光纤正越来越多地应用在布线系统当中，因此，在系统设计时，就要充分评估采用单模光纤还是多模光纤，以确保系统即能满足现在的要求，又能支持将来网络升级的需求。当有新的应用产生的时候，要求传输数据的速率也会相应地提高。采用光纤作为通信介质，就可以充分利用其带宽的优势，满足可升级的要求；这样，可以充分确保对未来所有应用的兼容性。本章的目的，就是要讨论光纤的类型和性能，以及它们如何支持局域网(LAN)和存储网(SAN)的应用需求；同时，重点列出为确保将来可升级性所需要考虑的因素。
应用
目前，主要存在六种网络应用，每种应用形式之间都有不同，但相互之间又有一些内在的联系。这些系统分别是：以太网(Ethernet)，令牌环(Token Ring)，光纤分布式数据接口(FDDI)，光纤通道(Fibre Channel)，异步传输模式(ATM)，同步光纤网络(SONET或SDH)。这其中，有些是专门为数据传输而设计的，其它的可以同时承载语音、数据和视频信号（虽然这三种类型的信号，其传输速率非常不同）。本章将主要论述每种应用的传输需求。
以太网(Ethernet)
以太网主要用作数据传输。这种网络最开始是基于总线型的，并采用同轴电缆作为总线传输介质，但现在用光纤取代同轴，延长了它的可用距离。以太网现在主要用于交换网络，而以光纤作为介质的以太网方式有10BASE-F(10 Mb/s), 100BASE-F (100 Mb/s), 100BASE-5 (100 Mb/s),1000BASE-S (1000 Mb/s), 1000BASE-L (1000 Mb/s),10GBASE-S (10 Gb/s), 10GBASE-L (10 Gb/s), 10GBASELX4(10 Gb/s), 10GBASE-E (10 Gb/s)。目前，用于建筑内布线的光纤主要采用多模光纤，并使用850 nm 波长的收发器，传输速率为千兆1000 Mb/s。采用这种设计，一定要考虑将来升级到万兆(10 Gb/s)的可能性。对于园区主干(或建筑物之间)的应用，如果采用多模光纤，需要传输速率为千兆1000 Mb/s时，通常要考虑链路长度可以达到1000m的情况；然而，如果考虑将来必须支持系统升级到万兆(10 Gb/s)，并且链路长度要大于550m的情况，就必须采用单模光纤。以太网系统的标准在IEEE 802.3中作了规定，针对铜缆的万兆以太网，目前有10GBASE-CX4，采用工厂预制的双同轴电缆连接，传输距离为15m；以及10GBASE-T，采用 Cat 6A数据铜缆连接，传输距离为100m。
令牌环(Token Ring)
令牌环是一种基于环型网络应用的数据传输网络，它采用850 nm工作波长，传输速率为4 Mb/s 或 16 Mb/s。令牌环采用“令牌”在各站点间传送数据，那些有令牌的站点才能传数据。网络采用双绞线铜缆或光纤做为传输介质。令牌环标准为IEEE 802.5。
光纤分布式数据接口(FDDI)
FDDI是基于令牌的双向环网络，可以应用于数据和数字视频传输。基于前面几种应用，为提高网络可靠性，并且满足更高速率和更长距离的要求，设计了这种FDDI网络。它采用双环结构，其中一个环传输信号，另一个环作为备份，以防止路由节点或线缆中断。它的传输速率为100 Mb/s，工作波长为1300 nm，并且在其最初的版本中是采用62.5/125 μm多模光纤，但现在也可以采用50/125 μm多模光纤。
光纤通道(Fibre Channel)
光纤通道是一种高可靠的串行通信链路，其传输速率为1 Gb/s, 2 Gb/s,4 Gb/s，8Gb/s等。标准主要推荐采用多模或单模光纤。具体采用何种光纤，主要决定于传输距离和速率。这种通信链路方式主要应用于存储网络(SAN)，并且一般采用激光优化50/125 μm多模光纤(OM3)，工作波长在850 nm。如果作为建筑物之间的连接，由于距离的关系，就要采用单模光纤了。
异步传输模式(ATM)
设计ATM网络的目的主要是是用来使数据能在不同的网络之间有效的传输。如果用户将语音(低速率)、数据(中速率)和视频(高速率)信号复用到一起，就要求系统能够处理速率要求最高的信号(显然是视频信号)。通过将输入的语音、数据和视频信号统一打包成53-byte 数据包(5-byte为地址编码，48-byte为信息)进行传输和交换，ATM可以非常有效地利用带宽，并与连接的网络兼容。ATM的特点是可以采用同一种数据包的格式，传输不同的信号；并且可以根据网络地址所在的网络速度自动调整。当系统需求改变，传输速度可以跟着改变，其速率可以从52 Mb/s 到 2.5 Gb/s。
同步光纤网络(SONET或SDH)
同步光纤网络(SONET或SDH)是一种运行在单模光纤上，通过分级复用来传输语音、数据和视频信号的多级传输网络。SONET的基本速率为51.84 Mb/s，可以通过多级复用的方式来传输更高速率的信号。SONET本身并不是一种应用型网络，而是一种将不同应用和网络组合成广域网(WAN)的系统。由于目前许多正在开发的高速率应用会采用SONET传输方式，我们需要了解一些关于它的具体复用方式：SONET会将所有输入的复用信号重新格式化为同步传送信号 （STS）,然后再转换为光负载(OC)信号。例如，将STS-1电信号转换为OC-1光信号。这样，OC信号就和STS信号具有相同的速率、格式和功能。采取这种方式，SONET可以传输各种基于应用的网络信号，如ATM, 以太或FDDI等。
光端设备
在选择光纤和光端设备时，需要考虑网络应用、传输距离以及传输速率等因素，这样才能从整体方案上作出最好的选择。一般在室内情况下，多选择多模光纤；这主要是考虑到它的光电传输设备成本要远低于单模光纤的设备。首先要通过对系统设计的具体分析来选择最合适的光纤类型和光端设备，然后再具体决定它们的技术参数。以下将讨论各光学参数的特性和含义，以便指导我们在具体设计时的方案设计和选型。
光发射器
光发射器是一个光电转换装置，电信号输入后，将其转换成光信号然后入射到光纤上。光发射器可以是光电二极管(LED)或激光器(Laser)。影响光纤选择的光源特性是中心波长(Center Wavelength)和频谱宽度(Spectral Width)。LED由于只能发射椎型的大面积入射光，因此只能用于数值孔径较大的多模光纤，但这种光源要比激光便宜很多。LED的最大调制频率为300 MHz，因此可以传输的速率为655 Mb/s。当速率大于655 Mb/s时，就要考虑使用激光光源。LED光源的典型输出功率为-12 dBm。Fabry Perot (FP)和Distributed Feedback (DFB)激光器可以发出光斑非常小的激光，这时采用单模光纤是最理想的。当然，此时也可以采用多模光纤，并在1300 nm波长工作。VCSEL激光器发射的激光光斑要大于FP或DFB激光器，但远小于LED光。由于其成本接近于LED但性能却好很多，可以提供多模光纤应用的优化方案。目前，它可以在850 nm工作波长，在50/125 μm多模光纤上提供千兆(1 Gb/s)以上的应用。
中心波长
光发射器的出光波长决定了它的特性，其标称波长被称作光发射器的中心波长。光信号本身实际是由其标称波长临近的所有波长的光组成的。中心波长主要决定于制作光发射器所采用的材料和组成，单位为纳米(nm) 。过去多年常用的光电二极管光源(LED)的中心波长为850 nm 或 1300 nm，因此，多模光纤的传输特性都定义在这两个波长上。用于单模光纤系统的激光器都采用1310 nm或 1550 nm波长，因此，单模光纤的传输特性都定义在这两个波长上。VCSEL激光器的中心波长为850nm。
频谱宽度
光发射器的所有功率并不只是集中在中心波长，而是分散于中心波长附近的波长区域。这个区域就被定量为频谱宽度Δλ，单位为纳米(nm)；Δλ值会影响整个光纤链路的传输能力。频谱宽度通常由FWHM(full-width, half-maximum)值表示。光发射器都要求包含频谱宽度这一指标。通常，LED的频谱宽度FWHM为30-50 nm；VCSEL典型值为0.2-0.4 nm；而FP 激光器典型值为1-3 nm。
接收器
就象光发射器一样，每一个光纤传输设备都带一个接受器。光纤系统中，几乎所有类型的接受器都会带一个光电探测器，如光电二极管，用来将进入的光信号转换成电信号。接受器的工作波长要和发射器的波长匹配。工作波长设计在1300 nm的接受器不能用于850 nm波长。
速率
所谓速率，是指在低于某一误码率(BER)要求的情况下，传送或接受的最大比特率。通常情况下，误码率为10-12，即在1012 个脉冲中允许有一个错误脉冲。企业网络应用的光源一般都采用直接调制(DM)，光源可以是LED或激光（如VCSEL）；之所以被称为直接调制，是因为光源本身会做开/关的动作。与这种模式不同的是外部调制(EM)，此时，激光器一直在点亮的状态，而调制是通过外部来进行的。EM激光器的性能要比DM光源好，但价格也贵的多。通常在企业网中采用DM光源，因为这种激光器即能满足性能要求，成本又很低。相对直接调制光源，它的限制因素是每一个脉冲点亮光源(rise time)和关闭光源(fall time)所需要的时间。rise time通常指输出光强度从最大光强的10%到90%所需要的时间，fall time的含义正相反。一般情况下，这两个时间是一样的；否则，这两个时间更长的那个值被称作响应时间，其数值大概为几个纳秒。
接受器也存在上述所说的两种时间，并且也会限制传输速率。光电探测器需要一定的时间来响应光的变化，然后产生电信号。这个时间主要与光电二极管所采用的材料和它的设计有关；响应时间越长，能够成功传送的速率就更低。
另外一个影响是光电探测器的大小与它的响应时间之间的关系。探测器越大，从光纤出射端捕捉的光就越多，同时，对准更简单。然而，光电探测器越大，其响应时间也会增加。接受器的数值孔径应该与光纤的数值孔径相匹配，可以优化系统性能。目前主要有两种接受器- PIN 二极管和雪崩二极管。 PIN二极管最常用，是一种较经济的方案。
动态范围
入射到光电探测器上的光太强或太弱都会产生误码。探测器的响应时间只有在某一个功率范围内才是线性的，这个区间就称为动态范围。如果光强超出了给定光电探测器的线性响应区间，那么在探测器产生的电流与接受的光强就不成正比。如果超出了动态范围，接受器就会饱和。如果需要，可以在接受器光纤出光处增加一个光衰减器来减小输入光功率。接受器的灵敏度指标规定了需要的最小功率。一般，对工作波长在850 nm的千兆以太网系统，典型值要求-17 dBm。
工作波长
工作波长的概念在系统设计中也非常重要。多模光纤的优化工作波长为 1）850nm，2）1300nm，其中在1300 nm工作波长的衰耗要低于850 nm工作波长。传统的62.5/125 μm多模光纤优化波长为1300nm ，在这个波长，既考虑到其很好的带宽，又能有低的衰耗。随着传输速率的提高，由于多模光纤模间色散的原因，影响多模光纤系统更主要的是带宽的限制而不是衰耗。工作波长在850 nm 的VCSEL激光器，促进了激光优化50/125 μm多模光纤的推广；采用这种光纤，可以满足高速传输速率下传输距离要求，同时，可以充分利用多模光纤系统总成本低的优势。
康宁公司已全部采用ITU-T G.652.D和TIA/EIA-492-CAAB规定的色散非位移单模光纤，即在水峰区间有低的衰耗（或称为低水峰或零水峰单模光纤）。它主要工作在1310 nm和1550 nm波长；对使用哪一个波长，需要规划和考虑。这种单模光纤在1550 nm波长比在1310 nm波长有更低的衰耗，但它在1550 nm波长的色散系数要比在1310 nm波长大的多。通常，对于局域网的应用，建议采用这种色散非位移单模光纤，因为它的设计工作波长就在1310 nm波长；这种光纤也是标准TIA/EIA-568-B.1, Commercial Building Telecommunications Cabling Standard, 和 IEC 11801, Generic Cabling for Customer Premises 推荐的单模光纤。万兆以太网标准规定采用低水峰色散非位移单模光纤，且工作波长为1310 nm 或 1550 nm。
光纤指标
光纤主要分两大类- 单模光纤和多模光纤。总的说来，多模光纤最适合室内应用，因为在这种情况下，链路较短并且接头非常多。多模光纤由于有更大的数值孔径，允许采用相对便宜的LED 和 VCSEL 发射器。单模光纤最适用于长距离系统，
标准的多模光纤有50/125 μm 和 62.5/125 μm两种，这两种光纤种类都得到TIA/EIA-568-B.3 和IEC 11801的认可。TIA/EIA-568-B.3 同时也认可单模光纤用于主干布线。TIA/EIA-492AAAA, TIA/EIA-492AAAB,以及TIA/EIA-492CAAB 分别规范了62.5/125 μm，50/125 μm多模光纤以及单模光纤的机械，几何和光学特性。
激光优化50/125 μm多模光纤主要用于850 nm工作波长，支持千兆和高于千兆速率的网络应用。该光纤在850 nm工作波长可以支持10 GbE以太网和10 Gb/s光纤通道 (FC)传输550米的距离。TIA/EIA-492-AAAC标准规范了这种激光优化50/125 μm多模光纤的机械，几何和光学特性。现在，这种光纤也完全得到TIA/EIA-568-B.3和IEC-11801 标准的认可。
在一个特定的应用环境下选择合适的多模光纤类型，必须考虑当前和未来带宽和链路长度的需求，将来的链路长度有可能由于布线区域的扩充或移动、增加、改变(MAC)的要求而增加。目前，测试多模光纤系统性能的带宽测试方法有好几种。直到目前为止，62.5/125 μm类型的多模光纤在局域网的安装、使用上仍然是最多的。这种传统的多模光纤系统采用LED 光源， 其入射条件为满注入(OFL)方式。TIA/EIA-455-204 详细规定了OFL带宽的测试方法，从而可以通过该带宽值来衡量采用LED光源的光纤系统特性。随着系统向更高速率转变，就要求使用激光作为光源，这样，光纤带宽的测量技术也需要演进。为更好地测量激光入射条件下的光纤系统性能，标准和规范也增加了这方面的内容。TIA/EIA-455-204 和 IEC 60793-1-41 规定采用限定模式入射法(RML)来测量采用VCSEL光源的系统特性。采用该方法适合千兆光纤系统的带宽测试。
如果系统的数据速率超过千兆，那么按照TIA/EIA-455-220和IEC 60793-1-49的测试方法，就要用一系列小的入射光斑 （约5 μm）来径向扫描光纤芯，然后，测量输出脉冲的时延以及光纤模式耦合功率与径向位置的函数（图例），这种方法被称作差模时延法(DMD)。采用这种测量方法得到的数据可以有两种分析方法来定量计算光纤的有效模式带宽(EMB)。第一种将DMD测量数据转换为EMB带宽的方法称为DMD模板法。采用该方法，需要测量每一个输出脉冲的上升沿和下降沿，并进行功率归一化处理，这样，就减少了DMD测试的原始数据的信息而只利用了它们的时延信息，其得出的数据是光纤的整体时延，即最快的上升沿与最慢的下降沿之间的延时，单位是ps/m。当测试多模光纤系统是否能满足万兆的要求，就要求所采用的光纤满足的最小EMB带宽为2000 MHz•km。如果采用上述方法，就要求所测量的DMD 数据满足规定的模板要求，且测量 的DMD值小于0.25 ps/m。因此，从上述测量方法看，这种方法简单，但只能测量该多模光纤是否满足 2000 MHz•km的指标要求，它无法告诉你光纤的具体带宽是多少数值。
现在康宁公司有一种新的计算方法，采用DMD的测量数据，来计算它的EMB带宽，该方法被称为有效模式带宽计算值（EMBc）法。它利用被DMD模板方式忽略的DMD数据，很详尽的得出光纤的性能，包括了时间延迟的形式和以光纤半径位置为函数的耦合形式。用EMBc，光纤的性能可用基于超过10,000种有代表性的VCSEL光源来表现。
从概念上讲，DMD 测量仅仅是一系列单独发射的VCSEL，并且每次发射都以不同的径向偏移进入待测的多模光纤的纤心。所有的反射组合在一起，输出脉冲与光纤/激光光源结合在一起，被用于计算得出以 MHz.km为单位的EMB。光源与光纤DMD测试综合起来的方式，被用来正确计算得到一个10G系统的有效模式带宽。
为确保一个10 Gb/s的系统在任何情况下都不出现失误。某些光源厂家倾向于生产大光斑的激光器，而另一些厂家可能倾向于小光斑的激光器。标准的目标是保证广泛的光源与光纤都能满足同样的功能。理论上，要用各种激光器对每种光纤进行测试，以验证它是否达到要求，这种方式是不现实的。EMBc的方式提供这样一种方法：使用DMD的测试和径向激光光通量的测试来评估有多少光纤可以与一系列的激光器谐调工作，或多少激光器可以与一系列光纤谐调工作。EMBc概念的一个重要特征在于任何光源耦合入光纤的模式能够用偏置脉冲的数学方式来表达，所以系统性能也能用任何DMD测试的光纤与任何光源的数学方式表达。
TIA-455-220A附件D提供了一种程序来模拟10种不同的光源（通过数形图列出全部的光源）并针对每种光源计算出相应的EMB值。然后选择最小的EMB值，作为这种光纤实际应用的对所有VCSEL光源都可确保性能的EMB值。所以这种方式也称为“miniEMBc”。
总而言之，EMBc计算的主要目的是确保光纤的有效模式带宽符合10G/s要求的2000 MHz.km带宽适用于任何激光器。此外，这种方式提供以MHz.km为单位的带宽值能够被用于设计支持基于300米距离的10 G系统。
由于综合考虑了激光器与光纤的性能（更重要的是考虑了其相互作用），因此相对于其他用于保证系统性能的带宽参数而言，EMBc具备更多的优势。
光纤的传输距离
前面已经提到过，在实际应用中使用光纤的最好的方法就是综合考虑各种实际因素，这其中包括链路长度、使用的设备性能以及系统的可升级性能。因此，对于每一种具体的应用，都存在光纤传输距离的问题。这些可以通过我们提供的对照表去具体查询。
总结
康宁公司建议在光纤布线中优先选择50/125 μm多模光纤作为大楼主干、园区主干、水平布线、集中式布线以及数据中心布线。这样可以在用户使用的初期阶段，支持低速率的系统；当设备升级以后，可以使用原本就敷设好的激光优化系统来支持高速率的需求。根据所选用的光纤级别，这种方法可以支持的升级方案为：初期采用千兆，传输距离为600 至 1000 m；将来升级到万兆，传输距离可以为82 至 550 m。
当我们需要增加光纤来延长已有的光纤连接，来增加光纤链路长度，所增加的光纤必须与原来的光纤具有相同的芯径，而不建议采用混合光纤类型。但如果在有源设备端作新的光纤连接时，原来采用62.5/125 μm的光纤，完全可以在其它端口采用50/125 μm的光纤。
