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無源光網(wǎng)�(luò)
閱讀�18004�(shí)間:2010-12-14 09:58:24

  無源光網(wǎng)�(luò)�PON)技�(shù)是為了支持點(diǎn)到多�(diǎn)�(yīng)用而發(fā)展起來的光接入技�(shù)。由于采�光纖作為傳輸媒質(zhì),并使用無源光分配網(wǎng),PON避免了外部設(shè)備的電磁干擾和環(huán)境影�,減少了線路和外部設(shè)備的故障�,提高了系統(tǒng)的可靠�,同�(shí)節(jié)約了維護(hù)成本。窄帶PON幾乎沒有怎么�(shí)際應(yīng)用就被寬帶PON(BPON)取代了,BPON目前出現(xiàn)了APON�EPONGPON�3種技�(shù)�

原理

  PON是在所謂的“一公里”中缺少帶寬�(shí)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�(電話或電纜系�(tǒng))。同�,企業(yè)也局限于T1和T3載波提供的性能,雖然目前的無�、光纖和�(wèi)星業(yè)�(wù)都已更加成熟。PON提供了城域中的另一種解決方�。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�(shù)使得接入�(wǎng)的局�(OLT)與用�(ONU)之間只需光纖、光分路器等光無源器件,不需租用�(jī)房和配備電源,因此被稱為無源光網(wǎng)�(luò)。它用于FITH(光纖到家�)。混合PON系統(tǒng)將光纜延伸到通信公司的遠(yuǎn)程終�,然后利用銅線DSL�(yè)�(wù)�(jìn)入家��

  在PON的架�(gòu)�,一�(gè)光纖終端(OLT)下可以有多�(gè)無源光網(wǎng)�(luò)(PON)的單元。每一�(gè)單元均可形成一�(gè)�(dú)立的PON�(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(duì)于接入網(wǎng)�(luò)的無源性設(shè)�(jì),減少了�(duì)電子元件的需�,如此一來便可以降低維修成本的支出�

  無源光網(wǎng)�(luò)是“復(fù)興的”光纜技�(shù),它最初是為有線電視網(wǎng)�(luò)�(shè)�(jì)�。最近以�,它作為一種能在城域提供高速接入的體系�(jié)�(gòu)而得到關(guān)�。PON�(xiàn)在是ITU�(guī)��

  通過PON,單根光纖從服務(wù)提供商的�(shè)備延伸到靠近居民區(qū)或商�(wù)中心的位�?!盁o源”是指該系統(tǒng)在服�(wù)提供商和客戶之間不需要電源和有源的電子組�。它僅由光纖、分路器、接頭和連接器組�。一根光纖可為多�(gè)客戶提供服務(wù),而此前的系統(tǒng)要求每�(gè)客戶都有�(dú)立的光纖。PON可遠(yuǎn)距離使用,它是�(nóng)村地區(qū)的理想選��

  在圖中描述了基本的PON體系�(jié)�(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�。此系統(tǒng)具有以下組件:

無源光網(wǎng)絡(luò)原理

  OLT (光線路終�) PON光纖在服�(wù)提供商設(shè)施處的終��

  ONT(光網(wǎng)�(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/�(shù)�(jù)分組并提供向因特�(wǎng)和PSTN的連接�

  POS(無源光分路器) 或“分路器”在沿著�(jìn)入多�(diǎn)樹狀�?fù)涞穆窂降娜我恻c(diǎn)分離中繼線和光信�(hào)�

  ONU(光網(wǎng)�(luò)單元) 提供�(duì)用戶的扇出連接。每條PON中繼線最多可支持32次分路和64�(gè)0NU。用戶與ONU的連接可以使用同軸電纜、雙絞線、光�,甚至是無線連接�

  I0T(智能光終�) 主要指設(shè)�(jì)用于商業(yè)連接�0NU。它為企�(yè)提供多種話音和數(shù)�(jù)�(yè)�(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�622Mbit/s。每一次分路都�(huì)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�,�(duì)622Mbit/s的中繼線,如果�(duì)其分路以支持32�(gè)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�。為了組織此纜路上的通信,可以采用許多技�(shù),包括ATM、以太網(wǎng)、FDM(頻分�(fù)�)以及WDM(波分�(fù)�)�

  FSAN (全業(yè)�(wù)接入�(wǎng)�(luò))�(lián)盟對(duì)ATM PON(APON)作出了決�,APON變成ITU G.983�(biāo)�(zhǔn)。APON使用眾所周知的技�(shù),并提供有保障的QoS(�?yàn)锳TM信元有固定的大小以及ATM專用的QoS�(xié)議功�)。APON是一種基于ATM信元的TDM/TDMA技�(shù),由于ATM在實(shí)�(xiàn)不同�(yè)�(wù)的復(fù)用以及適�(yīng)不同帶寬方面的靈活�,使APON成為一種結(jié)合ATM多業(yè)�(wù)多比特率支持能力和無源光�(wǎng)�(luò)透明寬帶傳送能力的比較理想的長(zhǎng)�(yuǎn)解決方案,是未來寬帶接入技�(shù)的發(fā)展方�,其�(biāo)�(zhǔn)遵循ITU-TG.983建議,速率�622Mbit/s。因?yàn)锳PON二層采用的是ATM封裝和傳送技�(shù),因此存在帶寬不足、技�(shù)�(fù)�、價(jià)格高、承載IP�(yè)�(wù)效率低等問題。為更好適應(yīng)IP�(yè)�(wù),英里以太網(wǎng)�(lián)盟(EFMA)在2001年初,IEEE802.3ah工作小組�(duì)其�(jìn)行了�(biāo)�(zhǔn)�� 由Cisco和Corning牽頭的數(shù)家公司正在促�(jìn)以太�(wǎng)PON的使用。他們稱以太�(wǎng)比ATM更有理由成為PON的選�,�?yàn)榇蠖�?shù)企業(yè)都使用以太網(wǎng)連接,所以提出了在二層用以太�(wǎng)取代ATM的EPON技�(shù)。IEEE組成了“Ethernet in the First Mile Study Group(英里以太�(wǎng)研究�)”對(duì)以太�(wǎng)PON以及其他接入技�(shù)�(jìn)行評(píng)�。EPON可以支持1.25Gbit/s�(duì)稱速率,將來速率還能升級(jí)�10Gbit/s,EPON�(chǎn)品得到了更大程度的商��

�(yōu)�(shì)與核心構(gòu)�

  目前,作為新一代接人技�(shù)的PON已經(jīng)成為�(dāng)前實(shí)�(xiàn)丌Tx的方�,下屬BPON、EPON、GPON和WPON等多種技�(shù),其�(yīng)用范圍也包含了寬帶接�、TDM專線和基站回傳等多�(gè)�(lǐng)域。與傳統(tǒng)的網(wǎng)�(luò)�(jié)�(gòu)相比,PON技�(shù)具有以下�(yōu)�(diǎn)�

  (1)PON是無源的,因此會(huì)節(jié)省更多的�(wǎng)�(luò)建設(shè)�(fèi)和網(wǎng)�(luò)�(yùn)營維�(hù)�(fèi)�

  (2)PON可以�(shí)�(xiàn)多用戶分�(dān)成本。PON�(xié)議所固有的安全性和帶寬共享�(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)�(wù)的PON�(shè)備的體積更小,占用中心局的空間更��

  (4)PON同時(shí)支持傳統(tǒng)語音�(yè)�(wù)和寬帶業(yè)�(wù),具備良好的�(yè)�(wù)�(kuò)展�,能平地滑向NGN�(wǎng)�(luò)演�(jìn),還能輕松加載各種增值業(yè)�(wù)�

  (5)PON支持所有住宅用戶和許多商業(yè)用戶共享一�(gè)接入�(wǎng)(包括物理層和�(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�(gè)部分,包括位于局端的OLT(OpticalLineTerminal,光線路終端)、終端ONU(OpticalNetwork Unit,光�(wǎng)�(luò)單元)以及ODN(Optical Distribution Network,光配線�(wǎng))。PON“無源”是指ODN全部由光分路�(Splitter)等無源器件組�,不含有任何電子器件及電源。如�1所��

基于PON的寬帶接人方式

  �1 基于PON的寬帶接入方�

  面對(duì)未來�(yùn)營商的多種需�,PON技�(shù)以其高帶寬、高可靠性以及強(qiáng)大的全業(yè)�(wù)接入能力已成為兀Tx的主流技�(shù),并配合“光�(jìn)銅退”的�(fā)展戰(zhàn)略,在光通信市場(chǎng)占據(jù)地位�

�(fā)展趨�(shì)

  �(dāng)�,光通信技�(shù)正在往單波�(zhǎng)的大容量以及密集波分�(fù)用的方向�(fā)�,作為下一代接入網(wǎng)中的PON技�(shù)也有向這兩�(gè)方向�(fā)展的趨勢(shì)。從�(zhǎng)�(yuǎn)的角度來��1 Gbit/s的傳輸速率�(yuǎn)�(yuǎn)不能滿足下一代光接入�(wǎng)、用戶終端對(duì)�(yè)�(wù)和服�(wù)的需求,隨著互聯(lián)�(wǎng)持續(xù)、快速發(fā)展的需要,如視頻會(huì)�、實(shí)�(shí)游戲和If,I'v等高帶寬�(yīng)用不斷涌�(xiàn),尤其是HDTV、網(wǎng)真等視頻�(yè)�(wù)�(duì)�(wǎng)�(luò)接入帶寬提出了更高的要求,也推動(dòng)著新的PON技�(shù)層出不窮�

  新生的無源光�(wǎng)�(luò)技�(shù)的代表:WDM—PON、OCDMA—PON和wDM/TDMHPON�,從目前國際研究的現(xiàn)狀來看,這些新技�(shù)集中地表�(xiàn)在三�(gè)方面:一是高帶寬、高利用�,包括提供超�100 km�(zhǎng)距離傳輸,多�1000用戶的大用戶量的接人,以及每戶大�50 Mbps的帶寬;第二是新的網(wǎng)�(luò)�(jié)�(gòu)和新的應(yīng)�;例如把PON和LAN、OFDM、WiMAX等技�(shù)相結(jié)合,體現(xiàn)了網(wǎng)�(luò)與業(yè)�(wù)的融�;第三是新材�、新器件的使用;例如基于硬金屬塑料光纖hardplasticclad fiber(HPCF)一PON�(yīng)用于WDM—PON�,可以實(shí)�(xiàn)均勻光分路比和低插入損��

無源光網(wǎng)�(luò)(PON)需要FPGA�(shè)�(jì)的支�

  FPGA技�(shù)、低成本光學(xué)器件以及無源架構(gòu)都為無源光網(wǎng)�(luò)(PON)以及這些�(wǎng)�(luò)的演�(jìn)做出了巨大貢�(xiàn)。系�(tǒng)�(jí)OEM廠商不斷�(fā)�(xiàn),F(xiàn)PGA能夠提供技�(shù)性設(shè)�(jì)和經(jīng)�(jì)方面的優(yōu)�(shì),特別是在網(wǎng)�(luò)�(cè)的中心局(CO)基礎(chǔ)�(shè)施端�

  2002年之�,低性能的FPGA主要用于原型�(chuàng)建工�。而如今的FPGA具有�(qiáng)大的性能和豐富的功能,能更好地滿足日益提高的PON�(shè)�(jì)需求。另�,更低設(shè)�(jì)成本、靈活和可擴(kuò)展的FPGA�(duì)于競(jìng)�(zhēng)激烈的無源光網(wǎng)�(luò)市場(chǎng)來說也是�(guān)��

  PON是點(diǎn)到多�(diǎn)(P2MP)光纖到駐�(FTTP)的網(wǎng)�(luò)�?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�(shè)�)。通過無需供電或無源的光分離器,單路光纖可以服�(wù)于多�(gè)駐地。分離器通常�32�,不過有�(shí)�(huì)多達(dá)64�。一�(gè)PON�(wǎng)�(luò)包括一�(gè)位于�(yè)�(wù)提供商中心局的光線路終端(OLT)和眾多的光網(wǎng)�(luò)終端(ONT),后者也被稱為�(jìn)入駐地的光網(wǎng)�(luò)單元(ONU)�

  下行的OLT信號(hào)以廣播方式送到共享一根光纖的各�(gè)ONT。目前的PON�(biāo)�(zhǔn)�(guī)定下行的�(shù)�(jù)率高�(dá)2.5Gb/s(Gbps)。上行信�(hào)則利用時(shí)分多�(TDM)技�(shù)組合在一�。與�(shù)字用戶線(DSL)或電纜相比,PON具有無可比擬的帶寬優(yōu)�(shì),可以提供高速三重播放業(yè)�(wù)(語音,視頻和�(shù)�(jù))�

  根據(jù)Infonetics的預(yù)�(cè),到2010�,北美和亞太地區(qū)PON用戶的年度復(fù)合增�(zhǎng)率可高達(dá)150%。吉比特PON(GPON)在北美正在取得強(qiáng)勁的增長(zhǎng),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(dòng)PON市場(chǎng)的逐年增長(zhǎng),而中國正在仔�(xì)�(quán)衡EPON和GPON的優(yōu)��

  寬帶PON(BPON)或者國際通信�(lián)�(ITU-T) G.983x是流行的美國PON�(biāo)�(zhǔn)。其下行�(shù)�(jù)速率�622Mb(Mbps),上行數(shù)�(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�(gè)家庭。今�,GPON或ITU-T G.984,即BPON的演�(jìn)版本,有望�(jìn)入更多的美國家庭。它支持TDM和分組數(shù)�(jù),下行和上行�(shù)�(jù)率分別可�(dá)2.5 Gbps�1.24Gbps。GPON的關(guān)鍵優(yōu)�(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�

  不管哪種�(biāo)�(zhǔn),用于提供寬帶接入的PON系統(tǒng)具有高度的成本敏感度。DSL是目前使用最為廣泛的寬帶接入技�(shù)。由于具有龐大的用戶�(shù)�,DSL為每端口�(shè)置了極低的成本標(biāo)桿。因�,DSL�(duì)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�(zhǎng)足的�(fā)��

  隨著PON市場(chǎng)的發(fā)展,系統(tǒng)�(jí)OEM廠商和運(yùn)營商正密切關(guān)注其成本的降�,尤其是OLT的成本。在ONT�(cè),數(shù)量有望增加到百萬�(tái),因?yàn)镻ON將為�(shù)以百萬計(jì)的駐地提供服�(wù)。許多ASIC和ASSP供應(yīng)商盯上了ONT,并提供各種芯片�(chǎn)�。由于ONT是一�(gè)量很大的市場(chǎng),ASIC和ASSP芯片廠商能夠幫助降低成本,從而幫助系�(tǒng)�(jí)OEM和運(yùn)營商提供較低的價(jià)��

  另一方面,OLT系統(tǒng)�(shù)量為�(shù)萬臺(tái)而非�(shù)百萬�(tái),故成本較高。例�,PON家用�(diào)制解�(diào)器的成本�100�300美金,而PON�(wǎng)�(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(duì)�(yùn)營商來說極為�(guān)�,因此大都集成了多端口線路卡,可以處理越來越多的駐地?cái)?shù)��

  OLT線路卡的期望�(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�(gè)原因。首��64�(gè)ONT只需要一�(gè)OLT,其�,每�(gè)OLT線路卡可以支�4�8�(gè)OLT端口。于�,OLT線路卡的�(shù)量和所用的元器件要�(yuǎn)�(yuǎn)少于大批量的ONT�(shè)��

  �(shè)�(jì)�(fù)雜性使成本問題更加�(yán)�。PON OLT和ONT�?fù)浣Y(jié)�(gòu)是一�(gè)共享的媒體架�(gòu),這為系統(tǒng)OEM�(shè)�(jì)師提出了挑戰(zhàn)。由于PON�(biāo)�(zhǔn)中采用了TDM技�(shù),因此OLT和各�(gè)ONT之間的交互非常復(fù)�。TDM用來共享不同駐地間的容量。早期的PON�(biāo)�(zhǔn)使用靜態(tài)TDM,因此每�(gè)駐地接收相同的容��

  但是,的PON�(biāo)�(zhǔn)要求能夠根據(jù)駐地的需求變化,為不同的駐地�(dòng)�(tài)分配容量。這種�(dòng)�(tài)帶寬分配(DBA)功能需要利用ONT和OLT之間傳送的信令通知OLT每�(gè)ONT所需的容�。OLT也需要將分配的容量通知給每�(gè)ONT。該�(xié)議基于從ONT到OLT的請(qǐng)求消息。OLT確定的容量分�,并用確�(rèn)消息予以響應(yīng)�

  另外,與較簡(jiǎn)單的�(diǎn)�(duì)�(diǎn)以太�(wǎng)端口不同的是,由于存在動(dòng)�(tài)TDM要求,PON端口是一種更�(fù)雜的P2MP。因此OLT端口必須在多�(gè)ONT駐地之間�(jìn)行連續(xù)切換。每�(gè)ONT分配得到32�64�(gè)可用�(shí)隙中的一�(gè)與OLT�(jìn)行交互通信。OLT必須快速且連續(xù)地依次鎖定到每�(gè)ONT�(shù)�(jù)流上,用的是眾所周知的突�(fā)模式。為了支持這一極快的鎖定方�,需要一�(gè)高度專用的媒體訪問控制器(MAC)、串�/解串�(SerDes)以及�(shí)鐘和�(shù)�(jù)恢復(fù)(CDR)功能。為了協(xié)�(diào)�(duì)每�(gè)ONT的訪問,PON MAC尤其重要�

DSL和PON拓?fù)涔泊?src="https://www.dzsc.com/news/uploadfile/20182810634818.jpg"

  �1:DSL和PON�?fù)涔泊�?/FONT>

  基于FPGA的設(shè)�(jì)

  針對(duì)上述背景,系�(tǒng)�(jí)OEM廠商在實(shí)�(xiàn)低成本和高效的OLT�(shè)�(jì)方面可選擇性很�。一種方法是選用ASIC技�(shù)。但這種方法的投資成本極�。由于一些原�,ASSP也無法較好地�(shí)�(xiàn)。ASSP在支持PON演�(jìn)需求方面的靈活性有�,缺乏設(shè)�(jì)可擴(kuò)展性,并且功耗隨著時(shí)鐘速率的升高而升�。ASSP在提供可�(jìng)�(zhēng)的差異化�(chǎn)品方面的能力也很有限,還面臨著器件停�(chǎn)的風(fēng)�(xiǎn)。另外,擁有成本也越來越�,上市時(shí)間較�(zhǎng)�

  然�,F(xiàn)PGA卻能為OLT的設(shè)�(jì)提供低成本高效率的開�(fā)平臺(tái)。當(dāng)�(shè)�(jì)無縫移植到結(jié)�(gòu)化ASIC�(jìn)行大批量生產(chǎn)�(shí)成本還能�(jìn)一步降�。這種方法由于省去了大型且耗時(shí)的ASIC開發(fā),系�(tǒng)OEM廠商可以省去較大的成�,并縮短上市�(shí)��

OLT線路卡采用的分布式與集中式架構(gòu)的比較



      �2:OLT線路卡采用的分布式與集中式架�(gòu)的比�

  像STratix這類FPGA器件,能�?yàn)�?shí)�(xiàn)和集成主要的OLT線路卡功�(見圖2)提供所需的高性能邏輯。而且,F(xiàn)PGA也是用于�(shí)�(xiàn)CO OLT或者ONT用戶駐地端EPON和GPON MAC的可選技�(shù)。另外,可以在一片F(xiàn)PGA中集成PHY和MAC,從而在一�(gè)芯片上實(shí)�(xiàn)虛擬線路卡。FPGA中先�(jìn)的高效率�(nèi)核矩陣基于的是被稱為自適�(yīng)邏輯模塊(ALM)的創(chuàng)新邏輯單��