無源光網(wǎng)絡(luò)分析

1、無源光網(wǎng)絡(luò)次瀏覽次數(shù)：約 272無源光網(wǎng)絡(luò) （ PON ）技術(shù)是為了支持點(diǎn)到多點(diǎn)應(yīng)用而發(fā)展起來的光接入技術(shù)。為傳輸媒質(zhì)，并使用無源光分配網(wǎng)，由于采用P 光纖 ON 避免了外部設(shè)備的電磁干作擾和環(huán)境影響，減少了線路和外部設(shè)備的故障率，提高了系統(tǒng)的可靠性，同時節(jié)約了維護(hù)成本。窄帶PON幾乎沒有怎么實(shí)際應(yīng)用就被寬帶PON （ BPON）取代了，BPON目前出現(xiàn)了APON、EPON和GPON這 3 種技術(shù)。目錄無源光網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢與核心構(gòu)成無源光網(wǎng)絡(luò)原理無源光網(wǎng)絡(luò)（PON ）需要FPGA設(shè)計的支持無源光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢無源光網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢與核心構(gòu)成目前，作為新一代接人技術(shù)的PON已經(jīng)成為當(dāng)前實(shí)現(xiàn)丌Tx的首選方案， 下

2、屬BPON、EPON、GPON 和 WPON 等多種技術(shù)，其應(yīng)用范圍也包含了寬帶接人、TDM域。與傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相比，PON 技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)PON是無源的，因此會節(jié)省更多的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)費(fèi)和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營維護(hù)費(fèi)。專線和基站回傳等多個領(lǐng)(2)PON可以實(shí)現(xiàn)多用戶分擔(dān)成本。PON協(xié)議所固有的安全性和帶寬共享機(jī)制，可以確保用戶共用線路的安全和透明。(3) 為相同數(shù)量客戶提供業(yè)務(wù)的PON 設(shè)備的體積更小，占用中心局的空間更少。(4)PON同時支持傳統(tǒng)語音業(yè)務(wù)和寬帶業(yè)務(wù)，具備良好的業(yè)務(wù)擴(kuò)展性，能平地滑向NGN網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)，還能輕松加載各種增值業(yè)務(wù)。(5)PON支持所有住宅用戶和許多商業(yè)用戶共享一個接入網(wǎng)( 包

3、括物理層和協(xié)議層) ，因而減少了分散的接入網(wǎng)的數(shù)量。PON中最主要的三個部分，包括位于局端的OLT(OpticalLineTerminal，光線路終端) 、終端 ONU(OpticalNetwork Unit，光網(wǎng)絡(luò)單元 ) 以及 ODN(Optical DistributionNetwork，光配線網(wǎng) ) 。PON “無源” 是指示。 1 不含有任何電子器件及電源。如圖ODN全部由光分路器(Splitter)等無源器件組成，所圖 1 基于 PON 的寬帶接入方式面對未來運(yùn)營商的多種需求，PON 技術(shù)以其高帶寬、高可靠性以及強(qiáng)大的全業(yè)務(wù)接入能力已成為兀 Tx 的主流技術(shù)， 并配合“光進(jìn)銅退”

4、的發(fā)展戰(zhàn)略， 在光通信 市場占據(jù)領(lǐng)先地位。無源光網(wǎng)絡(luò)原理PON 是在所謂的“最后一公里”中缺少帶寬時的解決方案。家庭用戶為了獲得快速因特網(wǎng)接入可以選擇的方法極其有限( 電話或電纜系統(tǒng)) 。同樣 , 企業(yè)也局限于T1 和 T3 載波提供的性能, 雖然目前的無線、光纖和衛(wèi)星業(yè)務(wù)都已更加成熟。PON 提供了城域中的另一種解決方案。它主要用于解決寬帶最終用戶接入終端局的問題，由于這種接入技術(shù)使得接入網(wǎng)的局端(OLT) 與用戶,(ONU) 之間只需光纖、光分路器等光無源器件，不需租用機(jī)房和配備電源，因此被稱為無源光網(wǎng)絡(luò)。它用于 FITH( 光纖到家庭 )?；旌?PON 系統(tǒng)將光纜延伸到通信公司的遠(yuǎn)程終端

5、, 然后利用銅線在DSL PON業(yè)務(wù)進(jìn)入家庭。的架構(gòu)中，一個光纖終端（OLT ）下可以有多個無源光網(wǎng)絡(luò)（PON ）的單元。每一個單元均可形成一個獨(dú)立的PON網(wǎng)，藉由并不昂貴的分波器和光纖分布連接多種不同類型的ONT。對于接入網(wǎng)絡(luò)的無源性設(shè)計，減少了對電子元件的需求，如此一來便可以降低維修成本的支出。無源光網(wǎng)絡(luò)是“復(fù)興的”光纜技術(shù),它最初是為有線電視網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的。最近以來, 它作為一種能在城域提供高速接入的體系結(jié)構(gòu)而得到關(guān)注。PON現(xiàn)在是ITU規(guī)范。通過 PON ，單根光纖從服務(wù)提供商的設(shè)備延伸到靠近居民區(qū)或商務(wù)中心的位置?！盁o源”是指該系統(tǒng)在服務(wù)提供商和客戶之間不需要電源和有源的電子組件。它僅由

6、光纖、 分路器、 接頭和連接器組成。 一根光纖可為多個客戶提供服務(wù), 而此前的系統(tǒng)要求每個客戶都有獨(dú)立它是農(nóng)村地區(qū)的理想選擇。, 可遠(yuǎn)距離使用PON 的光纖。在圖中描述了基本的PON 體系結(jié)構(gòu)。其概念是將光纖中繼線從服務(wù)提供商的頭端輻射到用戶。此系統(tǒng)具有以下組件:OLT ( 光線路終端) PON光纖在服務(wù)提供商設(shè)施處的終端。ONT( 光網(wǎng)絡(luò)終端 )在用戶位置的終端。OAS( 光接人交換機(jī))位于服務(wù)提供商處的交換機(jī),它聚合來自所有用戶的信元/ 數(shù)據(jù)分組并提供向因特網(wǎng)和PSTN 的連接。POS( 無源光分路器 ) 或“分路器”在沿著進(jìn)入多點(diǎn)樹狀拓?fù)涞穆窂降娜我恻c(diǎn)分離中繼線和光信號。ONU( 光網(wǎng)絡(luò)

7、單元 ) 提供對用戶的扇出連接。每條 PON中繼線最多可支持32 次分路和 64個0NU 。用戶與 ONU 的連接可以使用同軸電纜、雙絞線、光纜,甚至是無線連接。I0T( 智能光終端 ) 主要指設(shè)計用于商業(yè)連接的0NU 。它為企業(yè)提供多種話音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù), 與綜合接入設(shè)備非常類似。PON 中繼線的帶寬范圍從l55Mbit/s到 622Mbit/s。每一次分路都會減少帶寬, 因此用戶可用的帶寬取決于在他和頭端設(shè)備之間的分路次數(shù)。例如,對 622Mbit/s的中繼線 , 如果對其分路以支持 32 個 0NU, 則與 0NU 相連的用戶最多可獲得19.5Mbit/s的帶寬。該帶寬由所有用戶分享。為了組

8、織此纜路上的通信,可以采用許多技術(shù),包括 ATM 、以太網(wǎng)、 FDM( 頻分復(fù)用 ) 以及WDM( 波分復(fù)用 ) 。FSAN ( 全業(yè)務(wù)接入網(wǎng)絡(luò)) 聯(lián)盟對 ATM PON(APON)作出了決定 ,APON 變成 ITUG.983 標(biāo)準(zhǔn)。 APON 使用眾所周知的技術(shù), 并提供有保障的QoS( 因?yàn)?ATM 信元有固定的大小以及 ATM 專用的 QoS 協(xié)議功能 ) 。 APON 是一種基于ATM 信元的 TDM TDMA技術(shù)，由于ATM 在實(shí)現(xiàn)不同業(yè)務(wù)的復(fù)用以及適應(yīng)不同帶寬方面的靈活性，使 APON 成為一種結(jié)合多業(yè)務(wù)多比特率支持能力和無源光網(wǎng)絡(luò)透明寬帶傳送能力的比較理想的長遠(yuǎn)解決方ATM 案

9、，是未來寬帶接入技術(shù)的發(fā)展方向，其標(biāo)準(zhǔn)遵循 ITU TG.983 建議，最高速率為 622Mbit/s。因?yàn)?APON 二層采用的是ATM 封裝和傳送技術(shù)，因此存在帶寬不足、技術(shù)復(fù)雜、價格高、承載IP 業(yè)務(wù)效率低等問題。為更好適應(yīng)IP 業(yè)務(wù)，第一英里以太網(wǎng)聯(lián)盟（EFMA ）在 2001年初，IEEE802.3ah工作小組對其進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，太網(wǎng) PON 的使用。他們稱以太網(wǎng)比ATM由 Cisco 更有理由成為和 CorningPON 的選擇牽頭的數(shù)家公司正在促進(jìn)以 , 因?yàn)榇蠖鄶?shù)企業(yè)都使用以太網(wǎng)連接，所以提出了在二層用以太網(wǎng)取代ATM的EPON技術(shù)。IEEE組成了“ Ethernet in th

10、eFirst Mile Study Group(EPON 可以支持1.25Gbit/s第一英里以太網(wǎng)研究組) ”對以太網(wǎng)對稱速率，將來速率還能升級到PON 以及其他接入技術(shù)進(jìn)行評估。10Gbit/s， EPON 產(chǎn)品得到了更大程度的商用。設(shè)計的支持 FPGA 無源光網(wǎng)絡(luò)（ PON ）需要FPGA 技術(shù)、低成本光學(xué)器件以及無源架構(gòu)都為無源光網(wǎng)絡(luò)(PON) 以及這些網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)做出了巨大貢獻(xiàn)。系統(tǒng)級 OEM 廠商不斷發(fā)現(xiàn)， FPGA 能夠提供技術(shù)性設(shè)計和經(jīng)濟(jì)方面的優(yōu)勢，特別是在網(wǎng)絡(luò)側(cè)的中心局 (CO) 基礎(chǔ)設(shè)施端。2002 年之前，低性能的FPGA 主要用于原型創(chuàng)建工具。而如今的FPGA 具有強(qiáng)大的

11、性能和豐富的功能，能更好地滿足日益提高的PON 設(shè)計需求。另外，更低設(shè)計成本、靈活和可擴(kuò)展的FPGA 對于競爭激烈的無源光網(wǎng)絡(luò)市場來說也是關(guān)鍵。PON 是點(diǎn)到多點(diǎn) (P2MP)光纖到駐地 (FTTP) 的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼夹g(shù)，也常被定義為光纖到路邊(FTTC) 和光纖到家庭 (FTTH) 。在 PON 定義中采用了FTTP 或 CPE( 用戶駐地設(shè)備 ) 。通過無需供電或無源的光分離器，單路光纖可以服務(wù)于多個駐地。分離器通常為32 路，不過有時會多達(dá)64 路。一個 PON 網(wǎng)絡(luò)包括一個位于業(yè)務(wù)提供商中心局的光線路終端(OLT) 和眾多的光網(wǎng)絡(luò)終端(ONT) ，后者也被稱為進(jìn)入駐地的光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)

12、。下行的 OLT 信號以廣播方式送到共享一根光纖的各個ONT 。目前的 PON 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定下行的數(shù)據(jù)率高達(dá) 2.5Gb/s(Gbps)。上行信號則利用時分多路(TDM)技術(shù)組合在一起。與數(shù)字用戶線(DSL) 或電纜相比， PON 具有無可比擬的帶寬優(yōu)勢，可以提供高速三重播放業(yè)務(wù)( 語音，視頻和數(shù)據(jù))。根據(jù) Infonetics的預(yù)測，到2010年，北美和亞太地區(qū)PON 用戶的年度復(fù)合增長率可高達(dá)150%。吉比特 PON(GPON)在北美正在取得強(qiáng)勁的增長，而以太網(wǎng)PON (EPON)主要用在日本。日本政府的津貼政策正在推動PON 市場的逐年增長， 而中國正在仔細(xì)權(quán)衡EPON 和 GPON的優(yōu)劣。

13、寬帶 PON(BPON)或者國際通信聯(lián)盟(ITU-T) G.983x是流行的美國 PON標(biāo)準(zhǔn)。其最大下行數(shù)據(jù)速率為 622Mb(Mbps)，上行數(shù)據(jù)率為155 Mbps。安裝在光纖鏈路中的無源分離器允許一根光纖最多連接64 個家庭。今年， GPON或 ITU-T G.984，即 BPON 的演進(jìn)版本，有望進(jìn)入更多的美國家庭。它支持TDM 和分組數(shù)據(jù)，下行和上行數(shù)據(jù)率最高分別可達(dá)2.5 Gbps 和1.24Gbps 。 GPON 的關(guān)鍵優(yōu)點(diǎn)是無需增加IP 就能支持交換式數(shù)字視頻和原有的TDM 語音。成本敏感性是目前使 DSL 系統(tǒng)具有高度的成本敏感度。PON 用于提供寬帶接入的不管哪種標(biāo)準(zhǔn)，用最

14、為廣泛的寬帶接入技術(shù)。由于具有龐大的用戶數(shù)量，DSL 為每端口設(shè)置了極低的成本標(biāo)桿。因此， DSL 對 PON 提出了強(qiáng)大的挑戰(zhàn)。不過PON 系統(tǒng)在過去兩年里在降低成本和增強(qiáng)功能方面也取得了長足的發(fā)展。隨著 PON 市場的發(fā)展，系統(tǒng)級OEM 廠商和運(yùn)營商正密切關(guān)注其成本的降低，尤其是OLT 的成本。在 ONT 側(cè)，數(shù)量有望增加到百萬臺，因?yàn)镻ON 將為數(shù)以百萬計的駐地提供服務(wù)。許多ASIC和 ASSP 供應(yīng)商盯上了ONT ，并提供各種芯片產(chǎn)品。由于ONT 是一個量很大的市場，ASIC和 ASSP 芯片廠商能夠幫助降低成本，從而幫助系統(tǒng)級OEM 和運(yùn)營商提供較低的價格。另一方面， OLT 系統(tǒng)數(shù)

15、量為數(shù)萬臺而非數(shù)百萬臺，故成本較高。例如，PON 家用調(diào)制解調(diào)器的成本為 100 到 300 美金，而 PON網(wǎng)絡(luò)中 OLT 系統(tǒng)的成本則高達(dá)10000 美金。實(shí)際上， OLT的成本對運(yùn)營商來說極為關(guān)鍵，因此大都集成了多端口線路卡，可以處理越來越多的駐地數(shù)量。OLT 線路卡的期望數(shù)量在可預(yù)見的未來將保持在中等到較低的水平，這有兩個原因。首先，64 個 ONT 只需要一個OLT ，其次， 每個 OLT線路卡的數(shù)量和所用的元器件要遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于大批量的設(shè)計復(fù)雜性使成本問題更加嚴(yán)重。PON OLT線路卡可以支持4 到 8 個 OLT 端口。 于是， OLTONT 設(shè)備。和 ONT 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是一個共享的媒體

16、架構(gòu)，這為系統(tǒng)OEM設(shè)計師提出了挑戰(zhàn)。由于PON標(biāo)準(zhǔn)中采用了TDM技術(shù)，因此OLT和各個ONT之間的交互非常復(fù)雜。TDM用來共享不同駐地間的容量。早期的PON標(biāo)準(zhǔn)使用靜態(tài)TDM ，因此每個駐地接收相同的容量。但是，最新的PON 標(biāo)準(zhǔn)要求能夠根據(jù)駐地的需求變化，為不同的駐地動態(tài)分配容量。這種動態(tài)帶寬分配 (DBA)功能需要利用ONTOLT 也需要將分配的容量通知給每個和 OLT 之間傳送的信令通知ONT 。該協(xié)議基于從ONT到OLT 每個 ONT 所需的容量。OLT 的請求消息。OLT 確定最佳的容量分配，并用確認(rèn)消息予以響應(yīng)。另外，與較簡單的點(diǎn)對點(diǎn)以太網(wǎng)端口不同的是，由于存在動態(tài)TDM 要求，

17、更復(fù)雜的P2MP 。因此 OLT 端口必須在多個ONT 駐地之間進(jìn)行連續(xù)切換。每個PON 端口是一種ONT 分配得到32 或64個可用時隙中的一個與OLT進(jìn)行交互通信。OLT必須快速且連續(xù)地依次鎖定到每個ONT 數(shù)據(jù)流上，用的是眾所周知的突發(fā)模式。為了支持這一極快的鎖定方案，需要一個高度專用的媒體訪問控制器 (MAC) 、串行 / 解串器 (SerDes) 以及時鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù) 尤其重要。 PON MAC 的訪問， ONT 功能。為了協(xié)調(diào)對每個(CDR) 圖 1 ： DSL 和 PON 拓?fù)涔泊??；?FPGA 的設(shè)計針對上述背景，系統(tǒng)級OEM廠商在實(shí)現(xiàn)低成本和高效的OLT設(shè)計方面可選擇性很少。

18、一種方法是選用ASIC技術(shù)。但這種方法的投資成本極高。由于一些原因，ASSP也無法較好地實(shí)現(xiàn)。ASSP 在支持PON升高而升高。 ASSP演進(jìn)需求方面的靈活性有限，缺乏設(shè)計可擴(kuò)展性，并且功耗隨著時鐘速率的在提供可競爭的差異化產(chǎn)品方面的能力也很有限，還面臨著器件停產(chǎn)的風(fēng)險。另外，擁有成本也越來越高，上市時間較長。然而，F(xiàn)PGA 卻能為 OLT 的設(shè)計提供低成本高效率的開發(fā)平臺。 當(dāng)設(shè)計無縫移植到結(jié)構(gòu)化 ASIC 進(jìn)行大批量生產(chǎn)時成本還能進(jìn)一步降低。這種方法由于省去了大型且耗時的 ASIC 開發(fā)，系統(tǒng)OEM廠商可以省去較大的成本，并縮短上市時間。像圖 2 ：OLTSTratix這類線路卡采用的分布式與集中式架構(gòu)的比較FPGA 器件，能夠?yàn)閷?shí)現(xiàn)和集成主要的OLT線路卡功能( 見圖2) 提供所需的高性能邏輯。而且，F(xiàn)PGA 也是用于實(shí)現(xiàn)，從而在一個芯片上實(shí)現(xiàn)MAC 和 PHYCO OLT或者