 课程设计成绩评定 学 院 城南学院 专 业 通信工程 班 级 2005542502 学 号 200554250201 学生姓名 李秩期 指导教师 刘青 完成日期 2008 年 7 月 8 日 指导教师对学生在课程设计中的评价 评 分 项 目 优 良 中 及 格 不 及 格 课程设计中的创造性成果 学生掌握课程内容的程度 课 程 设 计 完 成 情 况 课 程 设 计

2、 动 手 能 力 文 字 表 达 学 习 态 度 规 范 要 求 课程设计论文的质量 指导教师对课程设计的评定意见 综合成绩 指导教师签字 2008 年 月 日 课程设计任务书 城南学院 通信工程专业 课程名称 网络技术课程设计 时间 20072008 学年第二学期 1819周 学生姓名 李秩期 指导老师 刘青 题 目 光电收发器技术性能分析与应用 主要内容： (1) 光电收发器工作原理 (2) 光电收发器技术分析 (3) 光电收发器的应用情况 要求： (1)综合运用计算机网络基本理论和网络工程设计的方法设计本系统。 (2)学会文献检索的基本方法和综合运用文献的能力。 (3)通过课程设计培养严

3、谨的科学态度，认真的工作作风和团队协作 精神。 应当提交的文件： (1)课程设计学年论文。 (2)课程设计附件（相关图纸、设备配置清单、报告等） 。 光电收发器技术性能分析与应用 第 1 页 共 24 页 光电收发器技术性能分析与应用 学生姓名：李秩期 指导教师：刘青 摘要：本课程设计主要分析和讨论光电收发器的技术性能及其的应用。了解光电收发器的 基本概念，理解光电收发器的工作原理，分析常目前常用的光电收发器技术，深入理解光 电收发器的实际应用例子，掌握光电收发器当前的应用状况。举例说明在应用光电收发器 技术的过程中可能会出现的问题并对其进行讨论，提出解决方案。对光电收发器目前的应 用状况做简

4、要的概括并指出当前光电收发器应用上出现的问题。通过以上的学习过程后， 全面掌握光电收发器及其相关的各方面内容。 关键字：光电收发器；IEEE802.3；以太网；单模；多模；长距离组网 光电收发器技术性能分析与应用 第 2 页 共 24 页 目 录 1 引言 .3 1.1 课程设计 目的 3 1.2 课程设计的步骤 3 2 基本原理 .4 2.1 光电收发器概述 4 2.2 光收发模块 5 2.3 以太网转换电路 7 3 光电收发器技术性能分析 .8 3.1 光电收发器的分类 8 3.2 光电收发器产品特点及其应用范围 10 3.3 光电收发器的主要技术指标 11 3.4 常见光电收发器 14

5、4 光电收发器的应用 .16 4.1 用光电收发器实现长距离组网 16 4.2 光电收发器使用原则及其故障排除方法 19 4.3 光电收发器选用原则 21 4.4 光电收发器 发展趋势 22 5 结束语 .23 参考文献 .24 光电收发器技术性能分析与应用 第 3 页 共 24 页 1 引言 当今社会的信息化建设突飞猛进，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 1。光纤通信以其信息容量 大、保密性好、重量轻、体积小、无中继、传输距离长等优点得到了广泛的应用，光电收 发器正是利用了光纤这一高速传播介质很好的解决了以太网在传输方面的问

6、题。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，为了实现局域网同光纤主干网相连。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。 光电收发器的出现，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 100Km。 1.1 课程设计目的 本课程设计首先主要了解什么是光电收发器。进而理解光电收发器的工作原理，及光 电收发器的各个组成部分，每个部分的性能指标。知道光电收发器的类别，每个类别常用 于哪个方面。初步掌握目前常用的光电收发器。通过具体的例子理解

7、光电收发器的实际应 用。 1.2 课程设计的步骤 (1)简明阐述什么是光电收发器并对起元件的选择做大致的概述，再以目前使用较多 的 l00M 光电收发器为例对光电收发器的工作原理作介绍。 (2)对光电收发器的分类方法进行说明，了解光电收发器的特点、使用范围。对光电 收发器的性能指标进行详细描述。从应用方面介绍各种常用的光电收发器。 (3)利用光电收发器进行长距离组网，理解光电收发器的实际应用。对光电收发机实 际应用中可能出现的问题进行讨论并给出解决方法。对光电收发器的发展现状做概述并提 出现在存在的问题。 光电收发器技术性能分析与应用 第 4 页 共 24 页 2 基本原理 光电转换器是一种将

8、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。产品一般应用在以太网电缆无法覆盖、必须使用光纤来延长传输距离的实 际网络环境中，且通常定位于宽带城域网的接入层应用；同时在帮助把光纤最后一公里线 路连接到城域网和更外层的网络上也发挥了巨大的作用。 光电收发器是目前中小公司包括大型公司经常使用到的一种网络设备。其作用是将光 纤介质转换成铜线接入。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

9、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。 2.1 光电收发器概述 (1)光电收发器的结构 光电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。 (2)光电收发器元器件的选择 在以太网光电收发器设计中，元器件的选择举足轻重，它决定了产品的性能、寿命和 成本。光电介质转换芯片(OEMC)是整个收发器的核心。它的选择直接影响和决定了其它 元器件的选择。光电介质转换芯片的主要性能指标有： 网管功能：网络管理是网络可靠性的保证，

10、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电收发器所需的人力、物力远远超 过无网管的同类产品，主要表现在：硬件投资、软件投资、调试工作、人员的投入等。 兼容性：光电介质转换芯片(OEMC)应支持 IEEE802、CISCOISL 等常用网络通信标 准，以保证以太网光电收发器有良好的兼容性。 光电收发器技术性能分析与应用 第 5 页 共 24 页 环境要求：a. 输入输出电压。光电介质转换芯片 (OEMC)的工作电压多为 5 伏或 3.3 伏， 但以太网光电收发器上另一个

11、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。在选择光电介 质转换芯片(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，而以太网光电收发器机箱内部因为各种元器件尤其 OEMC 发热。因 此，以太网光电收发器工作温度的上限指标一般不应低于 50。 2.2 光电收发模块 以目前使用较多的 l00M 光电收发器为例对光电收发器的工作原理作一简单介绍。原 理图见图 1。 图 1 100M 光电收发器原理图 安捷伦公司的QFCT-5199D发射/接收器是一种高性能、经济的光纤收发

12、模块。它采用 长波长光器件及完善的电路技术，具有良好的光特性和电特性，能保证数据传输有较高的 可靠性。主要应用于串行光数据通信，特别适用于信号速率为125Mbps的数据通信中。该 模块为FDDI或高速以太网的应用提供一个FDDI SMF-PMDl链路，此链路 ATM/SONET/SDH发射/接收器兼容。QFCT-5199D是+5V供电的SC接头双端单模一体化发 射/接收器，1300nm标准S作波长，采用多源1x9管脚配置，其中： 1脚Va：接收器信号地； 2脚RD+：接收器数据输出正向端，这个高速、差分PECL输出连接到标准的PECL终 端； 3脚RD-：接收器数据输出反向端，这个高速、差分

13、PECL输出连接到标准的PECL终 端； 4脚SD：信号监测端，接收器监测到正常的输人光功率电平，该管脚输出逻辑“1”电 平；接收器监测到过低的输人光功率电平，该管脚输出逻辑0“电平来表示接 收器处于错误状态。这个信号监测输出可以用来在上行电路中驱动PECL输人； 光电收发器技术性能分析与应用 第 6 页 共 24 页 5脚We：接收器供电端，采用推荐的接收器供电滤波电路来提供+5V的直流电源，在 使用过程中应将供电滤波电路尽可能地靠近Vc o管脚； 6脚We：发射器供电脚，采用推荐的发射器供电滤波电路来提供+5V的直流电源，在 使用过程中应将供电滤波电路尽可能地靠近We 管脚； 7脚ID-：

14、发射器数据输人反向端，这个高速、差分PECL发射器数据输人连接到标准 的PECL终端； 8脚TD+：发射器数据输人正向端，这个高速、差分PECL 发射器数据输人连接到标准 的PECL终端； 9脚Vm：发射器信号地。 (1)接收器电路接收器电路见图2。 图 2 接收器电路 接收器部分的接头里有一个InGaAs/InP光电检测器和一个前置放大器，并且藕合到另 一电路板上的后置放大/判决电路上。前置放大器与后置放大器之间采用大电容进行祸合， 以确保在高速码流时没有任何明显失真和性能恶化，而在码速较低或者码流中包含较多低 频分量时，接收器的灵敏度、抖动和脉冲失真都会减少。图2中网络滤波器的作用是限制

15、前置放大器的输出信号带宽，提高接收器的灵敏度。 (2)发射器电路 发射器电路如图3所示。采用一个掩埋异质结法布利一帕罗(F-P)激光器作为光源。激 光器的封装设计成可多次荆合进单模光纤中去的形式。光输出由一个定制的集成电路控制， 该电路可通过监视光电二极管来监控激光器的光功率输出。这个集成电路同时提供直流和 交流这两种形式来驱动激光器，这样可以在不同温度、供电电压和寿命的状态下，确保正 确的调制、眼图和消光比。 光电收发器技术性能分析与应用 第 7 页 共 24 页 图3 发射器电路 2.3 以太网转换电路 以AL210为例。AL210 的工作原理见图4，它是为实现光纤和双绞线之间传输信息的

16、相互转换而设计，主要应用于100Mbps光纤和双绞线之间的快速以太网转换以延长网络传 输距离。其符合IEEE802.3 100BASE-FX和100BASE-TX快速以太网标准。AL210括光电驱 动器、数据量子化转换器、缓存器、扰频器和稳频器。另外，它还提供了一些附加功能， 例如传统的利用离散元件不能实现的故障传播和冗余连接等。该转换器同时提供了一个 PECL接口，可方便地与850nm,1300nm等光纤收发模块相连接。下面是该转换电路的主要 特点： (1)可实现100Mb/s。光纤与双绞线之间的转换； (2)具有低延迟特性； (3)可进行适时缓存； (4)支持全双工模式； (5)可连接故障

17、传播； (6)支持自适应全双工模式； (7)具有集成的光电驱动器； (8)具有集成的数据量子化转换器； (9)具有远程故障检测功能； (10)支持冗余连接。 光电收发器技术性能分析与应用 第 8 页 共 24 页 图 4 AL210 工作原理图 3 光电收发器技术性能分析 3.1 光电收发器的分类 随着光电收发器产品的多样化发展，其分类方法也各异，但各种分类方法之间又有 着一定的关联。 (1) 按速率来分 可以分为单 10M、100M 的光电收发器、10/100M 自适应的光电收发器和 1000M 光电 收发器 2。其中单 10M 和 100M 的收发器产品工作在物理层，在这一层工作的收发器产

18、品 是按位来转发数据。该转发方式具有转发速度快、通透率高、时延低等方面的优势，适合 应用于速率固定的链路上，同时由于此类设备在正常通信前没有一个自协商的过程，因此 在兼容性和稳定性方面做得更好。 而 10/100M 光电收发器是工作在数据链路层，在这一层光电收发器使用存储转发的 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。 (2)按工作方式来分 可以分为工作在物理层的光电收发器和工作在数据链路层的光电收发器。 光电收发器技术性能分析与应用 第 9 页 共 24 页 (3)按结构来分

19、 可以分为桌面式(独立式) 光电收发器和机架式光电收发器。桌面式光电收发器适合于 单个用户使用，如满足楼道中单台交换机的上联。机架式光电收发器适用于多用户的汇聚， 如小区的中心机房必须满足小区内所有交换机的上联，使用机架便于实现对所有模块型光 电收发器的统一管理和统一供电，目前国内的机架多为 16 槽产品。 (4)按光纤来分 可以分为多模光电收发器和单模光电收发器。由于使用的光纤不同，收发器所能传输 的距离也不一样，多模收发器一般的传输距离在 2km 到 5km 之间，而单模收发器覆盖的 范围可以从 20km 至 120km。需要指出的是因传输距离的不同，光电收发器本身的发射功 率、接收灵敏度

20、和使用波长也会不一样。 如 5km 光电收发器的发射功率一般在-20-14db 之间，接收灵敏度为-30db，使用 1310nm 的波长。 (5)按光纤数量来分 可以分为单纤光电收发器和双纤光电收发器。单纤设备可以节省一半的光纤，即在一 根光纤上实现数据的接收和发送，在光纤资源紧张的地方十分适用。这类产品采用了波分 复用的技术，使用的波长多为 1310nm 和 1550nm。但由于单纤收发器产品没有统一国际 标准，因此不同厂商产品在互联互通时可能会存在不兼容的情况。另外由于使用了波分复 用，单纤收发器产品普遍存在信号衰耗大的特点。目前市面上的光电收发器多为双纤产品， 此类产品较为成熟和稳定，但

21、需要更多的光纤。 (6)按电源来分 可以分为内置电源和外置电源两种。其中内置开关电源为电信级电源，而外置变压器 电源多使用在民用设备上。前者的优势在于能支持超宽的电源电压，更好地实现稳压、滤 波和设备电源保护，减少机械式接触造成的外置故障点；后者的优势在于设备体积小巧和 价格便宜。 (7)按网管来分 可以分为网管型光电收发器和非网管型光电收发器。大多数运营商都希望自己网络中 的所有设备均能做到可远程网管的程度，光电收发器产品与交换机、路由器一样也逐步向 这个方向发展。对于可网管的光电收发器还可以细分为局端可网管和用户端可网管。局端 可网管的光电收发器主要是机架式产品，多采用主从式的管理结构。

22、光电收发器技术性能分析与应用 第 10 页 共 24 页 3.2 光电收发器产品的特点及其应用范围 光电收发器通常具有以下基本特点： (1)提供超低时延的数据传输； (2)对网络协议完全透明； (3)采用专用 ASIC 芯片实现数据线速转发。可编程 ASIC 将多项功能集中到一个芯片 上，具有设计简单、可靠性高、电源消耗少等优点，能使设备得到更高的性能和更低的成 本； (4)机架型设备可提供热拔插功能，便于维护和无间断升级； (5)可网管设备能提供网络诊断、升级、状态报告、异常情况报告及控制等功能，能 提供完整的操作日志和报警日志； (6)设备多采用 1+1 的电源设计，支持超宽电源电压，实现

23、电源保护和自动切换； (7)支持超宽的工作温度范围； (8)支持齐全的传输距离； 系统身份信号解码识别器：由 YG300U-R27 组成，模块内集成了(接收、解调放大、 整形、译码、控制信号输出)，它输出的是控制信号。控制执行电路：由 YG300U-R27 输 出的控制信号，通过 8050 驱动一小型继电器 J 直接控制有线电视传输放大器的直流电源 的通断，从而控制传输信号的通断。对放大器的各项频率特性无任何影响。电路图如图 5 所示。引脚功能及外形如图 6 所示。 图 5 YG300U-R27 原理图 光电收发器技术性能分析与应用 第 11 页 共 24 页 (a) (b) 1-AUTO；2

24、- +VCC； 1-数据输出；2-； 3，4-数据输入； 3-测试点；4-+VCC； 5-. 5-IN. 图 6 YG300U-R27 引脚及外形图 光电收发器的应用范围： 本质上光电收发器只是完成不同介质间的数据转换，可以实现 0100km 内两台交换 机或计算机之间的连接，但实际应用却有着更多的扩展。 (1)实现交换机之间的互联。 (2)实现交换机和计算机之间的互联。 (3)实现计算机之间的互联。 (4)传输中继：当实际传输距离超过收发器的标称传输距离，特别是实际传输距离超 过 100km 的时候，在现场条件允许的情况下，采用 2 台收发器背对背进行中继，是一种 很经济有效的解决方案。 3

25、.3 光电收发器的主要技术指标 (1)光电收发器的吞吐 吞吐量是光电收发器的包转发能力 3。吞吐量与光电收发器的端口速率、数据包长度、 数据包类型以及测量方法有关。一般泛指处理器处理数据包的能力。具体要求见表1。 光电收发器技术性能分析与应用 第 12 页 共 24 页 表 1 光电收发器的吞吐量 项目 单位 要求 测试帧长度(字节) 指标要求 64 148810 128 84459 256 45290 512 23496 1024 11973 1280 9615 吞吐量 pks/scc 1518 8127 (2)光电收发器的时延 光电收发器的时延指需转发的数据包最后一比特进人光电收发器端口到

26、该数据包第一 比特出现在端口链路上的时间间隔。该时间间隔是存储转发方式工作的光电收发器的处理 时间。对于直通转发方式工作的光电收发器可能会得到负的时延，因为它在收到部分数据 包后即开始转发。通常所测试的时延是指测试设备发出数据包到经过光电收发器转发后收 到该数据包的时间间隔。上述时延与测试数据包的长度、链路速率及吞吐量都有关。时延 对网络性能影响较大，具体要求见表2。 表2 光电收发器的时延 项目 单位 要求 侧试核长度(字节) 侧试核长度(字节)方式 存储转发方式 64 1s 10s 128 1s 10s 256 1s 10s 512 1s 10s 1024 1s 10s 1280 1s 1

27、0s 时延 s 1518 1s 10s (3)光电收发器的丢包率 丢包率是指光电收发器在稳定的持续负荷下由于资源缺少，在应该转发的数据包中不 能转发的数据包所占的比例。丢包率通常用作衡量光电收发器在超负荷工作时光电收发器 光电收发器技术性能分析与应用 第 13 页 共 24 页 的性能。具体要求见表3。 (4)背靠背帧数 光电收发器能够处理的最大背靠背帧数。 背靠背帧是指一组固定长度的帧，帧间间隔是媒体所允许的最小帧间隔。具体要求见表 4。 表3 光电收发器的丢包率 项目 单位 要求 测试帧长度(字节) 指标要求 64 0 128 0 256 0 512 0 1024 0 1280 0 丢包率

28、 _ 1518 0 (5)平均发送光功率测试 光电收发器在所规定比特率信号的调制下，正常工作时的输出平均光功率。 表4 光电收发器的背靠背帧数 项目 单位 要求 测试帧长度(字节) 指标要求 64 13392900 128 7601310 256 2114640 512 1077570 1024 865350 1280 731430 背靠背 (测试时 间90s) frames 1518 0 (6)光接收灵敏度测试 在相应的调制速率下，在满足随机误码率110 -10要求时，光电收发器接收模块所需要 的最小平均光功率。 光电收发器技术性能分析与应用 第 14 页 共 24 页 3.4 常见光电收发

29、器 (1)TP-Link TR-962D-20 10/100M单模光电收发器 图 7 TR-962D-20 如图 7 所示，TR-962D-20 TP-Link 公司生产的 10/100M 自适应快速以太网光电收发 器。它可以实现双绞线和光纤两种不同传输介质的转换，中继 10/100Base-TX 和 100Base- FX 两个不同网段，转发方式为 SC-RJ-45，最大传输距离 20KM，传输介质分别为 SC 单 模光纤，5 类双绞线。TR-962D-20 兼容 IEEE802.3u 10Base-TX、100Base-TX 和 100Base- FX 以太网标准。拥有一个 SC 型的光纤

30、连接器和一个 RJ-45 连接器，支持自动 MDI/MDIX，无需进行电缆选择，双绞线端口支持速率和全/ 半双工模式自动适应，而光 纤端口也同样可以进行全/半双工模式选择。 TR-962D-20 10/100M 光电收发器工作在数据链路层，使用存储转发的机制，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。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

31、。但兼容性和稳定性方面并不十分理想。另外 TR-962D-20 比较适合应用于长距离传 输领域，因为在所有大于 500m 的通信应用中，单模光纤是首选类型，单模光纤比多模光 纤能够更容易地支持高速数据传输率。使用上 TR-962D-20 提供电源、光纤和 UTP 端口状 态指示灯，可随时快速分辨故障来源。不过外置交流电源(9V/0.8A)似乎与单模光纤的远 距离传输有些不相配。一般内置的开关电源在性能上更稳定，能支持超宽的电源电压，更 好地实现稳压、滤波和设备电源保护，减少机械式接触造成的外置故障；而外置变压器电 光电收发器技术性能分析与应用 第 15 页 共 24 页 源的优势在于可以使收发

32、器做得小巧，同时价格上相对与内置电源要便宜一些，比较适合 使用在民用设备上。 TR-962D 系列为 SC 单模光电收发器，按传输距离分为 TR-962D-20/ TR-962D-40/ TR- 962D-60，末尾一组数字代表了该产品的最大传输距离。 总体来看 TR-962D-20 比较适合民用设备的远程数据传输，特别是从电信供应商到小 区数据中心这段网络。 (2)TER850 多模光纤收发器 图 8 TER850 深圳吉祥腾达科技有限公司是一家专业生产网络产品的公司，属于自主研发、生产、 销售的高科技企业，TER850 多模光电收发器(如图 8 所示)是其主打产品之一，用以实现 快速以太网

33、 100Base-FX 光纤介质到以太网 100Base-TX 双绞线介质间转换。在保证高带 宽传输的前提下利用多模光纤的传输特性，可将局域网距离延伸到 2km，是宽带数据及 IP 接入的理想产品。TER850 支持热插拔操作，内置单口 100Mbps 交换机，纯 100Mbps 数据传输率。TER850 符合 IEEE 802.3u 100BASE-TX/FX 快速以太网标准及支持 CSMA/CD Ethernet 协议。提供 Power/DUP/Link LED 指示灯，电源外置，工作温度 0 50。 虽然 TER850 使用 1300nm 波长，但接收灵敏度小于 -33dbm，输出光功率

34、大于- 33dbm。一般来讲 1300nm 收发器发射功率都在-20-14db 之间，接收灵敏度为-30db 左右， 这样的 1300nm 收发器可和标准单模光纤一起使用，即使用最差的多模光纤，在 10Gbps 时 1300nm 收发器的工作距离也可达 85m。不知 TER850 可不可以，不过与多模光纤配合 使用还是绝对胜任的。 光电收发器技术性能分析与应用 第 16 页 共 24 页 4 光电收发器的应用 在 3.2 节中说明了光电收发器的应用范围,在本节将详细阐述用光电收发器实现长距离 组网的方法。同时介绍光电收发器使用过程中出现故障后的排除方法以及选择光电收发器 时应注意的问题，并对光

35、电收发器的发展现状做概述。 4.1 用光电收发器实现长距离组网 (1)多模光电收发器、多模光纤 光电收发器是一种将以太网的电信号和光信号进行互换的以太网传输质转换设备，而 在网络上传输数据的光纤分为多模光纤和单模光纤，多模光纤的纤芯直径 5062.5m，包 层外直径 125m，与相对应的单模光纤的纤芯直径为 8.3m，包层外直径 125m.但是这 些技术数据对于我们来说不是很直观，其实要区别多模光纤与单模光纤，看颜色就可以。 多模光纤的尾纤( 即从是终端盒引出接光电收发器那一段线路)的颜色是桔红色。而单模光 纤的尾纤的颜色为黄色。 从组网应用上，由于多模光纤无法进行长距离的传输，一般只能用于楼

36、宇内部及楼宇 间的联网，但由于多模光纤及对应的光电收发器比较便宜，所以还是在一定范围内得到了 应用。比如很多学校组建内部的校园网时也是使用多模光纤。 (2)单模光电收发器系列 随着技术的进步，单模光纤开始进入长距离的组网操作，而且发展势头非常迅猛，没 几年的时间，从就高端应用进入了寻常百姓家，从祥子所从事的工程来看，现在某些重点 客户家里开通网络时都是直接使用的光电收发器，使用光电收发器组网已经成为广电开展 增值业务非常普遍的一种形式。下面介绍的各种型号的光电收发器，都是基于单模光纤的。 双纤单网口：所谓双纤单网口光电收发器，就是利用两根光纤，一组光电收发器实现 电信号至光信号、光信号再到电信

37、号的转换。一般来说，使用光电收发器进行联网，网络 拓扑如图 9 所示： 光电收发器技术性能分析与应用 第 17 页 共 24 页 图 9 双纤单网口网络拓扑图 这里的网络设备可能是交换机，也可能是服务器，那么光电收发器输出的那根网线， 可以将光电收发器当作一台 PC 机看，PC 机与交换机相连是直通线， PC 机与服务器相连 是交叉线，那么光电收发器与交换机相连就是直通线，与服务器相连就是交叉线。随着技 术进步，光电收发器的网口也一般做成了自适应模式(自动匹配交叉线和直通线)，工程使 用时也相应方便了很多。另外，由图 9 可以看出，光电收发器联网一般是点对点方式。 单纤单网口：随着业务的不断发

38、展，技术的进步，单纤光电收发器被开发出了，即在 一根光芯( 一根光纤会包含若干根光芯，数量从 2 的 n 次方递增)上实现收、发两路操作， 这类产品采用了波分复用的技术，使用的波长多为 1310nm 和 1550nm，即一端用 1310nm 波长的光代表发，用 1550nm 波长的光代表收，另一端用 1310nm 波长的光代表收，用 1550nm 波长的光代表发。 一般来说，如果是光电收发器是放置在机房，选择单纤光电收发器，因为单纤光电收 发器结构质量比较稳定，单纤光电收发器模块式的结构，可以通过在机房中放置机框来实 现光电收发器的集中放置，比如一个 16 槽的机框就可以一次放置 16 个光电

39、收发器，如图 10 所示。 图 10 16 槽光电收发器 这种集中式的装置就为利用光电收发器大规模组网提供了条件，教育、公安、银行等 机构组网时，在中心机房都是使用的这种机框式的光电收发器。 单纤双网口：随着业务的发展，人们对于利用光电收发器组网提出了更高的要求，如 为本地某银行提供的组网，银行要求提供两条严格隔离以太网线路。使用的光电收发器设 光电收发器技术性能分析与应用 第 18 页 共 24 页 备技术上要成熟、安全的、可以简化网络结构、节约设备投资，并且要实现通过一根光纤 接入两个有严格隔离安全要求的业务网络，最大程度的节约光纤资源。设备以太网电口为 10/100M 自适应的端口，光路

40、可实现以太网链路最远 60km 的接入能力，支持局端网管功 能。在网管平台下，可实现对局端设备全面的监测与配置，及光路收、发双向中断告警等 监控功能。该单位需要从中心机房至各个分理处都需要两条线路以实现环路备份，每个分 理处既有办理银行业务的专网，又有内部办公网络，为了满足需要，要利用交换机的生成 树功能和单纤双网口光电收发器，组了一个环网，网络拓扑如图 11 所示： 图 11 单纤双网口网络拓扑图 从图 11 可以看出，这种组网结构在 A 处和 B 处都实际上与交换机人为的组成了一个 环路，但是由于交换机支持生成树功能，当环路出现后，会自动选择一路作为工作线路， 而将另一路断开作为备用，当工

41、作线路由于线路上断纤而不能正常工作时，备用线路会自 动启用，变成工作线路。从图 11 可以看出这种组网方式很复杂，实际的工程中的组网还 要更复杂。 (3)千兆光电收发器及集成光纤接口的交换机 使用光电收发器进行联网，优点是稳定度好，速度快。有 100M 全双工以及比 100M 还要快的 1000M 全双工。如果企业原来用 100M 线路进行联网，但是由于业务发展的需 要，需要更高速度的联网线路，就可以千兆光电收发器。 光电收发器技术性能分析与应用 第 19 页 共 24 页 在外观和使用方法上与百兆光电收发器没有什么区别，只需要更换一下光电收发器模 块，不需要改动，就可以平滑的将网络带宽由百兆

42、升级到千兆。现在有越来越多的企业使 用集成了千兆光纤接口的交换机，即在前面板上可集成了光纤接口，可以提供千兆的传输 速率。如华为 3528 千兆交换机。如图 12 所示： 图 12 S3528P 前面板示意图 即在前面板上可集成了光纤接口，可以提供千兆的传输速率。 总结：合理的使用光电收发器，既可以组点对点的网络，也可以组环型自愈的网络， 光电收发器有多种不同的分类，而实际使用中大多注意的是按光纤接头不同而区分的类别： SC 接头光电收发器和 FC/ST 接头光电收发器。 4.2 光电收发器使用原则及其故障排除方法 光电收发器使用注意事项： 41 节提到光电收发器有多种不同的分类，而实际使用中

43、大多注意的是按光纤接头 不同而区分的类别，SC 接头光电收发器和 FC/ST 接头光电收发器。在使用光电收发器连 接不同的设备时，必须注意使用的端口不同。 (1)光电收发器到 100BASE-TX 设备(交换机，集线器)的连接。确认双绞线的长度最长 不超过 100 米；连接双绞线的一端到光电收发器的 RJ-45 口(Uplink 口)，另一端到 100BASE-TX 设( 交换机，集线器)的 RJ-45 口(普通口)。 (2)光电收发器到 100BASE-TX 设备(网卡) 的连接。确认双绞线的长度最长不超过 100 米；连接双绞线的一端到光电收发器的 RJ-45 口(100BASE-TX 口

44、)，另一端到网卡的 RJ- 45 口。 (3)光电收发器到 100BASE-FX 的连接。确认光纤长度没有超出设备能提供的距离范 围；光纤的一端连光电收发器的 SC/FC/ST 接头，另一端连接 100BASE-FX 设备的 SC/ST 接头。 另外需要补充的是很多用户在使用光电收发器时认为：只要光纤的长度在单模光纤或 光电收发器技术性能分析与应用 第 20 页 共 24 页 多模光纤所能支持的最大距离内就可以正常使用。其实这是一种错误的认识，这种认识只 有在连接的设备都是全双工的设备时才是正确的，当有半双工的设备时，光纤的传输距离 就有一定的限制了。 光电收发器故障及排除： (1)光路LIN

45、K灯不亮 4。先检查光纤链路是否有问题，一般来说要么是由于光纤断了， 要么是光纤中间环节多，比如中间有几个接续包或者通过法兰盘跳接等使光纤狈耗过大， 超出了收发器接收范围，用光功率机测试一下就可知道，然后看收发器的两个光纤接口与 光纤的连接是否正确，A端的TX口应与B端的RX口连接，A端的RX 口应与B端的TX连接。 (2)电路LINK灯不亮。首先检查网线是否有问题，然后根据与收发器连接的设备选用 直通线或者交叉线，一般与交换机等多地址网络设备连接时用交叉线，与服务器工作站等 单地址网络设备连接时用直通线。有些收发器有两个RJ45端口，一个直通一个交叉，有些 侧面有MPR和DTE 两个选择开关

46、， MPR表示直通连接，DRE 表示交叉连接，还有一种情 况是收发器与其他网络设备(网卡、集线器、交换机等)的速率不匹配，比如100M 的收发器 接了个10M网卡或IG交换机端口，因此电路LINK灯始终不亮，要注意的是，有些收发器 必须等光路连通后电路LINK灯才亮，因此要注意看收发器使用说明书。 (3)收发器各指示灯都亮着，但光路LINK 灯和电路LINK 灯闪烁过慢或闪烁明显不对称， 从而导致网络不通，一般重启一下就可恢复正常。 在收发器指示灯正常的情况下，如果丢包严重、速度慢，可能是连接收发器和网络设 备的网线有问题或光纤损耗过大，也可能是两端设备接口的双工模式不匹配，收发器本身 的问题

47、也可以导致丢包率过高，必须两端依次更换收发器才能找出丢包原因，还曾遇到这 样的情况，即10/l00M自适应收发器连接10/100M网卡必须把网卡速度定死才能减少丢包 率；如果网络时通时断，可能是光纤损耗过大，收发器接收端光功率在收发器所能接收的 最小的临界值左右，因此网络流量一大就可能使网络阻塞而中断，而流量小的时候又能保 持连通，还有一种原因可能是收发器本身的问题，TX口发出的光功率很低，用一个短距 离的跳纤一端接收发器仪口，一端接光功率机，就可以刚出发出光功率的值。 (4)时通时断现象。可能为光路衰减太大，此时可用光功率计测量接收端的光功率，如 果在接收灵敏度范围附近，12dB 范围之内可

48、基本判断为光路故障。也有可能为与收发器 连接的交换机故障，此时把交换机换成 PC，即两台收发器直接与 PC 连接，两端对 PING，如未出现时通时断现象可基本判断为交换机故障。还可能为收发器故障，此时可 光电收发器技术性能分析与应用 第 21 页 共 24 页 把收发器两端接 PC(不要通过交换机 )，两端对 PING 没问题后，从一端向另一端传送一个 较大文件(100M)以上，观察它的速度， 如速度很慢(200M 以下的文件传送 15 分钟以上)， 可基本判断为收发器故障。 (5)收发器测试方法。如果发现收发器连接有问题 ，请按以下方法进行测试，以便找 出故障原因： 近端测试：两端电脑对 P

49、ING ，如可以 PING 通的话证明光电收发器没有问题。如近 端测试都不能通信则可判断为光电收发器故障。 远端测试：两端电脑对 PING ，如 PING 不通则必须检查光路连接是否正常及光电收 发器的发射和接收功率是否在允许的范围内。如能 PING 通则证明光路连接正常 。即可 判断故障问题出在交换机上。 远端测试判断故障点：先把一端接交换机，两端对 PING，如无故障则可判断为另一 台交换机的故障。 4.3 光电收发器选择原则 在实际的选择中，企业考虑的一个重要的因素是价格。几百元的产品足以满足一般的 企业的需求了，除非是特殊的行业，例如电信、军事等。除价格外同时还必须考虑产品与 周边环境相容性的配合及产品本身的稳定性、可靠性，否则价格再低，买了也没有用。为 了使大家能挑到好的产品，把一些采购要点罗列如下： (1)是否可支持全双工及半双工。市面上有些芯片，目前只能使用全双工环境，无法 支持半双