工作原理 - PON的由來背景及原理應用

PON的工作原理

服務提供商將一條光纖通到距離客戶半徑幾百公尺的「路邊」。并非為每個用戶都提供一條光纖，而是使用一條光纖替代數(shù)十條雙絞線。透過PON分配器為每個用戶提供光纖，用戶只能訪問自己的那部分來自中央機房的多播資料，并受加密算法限制。

在上行的方向(圖1所示)，來自每個用戶的光纖連接到被動分配器，并被多任務到連接中心局的單條光纖。中心局內負責從光纖接收數(shù)據(jù)的設備稱為光纖線路終端(Optical Line Termination，OLT)。這種架構與ADSL完全不同，PON的優(yōu)勢在于，街道上的接線盒是光學原理并且仍然是被動的，盒子中沒有主動組件，這是PON技術的關鍵優(yōu)勢：能幫助供貨商將維護成本降至最低。

圖1 PON上行方向

這種方法的缺點在于服務提供商必須將原有的雙絞線換成有限數(shù)量的光纖。為降低移植成本，不得不以降低性能為代價，在很多國家PON都以混合技術的形式搭建。用戶通過ADSL連接到街邊的接線盒，但從街邊到OLT則透過光學連接。

采用這種混合方案后ADSL的速度變快了很多，原因是DSLAM距離用戶只有幾百公尺遠，而不是在中央機房內。劣勢在于街邊的混合接線盒現(xiàn)在變成主動的，因為它需要裝載小型DSLAM。

PON體現(xiàn)了成本與性能之間的平衡。這并非像老式56Kbps調制解調器那樣是技術上的最佳解決方案，但未來該技術可持續(xù)擴展。

OLT還有另一個關鍵技術部分：前端。在上行方向，所有用戶都透過被動光纖分配器連接到同一接收器。因此，用戶必須進行突發(fā)傳輸，一次傳輸一批，因為用戶共享一條OLT的光纖。所有突發(fā)傳輸以相同頻率操作，但采用用戶獨立相位。OLT接收器在每次突發(fā)傳輸開始會重新同步其采樣相位，以正確接收數(shù)據(jù)。

每次突發(fā)在開端前導碼位置有一個特定模式，它能說明OLT鎖定每次突發(fā)傳輸。OLT的前端接收器稱為「突發(fā)模式頻率和數(shù)據(jù)恢復(BCDR)」單元。

增加前導碼時間可以更容易地設計BCDR，但較長的前導碼顯然會降低上行帶寬的效率。BCDR是關鍵的OLT組件。它的效率直接影響PON線路的上行效率，進而影響PON運營商的每位(bit)收入。

賽靈思的FPGA技術在OLT中很普遍，不僅像在DSLAM中那樣用在后端，而且還用于前端。賽靈思透過UltraScale All Programmable組件系列提供全面的BCDR解決方案。具體來說，BCDR采用32位確定鎖定時間實現(xiàn)高效上行通訊。該功能超越了ITUTG984、G987和G989規(guī)范。BCDR配有相應說明和附件，以支持用戶解決以下問題：

如何模擬BCDR？如何驗證BCDR？

對于整合商來說，首要問題是選擇產品。BCDR只能在PON環(huán)境中測試，也就是整合商的產品。不可能先開發(fā)產品，然后驗證BCDR。如果在開發(fā)周期結束時我們發(fā)現(xiàn)BCDR沒有達到預期會出現(xiàn)什么情況？

這就是為什么賽靈思推出以BCDR為基礎的框架。連同BCDR，你可獲得一個具有數(shù)據(jù)封包生成器和數(shù)據(jù)封包校驗器的完整模擬測試平臺，用于證明BCDR的正確運作。

除此之外，該開發(fā)環(huán)境不僅能測試BCDR；還能對它施壓；發(fā)掘其終極性能。以下是一些實例：

生成多個ONU。

可強制讓ONU運行在「錘子(hammer)」模式，即數(shù)據(jù)封包至數(shù)據(jù)封包相位跳變始終是UI的0.5%。我們想確保BCDR完全不受這種波動的影響。

每次多幀數(shù)據(jù)封包重啟時，錘子模式下生成的所有數(shù)據(jù)封包移動1微微秒，以確保BCDR的相位檢測器沒有「死」區(qū)。鎖定時間必須始終為32位——短而且確定。

還可以在0~8000+之間改變數(shù)據(jù)封包前導碼長度，這樣能同時滿足最嚴格的ITU.T PON要求和比較寬松的IEEE PON要求。

圖2顯示XAPP1277中與BCDR配套提供的模擬環(huán)境架構。該模擬環(huán)境透過腳本運行，無需編寫代碼便可在數(shù)分鐘后看到波形。

圖2 BCDR配套提供的模擬環(huán)境

對于硬件供貨商來說，軟件壓力測試框架是一個非常好的起點。然而，你可能需要看到硬件工作，而這正是第二個BCDR框架的工作；該框架使用針對Kintex UltraScale FPGA的KCU1250特性描述套件，并在硬件中不斷生成并檢查數(shù)據(jù)封包，以免看到單個bit錯誤或丟失單個數(shù)據(jù)封包。

如何使用演示卡模擬PON環(huán)境？如何用1個BCDR進行錘子模式測試？

上行數(shù)據(jù)總是以雙倍速率合成，而且TX串行器總是每個上行bit生成兩個同樣的bit。這樣，在架構層面，硬件框架可以仿真任意兩個連續(xù)數(shù)據(jù)封包之間0.5UI的跳變——可在PON環(huán)境中發(fā)生的最差情況。硬件框架透過插入任意兩個數(shù)據(jù)封包之間最差相位步驟，對BCDR施壓。

該框架中的有效負載是被截短的PRBS，在每個數(shù)據(jù)封包的定界符(delimiter)之后重新開始。如果BCDR跳過數(shù)據(jù)封包，你會看到一個負載錯誤；還可在運行中改變前導碼長度。整個硬件測試臺支持腳本編寫，而且嵌入Vivado硬件分析器，還具備一套控制功能。

除了錘子模式測試、錯誤插入和累積以外，還可在運行中更改很多串行/解串行器(SerDes)特性和BCDR本身的很多特性，例如數(shù)字帶寬。對于不熟悉FPGA技術的用戶來說，SerDes配置則是另一個會使他們感到困惑的部分，因此BCDR框架提供使用說明，分步介紹如何配置SerDes，以協(xié)助用戶設立PONOLT接口。圖3為「GT(Gigabit Transceiver)導向GUI」示意圖，顯示框架如何指導配置，以及如何避免硬件復雜性。

這些技術使用戶只需透過GUI就能選擇好BCDR這樣的復雜產品。原則上，你即使不了解基礎技術細節(jié)也能做這些工作。一旦對BCDR完成評估，硬件測試臺就會成為啟動真實項目的最佳起點，只需刪除演示數(shù)據(jù)報生成器/檢查器并用真實的PON MAC替代這些模塊，即可嵌入BCDR。

圖3 用于設置多速率OLT接口的SerDes配置

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第 1 頁：PON的由來背景及原理應用
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PON技術原理和組成結構

隨著以太網技術在城域網中的普及以及寬帶接入技術的發(fā)展，人們提出了速率高達1Gbit/s 以上的寬帶PON技術，主要包括EPON和GPON技術,“E”是指 Ethernet，“G”是指吉比特級。

2020-05-05 23:03:00

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COVID推動PON升級,傳統(tǒng)PON設備廠商迎來三大挑戰(zhàn)者

日前，Omdia高級分析師 Julie Kunstler在LightReading撰文，在COVID-19以及網絡復用的推動下，PON設備市場增長強勁，此外PON供應商格局正在悄然發(fā)生變化。

2020-12-09 09:06:50

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大流行加速了下一代PON的部署

2020-12-09 11:18:29

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PON供應商的市場格局不斷擴大,PON市場正面臨著分化

　　市場研究公司Omdia的最新報告指出，基于光纖的寬帶接入在2020年鞏固了其作用，使人們能夠在家中工作、學習和娛樂。PON供應商的市場格局不斷擴大，反映出了PON在住宅和非住宅客戶應用中的使用，并推動了下一代PON的加速部署。但是，在美國提出“清潔網絡”計劃的背景下，PON市場正面臨著分化。

2021-02-18 09:03:10

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關于光纖入戶中的“PON”你了解多少？

你可能不知道什么是“PON”（通常讀作“胖”），但你一定聽說過“光纖入戶”。你可能不知道什么是“ONU”（通常讀作“哦嗯優(yōu)”），但是你打開家里的弱電箱，一定能看到一個接著光纖的“小盒子”。這個

2021-05-07 16:20:23

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信號分析測量基礎原理應用指南電子版

2021-08-30 09:49:11

FPGA圖像處理應用詳細介紹

2022-02-28 10:29:49

50G PON將成為未來發(fā)展部署的重點

近日，光通信行業(yè)市場調研機構發(fā)布25G PON和50G PON的研究報告和預測，從10G到40G/100G以太網，以及從100G到200G/400G以太網，深入了解PON轉變是如何發(fā)生，其中明確指出

2022-07-22 14:56:10

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一文讀懂PON無源光網絡

PON是一種點到多點的無源光纖接入技術，起源于20世紀90年代，是英文Passive Optical Network(無源光網絡)的簡稱，國際電聯(lián)ITU-T G.982建議給出了PON的功能參考配置，主要包含3個基本功能模塊：光線路終端OLT、光網絡單元ONU、光分配網絡ODN。

2022-09-16 11:51:24

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