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帶服務(wù)能夠支持三重應用（即支持語(yǔ)音、視頻和數據）至第一英里的客戶(hù)，例如持續發(fā)展的小商業(yè)和住宅。FTTx中的主角是GPON（吉比特無(wú)源光網(wǎng)絡(luò )，Gigabit Passive Optical Network），它提供較高的帶寬替代DSL和電纜的基于光纖的網(wǎng)絡(luò )。FTTx為家庭的第一英里應用，諸如光纖到戶(hù)(FTTH)，光纖到樓(FTTB)，光纖到路邊(FTTC)等。隨著(zhù)下行數據速率高達2.5Gbps，以及改進(jìn)現存的電信設施的需求，針對這些第一英里的應用，GPON網(wǎng)絡(luò )是受歡迎的選擇。由于有效地增加了帶寬，預計GPON會(huì )超過(guò)EPON（以太無(wú)源光網(wǎng)絡(luò )，Ethernet Passive Optical Network），因此會(huì )選擇GPON作為將來(lái)第一英里網(wǎng)絡(luò )的技術(shù)。 GPON功能一覽 GPON是時(shí)分復用(TDM)系統，基于現存設施的再使用，從遠端傳送數據時(shí)，時(shí)隙分配給了終端用戶(hù)。如圖1所示，在GPON中有兩個(gè)主要的數據流。下行方向從OLT(光線(xiàn)路終端，Optical Line Terminal)到光分路器，傳播數據到多個(gè)ONU(光網(wǎng)絡(luò )單元，Optical Network Units)。在上行方向，這個(gè)過(guò)程相反。給每個(gè)用戶(hù)（ONU）分配一個(gè)時(shí)隙以便傳送數據，隨后在單根光纖上與其它數據結合在一起發(fā)送到中央辦公設備（OLT）。ONU是互相分開(kāi)的，ONU源數據是由突發(fā)數據組成的，由于多個(gè)ONU的不同光長(cháng)度，在上行數據里內部的相位有變化，并將發(fā)生沖突。OLT的挑戰是修正每個(gè)ONU的排列，并確保在上行光鏈路中每個(gè)突發(fā)數據同步。 在OLT中，上行通路處理這些高速突發(fā)數據的鎖定時(shí)間要求是很有挑戰性的（對GPON的典型值為50比特），然而傳統的XAUI或基于SERDES的SONET/SDH的鎖定時(shí)間很長(cháng)（數千比特）。結果客戶(hù)不得不使用特殊的，分立的突發(fā)模式接收器（BMR）。然而傳統的BMR消耗很大的功率，且難以升級，導致無(wú)法優(yōu)化體積，最終增加了系統的成本。 迄今為止對這些特殊的BMR還沒(méi)有特殊的解決方案。然而隨著(zhù)FPGA的出現，它們支持快速鎖定，執行時(shí)間短，集成的BMR功能支持達2Gbps的速度。 理想的BMR 如前所述，為了處理上行通路的動(dòng)態(tài)性質(zhì)，BMR必須滿(mǎn)足一組特定的要求。理想的BMR應有非�？斓逆i定時(shí)間，支持高速串行數據速率，同時(shí)又保持最小的尺寸和最小的功耗。傳統的BMR已提供了針對GPON的數據速率，但在成本、功耗和電路板的面積方面做了一些折衷。另外一方面，過(guò)去FPGA提供靈活性和很高的集成度，但這些FPGA的SERDES不能滿(mǎn)足GPON所要求的鎖定時(shí)間和數據速率的要求。理想的解決方案取決于BMR和FPGA�，F在的解決方案是目前FPGA的I/O能力。這些編程平臺的獨特功能是在每個(gè)引腳上端接上行PON通路，與傳統的BMR器件相比較，提供了節省成本和可升級的解決方案。目前使用的最普通的方法是用FPGA采樣輸入數據。 這個(gè)方法所關(guān)注的是性能和功耗。FPGA對PON終端提供了另外一種方法，這種FPGA是LatticeSC系列。這些器件通過(guò)合并每個(gè)I/O內的特殊邏輯來(lái)應對BMR的挑戰，可動(dòng)態(tài)地適應不同的線(xiàn)而無(wú)需使用FPGA邏輯。 如圖2所示，嵌入在每個(gè)I/O中的是輸入延時(shí)塊（INDEL）和自適應輸入邏輯（AIL），動(dòng)態(tài)地補償時(shí)序相位變化，使每個(gè)引腳的速度達2Gbps。終端的結果是完整的I/O系統，支持快速鎖定時(shí)間和傳統BMR的性能，但具有很高的集成度，而且是低功耗的編程平臺。 如何進(jìn)行AIL相位修正 傳統的BMR使用時(shí)鐘數據恢復（CDR）在OLT中產(chǎn)生上行采樣時(shí)鐘。如前所述，用于GPON應用的時(shí)鐘方法要求專(zhuān)用的大功率電路，以滿(mǎn)足挑戰性的速度和上行通路的鎖定時(shí)間要求。因為GPON的物理層是基于現有的TDM設備，GPON其本身的性質(zhì)是時(shí)間環(huán)，意為在OLT本地的參考時(shí)鐘可以作為參考時(shí)鐘來(lái)采樣輸入數據。AIL利用這個(gè)本地OLT時(shí)鐘源產(chǎn)生本地的625MHz時(shí)鐘。這個(gè)時(shí)鐘用來(lái)對輸入數據采樣，對連續突發(fā)模式進(jìn)行動(dòng)態(tài)延時(shí)，端接多個(gè)ONU時(shí)補償上行通路的相位變化。 128個(gè)抽頭的延時(shí)（每個(gè)45ps）使能多個(gè)輸入數據的連續周期，在延時(shí)鏈路中任何時(shí)間都能進(jìn)行采樣。自適應輸入邏輯（AIL）監控這個(gè)輸入數據的多個(gè)采樣，動(dòng)態(tài)調整時(shí)鐘，數據相位關(guān)系，直到找到有效的采樣點(diǎn)。含有數據、轉換、抖動(dòng)和噪聲的輸入數據信號通過(guò)延時(shí)鏈路。于是AIL通過(guò)延時(shí)鏈滑動(dòng)捕獲窗，根據單獨的數據轉換尋找穩定的數據。一旦發(fā)現穩定的數據，AIL將繼續監控輸入和數據，動(dòng)態(tài)補償由于工藝、電壓和溫度而引起的低頻抖動(dòng)，漂移和變化。用延時(shí)鏈建立數據的多個(gè)復本的新方法提供了比用高速時(shí)鐘采樣數據功耗低的解決方案。圖3為對AIL方法的觀(guān)察。 AIL窗用來(lái)從延時(shí)鏈獲取采樣數據。這個(gè)窗含有邊沿檢測寄存器和中心抽頭采樣寄存器。中心抽頭寄存器是采樣到數據的實(shí)際寄存器，隨后再送到FPGA。邊沿檢測寄存器是窗的“眼睛和耳朵”，因為其反饋提供了進(jìn)行研究算法的信息。在最大的窗，采樣寄存器的每個(gè)邊有4個(gè)邊沿檢測寄存器。圖4展示了AIL窗的寄存器分布和窗的大小。 最壞的捕獲時(shí)間是窗口的中心正對數據轉換時(shí)。于是窗口開(kāi)始搜索無(wú)噪聲的數據，比較從邊沿檢測采樣到的數據和中心抽頭寄存器的數據。根據這些值，窗口以90ps步長(cháng)單方向地連續移動(dòng)，直到找到穩定的數據。一旦找到穩定的數據，AIL繼續跟蹤時(shí)鐘，數據相位關(guān)系，補償低速抖動(dòng)，漂移以及工藝、電壓和溫度的變化。圖5展示了搜索過(guò)程。 通過(guò)計算最差情況的數據有效時(shí)期來(lái)確定窗口的大小，如圖6所示。用戶(hù)選擇最大的窗以適配計算出最壞情況窗。例如，上行GPON應用中數據時(shí)期為800ps。GPON規范允許的抖動(dòng)為0.4UI，結果數據有效時(shí)期為480ps (800ps"320ps)。因此，從所提供的GUI中選擇400ps的窗口尺寸。 一旦確定了窗口大小，就可以考慮窗口的移動(dòng)。對AIL捕獲的最差情況是必須解決160ps抖動(dòng)，即轉換中心的起始點(diǎn)，如圖7所示。根據90ps步長(cháng)，針對AIL采用有效數據的中心抽頭寄存器要用2個(gè)延時(shí)步長(cháng)(180ps)，針對在無(wú)噪聲環(huán)境中的整個(gè)窗口，要4個(gè)延時(shí)步長(cháng)。記住用戶(hù)從中心抽頭寄存器看到數據，因此對于用戶(hù)接收，檢測有效數據，不需要整個(gè)窗在在無(wú)噪聲的環(huán)境中。因為每個(gè)延時(shí)步長(cháng)，AIL需要4個(gè)轉換，在8個(gè)數據轉換之后，用戶(hù)會(huì )看到有效的中心抽頭數據，在16個(gè)數據轉換內整個(gè)窗在無(wú)噪聲的環(huán)境中。針對初始數據采集時(shí)間，兩者皆好且符合GPON規范。 抖動(dòng)容忍 基于數據轉換，AIL繼續監控和移動(dòng)窗口。算法與窗口設計使AIL容忍高頻抖動(dòng)，通過(guò)連續監控相位關(guān)系移動(dòng)窗口以保持無(wú)噪聲的環(huán)境對低頻抖動(dòng)做出反應。 一旦窗口發(fā)現數據轉換的位置，邊沿檢測寄存器擔當緩沖器的功能對付高頻抖動(dòng)。圖8展示了高頻抖動(dòng)的發(fā)生，并且侵入了AIL窗。如果檢測到4個(gè)連續時(shí)間的傳送，窗口將發(fā)生移動(dòng)，如果首個(gè)傳送全部能看見(jiàn)，AIL會(huì )對此容忍，因為這不足以影響在窗中間的中心抽頭寄存器的采樣數據。 圖8還顯示了在低頻抖動(dòng)、漂移的情況下， AIL是如何補償相移的。在移動(dòng)窗口之前用4個(gè)內置邊沿寄存器使AIl緩慢地調整低頻抖動(dòng)（或漂移）。針對數據轉換，用內置的滯后算法，針對抖動(dòng)和漂移AIL起低通濾波器的作用，能跟蹤由于工藝、電壓和溫度改變而產(chǎn)生的變化。 結論 把更高的帶寬帶給第一英里客戶(hù)的技術(shù)革新導致了GPON技術(shù)的流行。如今有各種可行的解決方案，不斷進(jìn)步的技術(shù)將取決于將來(lái)能實(shí)現多快，節省成本的解決方案。具有穩定性能用于BMR的集成OLT接收器用單個(gè)、可升級的小尺寸封裝，且只有現在解決方案一半功率的解決方案最終將加速GPON技術(shù)的流行。 |
