GPON(千兆位無源光網(wǎng)絡(luò))技術(shù)是FTTB和FTTH應(yīng)用中采用的一種關(guān)鍵新興接入技術(shù)，它能提供可擴(kuò)展和極具成本效益的架構(gòu)，可滿足高清電視(HDTV)或云計算等先進(jìn)應(yīng)用提出的不斷增長的帶寬需求。全球領(lǐng)先的網(wǎng)絡(luò)運營商都將GPON作為他們PON技術(shù)的首選。在今后幾年中全球?qū)PON基礎(chǔ)設(shè)施的投資有望達(dá)到數(shù)十億美元。

成本最優(yōu)化、高能效、多樣性和可擴(kuò)展性、網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性、互操作性被認(rèn)為是運營商部署GPON基礎(chǔ)設(shè)施的關(guān)鍵要求。極具創(chuàng)新性的GPON系統(tǒng)級芯片解決方案正好可以滿足這些要求，并支持網(wǎng)絡(luò)運營商成功部署一個高效率的GPON網(wǎng)絡(luò)。

GPON技術(shù)提供了強(qiáng)大的點到多點解決方案，可滿足日益高漲的帶寬需求，同時確保通信基礎(chǔ)設(shè)施的接入部分具有較低的維護(hù)成本。GPON網(wǎng)絡(luò)由位于中心局的光線路終端(OLT)和位于用戶站點的多個光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)組成。根據(jù)不同的FTTH/FTTB用戶場合，高帶寬的GPON鏈路可以在多種不同的用戶側(cè)設(shè)備中終結(jié)，比如SFU(單家庭單元)、SBU(單商業(yè)單元)、HGU(家庭網(wǎng)關(guān)單元)、MDU(多住戶單元)或CBU(蜂窩回傳單元)。

GPON將是今后幾年的主要PON標(biāo)準(zhǔn)

國際電信聯(lián)盟(ITU)、FSAN和電子與電氣工程師協(xié)會(IEEE)這幾個標(biāo)準(zhǔn)組織已經(jīng)規(guī)定了多種不同的PON標(biāo)準(zhǔn)。在ITU內(nèi)部，最早的版本是異步傳輸模式PON(APON)標(biāo)準(zhǔn)，然后是寬帶PON(BPON)標(biāo)準(zhǔn)(ITU-T G.983)。接著演變?yōu)镮TU-T G.984或所謂的千兆位PON(GPON)標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)于2008年3月獲得批準(zhǔn)。GPON標(biāo)準(zhǔn)在總帶寬和帶寬效率方面實現(xiàn)了額外的性能提升，下行帶寬達(dá)2.488Gbps，上行帶寬達(dá)1.244Gbps。GPON標(biāo)準(zhǔn)在除了日本之外的所有地區(qū)都得到了廣泛應(yīng)用。ITU和FSAN(全服務(wù)接入網(wǎng)絡(luò))工作組正在研究下一代GPON標(biāo)準(zhǔn)，即10G GPON，并有望于2014年正式發(fā)布。

在IEEE內(nèi)部，IEEE 802.3以太網(wǎng)PON(EPON或GEPON)標(biāo)準(zhǔn)完成于2004年。EPON標(biāo)準(zhǔn)主要被日本和中國的運營商所采納。GPON和EPON標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵區(qū)別在于數(shù)據(jù)速率和帶寬利用率。

在今后幾年中，PON設(shè)備收入前景十分看好。據(jù)Infonetics公司的市場研究人員(2010年第2季度)預(yù)測，2009年至2014年P(guān)ON收入的年復(fù)合增長率(CAGR)將達(dá)22.5%。然而，下一代10G PON系統(tǒng)在2014年前不會得到大規(guī)模應(yīng)用。因此在今后幾年中，市場將由GPON主導(dǎo)。Infonetics公司預(yù)測，GPON FTTH用戶將從2009年的290萬增加到2014年的4600萬以上，而GPON ONU設(shè)備市場收入到2014年有望達(dá)到25億美元。

關(guān)鍵的運營商要求

運營商在部署GPON設(shè)備過程中面臨的主要挑戰(zhàn)是成本下降(OPEX)，進(jìn)而要求更高的能效。光接口側(cè)較高的元件成本占網(wǎng)絡(luò)設(shè)備成本的大部分。換句話說，對降低功耗的高能效要求需要高功效的GPON設(shè)備。此外，實際部署的FTTx ONU/ONT設(shè)備有許多種，因此需要可擴(kuò)展、成本最優(yōu)化的高性能GPON系統(tǒng)級芯片(SoC)解決方案。最后但同樣重要的是，網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性和互操作性必須得到保證。服務(wù)質(zhì)量(QoS)能力和光接口是提高光網(wǎng)絡(luò)魯棒性面臨的挑戰(zhàn)，比如激光器老化和ONU。另外，必須確保GPON設(shè)備從一開始就具有可互操作性，以支持大批量部署不同的OLT和ONU解決方案。

成本優(yōu)化

從目前的GPON SFU解決方案看，光接口占成本的主要部分。在典型的SFU實現(xiàn)(4個1000Base-T，2個POTS)中，GPON光收發(fā)模塊約占50%的材料清單(BOM)成本。典型的SFF(小外形尺寸)光模塊集成有BOSA(BiDi-光學(xué)子組件)、發(fā)送方向的激光器和監(jiān)視二極管、接收方向的雪崩光電二極管(APD)和跨導(dǎo)放大器(TIA))以及激光驅(qū)動器、限幅放大器、EEPROM、光信號控制——APD高壓控制電路。

光接口占GPON部署成本中的主要部分。

Lantiq的創(chuàng)新

Lantiq公司針對ONU應(yīng)用開發(fā)出了世界上第一款集成有光信號控制電路的GPON SoC。這些FALC ON器件中集成的特色功能允許GPON ONU制造商將光學(xué)元件部分的BOM成本降低達(dá)40%，同時還能降低系統(tǒng)功耗，改進(jìn)光網(wǎng)絡(luò)的總體魯棒性，并減小ONU網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的外形尺寸。

新的GPON芯片組系列成員都集成有突發(fā)模式的激光驅(qū)動器和APD/PIN－接收機(jī)－控制電路，因此能夠直接連接低成本的BOSA。這種獨特的方法使得系統(tǒng)集成商無需昂貴且占用大面積的光信號收發(fā)器模塊就能提供GPON ONU解決方案。

整個ONU解決方案尺寸僅為50mm x 80mm。

此外，通過有效整合光信號控制電路、ITU-T G.984兼容GPON MAC及片上CPU，這些SoC支持自動校準(zhǔn)和對光學(xué)元件變化的補(bǔ)償，因而能實現(xiàn)高效的制造過程、長期的穩(wěn)定性、改進(jìn)的光網(wǎng)絡(luò)魯棒性和總體光系統(tǒng)性能，最終滿足ITU-T G.984.2標(biāo)準(zhǔn)要求。借助專用的固件，這些新的GPON SoC可以完成激光器工作參數(shù)及激光器參數(shù)漂移測量的自我學(xué)習(xí)。

能效數(shù)據(jù)

如今電信設(shè)備的能效值已經(jīng)變得非常重要，并得到了多個標(biāo)準(zhǔn)組織的關(guān)注。對于作為接入網(wǎng)一部分的PON網(wǎng)絡(luò)來說，節(jié)能的重要性可以簡單地表示為以下兩個數(shù)字，即接入網(wǎng)對整個網(wǎng)絡(luò)的功耗的貢獻(xiàn)度接近80%，而僅CPE設(shè)備的貢獻(xiàn)度就高達(dá)60%。顯然需要最大限度地降低ONU的功耗。作為單芯片GPON ONU系統(tǒng)解決方案的FALC ON與智能高效的電源管理單元的組合可以完美地滿足節(jié)能要求。

電源管理單元(PMU)是專門針對GPON ONU系統(tǒng)裁剪過的，允許為所有FTTx部署場合提供可縮放的平臺。該器件提供了系統(tǒng)電源管理所需的全部功能，并且具有最少的外部元件BOM。這個PMU只要求一個外部3.3V電源，它能夠使用高效的片上DC/DC轉(zhuǎn)換器為系統(tǒng)提供不同的電壓。另外，它還能產(chǎn)生一個上電復(fù)位信號。這種靈活的電源管理機(jī)制是一種軟硬件組合方法，其中還包含網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)級節(jié)能概念。這種高度集成的PMU可以有效地控制整個設(shè)備的功耗。對于特定應(yīng)用而言，基本上只有需要的模塊和接口才被激活，沒有使用的模塊不會被激活，從而達(dá)到最佳節(jié)能效果。片上以太網(wǎng)PHY完全支持高能效的以太網(wǎng)，而且以太網(wǎng)MAC和以太網(wǎng)PHY都符合IEEE 802.3az規(guī)范。[!--empirenews.page--]

另外，由于提高了光接口的集成度，取消了外部元件和高速接口，因此系統(tǒng)功耗有顯著降低。而且激光驅(qū)動器只在上行傳輸進(jìn)行期間激活。所有上述節(jié)能措施使得ONU的擁有成本大幅降低，并延長了電池續(xù)航時間。

基于Lantiq GPON SoC的ONU設(shè)備的功耗顯著低于2011/2012版的歐洲行為準(zhǔn)則(CoC)要求，而且也低于最新規(guī)定的2013/2014版效率要求。

多樣性和可擴(kuò)展性

隨著各種FTTx GPON ONU設(shè)備的部署，迫切需要可擴(kuò)展、靈活和成本最優(yōu)的GPON SoC。目前已得到廣泛部署的設(shè)備包括帶一個或多個LAN端口的SFU，或支持語音的SFU以及MDU或CBU?？蓴U(kuò)展、成本最優(yōu)的SoC可以滿足所有ONU應(yīng)用要求。集成有光信號控制電路、智能高效電源管理功能的這種可擴(kuò)展芯片可提供多達(dá)4個GE LAN端口(帶2個/4個集成式1000B-T/100B-T PHY)，并提供多達(dá)4個FXS端口的集成式語音處理功能，還能為移動回傳提供具有高性能業(yè)務(wù)管理功能的線速數(shù)據(jù)包處理器以及日期/PPS同步時間接口。

網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性

片上自動校準(zhǔn)和光學(xué)元件補(bǔ)償功能可實現(xiàn)長期穩(wěn)定性和改進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)魯棒性。典型的激光器老化可得到自動補(bǔ)償。

在GPON系統(tǒng)中，下行數(shù)據(jù)包從OLT傳輸?shù)蕉鄠€ONU，上行數(shù)據(jù)包則從ONU傳回OLT。在正常工作期間，ONU只在所分配的時隙內(nèi)向OLT發(fā)送數(shù)據(jù)包。一個可能存在的問題是，當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時，ONU可能在自己的TDM(時分復(fù)用)上行時隙之外發(fā)送數(shù)據(jù)。如果第一個ONU在已經(jīng)分配給第二個ONU的時隙內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)，就會出現(xiàn)兩個ONU試圖同時發(fā)送數(shù)據(jù)的沖突情況，這時OLT就無法正確接收到數(shù)據(jù)包。在最壞的情況下，光分配網(wǎng)絡(luò)(ODN)的整個上行業(yè)務(wù)都可能被破壞。在所分配的上行時隙之外傳送數(shù)據(jù)的ONU被稱為“流氓ONU”。

標(biāo)準(zhǔn)光信號模塊解決方案無法做到完善的ONU檢測和基于硬件的防護(hù)功能，而分立式光信號解決方案要求附加外部元件，增加BOM。FALC ON系列產(chǎn)品提供了流氓ONU檢測和防護(hù)功能，可以在突發(fā)信號傳輸期間和突發(fā)信號傳輸之后監(jiān)視上行傳輸，并在故障發(fā)生時自動關(guān)閉。

FALC ON FTTx系列

FALC ON FTTx解決方案可以實現(xiàn)功耗的降低、網(wǎng)絡(luò)魯棒性的提高以及成本的顯著節(jié)省。這些器件采用僅17x17mm的芯片封裝尺寸，因此可以實現(xiàn)外形尺寸非常小的解決方案。例如，只帶一個1000 Bast-T LAN端口的FLAC ON型SFU比名片(50mmx80mm)還要小。

FALC ON：首款集成了光信號控制電路的GPON-SoC。

FALC ON FTTx系列可以用于所有FTTx部署場合。器件的光信號側(cè)可以直接連接低成本的BIDI光學(xué)子組件、光子IC或光信號收發(fā)模塊，用戶側(cè)可以提供最多4個GE接口用于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。集成式10/100/1000 BASE-T以太網(wǎng)PHY可直接連接標(biāo)準(zhǔn)磁性元件，實現(xiàn)兩個1000 BASE-T或4個10/100 BASE-T鏈路。片上語音處理功能加上外部SLIC器件可實現(xiàn)最多4個FXS端口。這些產(chǎn)品集成了突發(fā)模式的激光驅(qū)動器、后置放大器、時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)電路以及GPON ONU MAC和片上CPU，能以智能、極具成本效益的方式管理光信號接口并提高總體光信號系統(tǒng)性能，并超越ITU-T G.984.2標(biāo)準(zhǔn)定義的水平。由于集成了單一基準(zhǔn)時鐘和DC/DC開關(guān)型電壓轉(zhuǎn)換器，因此可以使用單3.3V電源，從而優(yōu)化了ONU的材料清單。功能強(qiáng)大的嵌入式線速網(wǎng)絡(luò)處理器和基于硬件的業(yè)務(wù)管理功能獨立于CPU應(yīng)用程序處理，可靈活地支持所有寬帶論壇TR-156和ITU-T OMCI G.984.4/G.988要求。

FALC ON系列包含了針對多種FTTH/FTTB應(yīng)用的SoC。FALC ON-D(PEF98010)主要針對僅傳輸數(shù)據(jù)的GPON SFU應(yīng)用；FALC ON-V(PEF98020)主要針對同時傳輸語音與數(shù)據(jù)的GPON SFU；而FALC ON-M(PEF98030)是MDU和CBU應(yīng)用的理想之選。FALC ON交貨時提供有靈活的軟件架構(gòu)，能夠平滑地集成進(jìn)任何用戶環(huán)境。系列產(chǎn)品中的所有成員都采用304引腳的PG-LFBGA封裝。