工作原理 - PON的由來背景及原理應(yīng)用

PON的工作原理

服務(wù)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(wù)到連接中心局的單條光纖。中心局內(nèi)負責從光纖接收數(shù)據(jù)的設(shè)備稱為光纖線路終端(Optical Line Termination，OLT)。這種架構(gòu)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(shù)的關(guān)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(wù)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(shù)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(nèi)。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(diào)制解調(diào)器那樣是技術(shù)上的最佳解決方案，但未來該技術(shù)可持續(xù)擴展。

OLT還有另一個關(guān)鍵技術(shù)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(shè)計BCDR，但較長的前導碼顯然會降低上行帶寬的效率。BCDR是關(guān)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(shù)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(yīng)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(chǎn)品。BCDR只能在PON環(huán)境中測試，也就是整合商的產(chǎn)品。不可能先開發(fā)產(chǎn)品，然后驗證BCDR。如果在開發(fā)周期結(jié)束時我們發(fā)現(xiàn)BCDR沒有達到預(yù)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(chǔ)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(gòu)。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(gòu)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(shù)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(shè)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(shù)使用戶只需透過GUI就能選擇好BCDR這樣的復雜產(chǎn)品。原則上，你即使不了解基礎(chǔ)技術(shù)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(shè)置多速率OLT接口的SerDes配置