GPON突发模式接收器的FPGA芯片解决方案

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  能够支持三重应用(即支持语音、视频和数据)服务且能到通过最后一英里到达用户,例如持续发展的小商业户和住宅。FTTx中的主角是GPON(吉比特无源光网络,Gigabit Passive Optical Network),它提供较高的带宽替代DSL和电缆的光纤网络。FTTx为最后一英里家用光网络,诸如光纤到户(FTTH),光纤到楼(FTTB),光纤到路边(FTTC),光纤到节点(FTTN)等。

  随着下行数据速率高达2.5Gbps,以及改进现存的电信设施的需求,针对这些最后一英里的应用,GPON网络是受欢迎的选择。由于有效地增加了带宽,预计GPON会超过EPON(以太无源光网络,Ethernet Passive Optical Network),因此会选择GPON作为将来最后一英里的网络技术。

  GPON功能一览

  GPON是时分复用(TDM)系统,基于现存设施的再使用,从远端传送数据时,时隙分配给终端用户。如图一所示,在GPON中有两个主要的数据流。下行方向从OLT(光线路终端,Optical Line Terminal)到光分路器,传播数据到多个光网络单元ONU(Optical Network Units)。在上行方向,这个过程相反。给每个用户(ONU)分配一个时隙以便传送数据,随后在单根光纤上与其它数据结合在一起发送到中央办公设备(OLT)。ONU是互相分开的,ONU源数据是由突发数据组成的,由于多个ONU的不同光长度,在上行数据里内部的相位有变化,并将发生冲突。OLT的挑战是修正每个ONU的排列,并确保在上行光链路中每个突发数据同步。


 

(图一 GPON光网络)


  在OLT中,上行通路处理这些高速突发数据的锁定时间要求是很有挑战性的(对GPON的典型值为50比特),然而传统的XAUI或基于SERDES的SONET/SDH的锁定时间很长(数千比特)。结果客户不得不使用特殊的,分立的突发模式接收器(BMR)。然而传统的BMR消耗很大的功率,且难以升级,导致无法优化体积,最终增加了系统的成本。

  迄今为止对这些特殊的BMR还没有特殊的解决方案。然而随着FPGA的出现,它们支持快速锁定,执行时间短,集成的BMR功能支持达2Gbps的速度。

  理想的BMR

  如前所述,为了处理上行通路的动态性质,BMR必须满足一组特定的要求。理想的BMR应有非常快的锁定时间,支持高速串行数据速率,同时又保持最小的尺寸和最小的功耗。传统的BMR已提供了针对GPON的数据速率,但在成本、功耗和电路板的面积方面做了一些折衷。另外一方面,过去FPGA提供灵活性和很高的集成度,但这些FPGA的SERDES不能满足GPON所要求的锁定时间和数据速率的要求。理想的解决方案取决于BMR和FPGA。现在的解决方案是目前FPGA的I/O能力。这些编程平台的独特功能是在每个引脚上端接上行PON通路,与传统的BMR器件相比较,提供了节省成本和可升级的解决方案。目前使用的最普通的方法是用FPGA采样输入数据。

  这个方法所关注的是性能和功耗。FPGA对PON终端提供了另外一种方法,这种FPGA是LatticeSC系列。这些器件通过合并每个I/O内的特殊逻辑来应对BMR的挑战,可动态地适应不同的线而无需使用FPGA逻辑。

  如图二所示,嵌入在每个I/O中的是输入延时块(INDEL)和自适应输入逻辑(AIL),动态地补偿时序相位变化,使每个引脚的速度达2Gbps。终端的结果是完整的I/O系统,支持快速锁定时间和传统BMR的性能,但具有很高的集成度,而且是低功耗的编程平台。

 

(图二 嵌入式高速I/O系统)

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