一種gepon光中繼器核心電路實(shí)現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明涉及一種能夠通用于各GEPON廠商(包含各種GEPON設(shè)備生產(chǎn)廠商和芯片供應(yīng)商)生產(chǎn)的GEPON設(shè)備的光功率增強(qiáng)設(shè)備核心電路實(shí)現(xiàn)方法；采用3R放大整形技術(shù)，可網(wǎng)管，可級(jí)連組網(wǎng)，能夠大幅度延伸GEPON的傳輸距離，增加光分支數(shù)；
【背景技術(shù)】
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[0002]如圖1所示，一套典型的GEPON系統(tǒng)由位于局端的光線路終端(0LT，0ptical LineTerminal)和若干個(gè)位于遠(yuǎn)端的光網(wǎng)絡(luò)單兀(ONU,Optical Network Unit)組成，OLT和ONU之間由無(wú)源光分配網(wǎng)(ODN, Optical Distribut1n Netwrok)連接,采用點(diǎn)到多點(diǎn)(P2MP,Point to Multi Point)的拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)。一般在ODN中使用光分路器(Optical Splitter)來(lái)實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)到多點(diǎn)的分光功能，由于GEPON具有成本低，功能強(qiáng)大，組網(wǎng)靈活等特點(diǎn)，所以逐漸成為光接入網(wǎng)的主流技術(shù)，尤其是具有保護(hù)倒換功能的GEPON設(shè)備，在光纖環(huán)路斷裂時(shí)可以自動(dòng)倒換到備用線路，具有非常高的可靠性，具備了光傳輸設(shè)備的一些特征，可以替代部分光傳輸設(shè)備，但是按照GEPON標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，GEPON的傳輸距離只有20公里，這就在很大程度上限制了 GEPON的應(yīng)用范圍，如何克服GEPON的距離限制，并擴(kuò)大ODN的分支比，使OLT的PON 口可以連接更多的0NU，具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。
[0003]由于GEPON采用點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)，每一個(gè)光分支都會(huì)消耗一部分光功率，所以GEPON線路的光功率預(yù)算非常緊張，這是限制GEPON傳輸距離和分支數(shù)的重要原因。在工業(yè)控制中的手拉手組網(wǎng)方式應(yīng)用中，大量使用一分二分光器，這樣分光器的級(jí)數(shù)就很多，可達(dá)十級(jí)以上。這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)光功率分配很不均勻，整個(gè)光網(wǎng)絡(luò)前級(jí)的光功率分配比較多，越到后面，可分的光功率越來(lái)越少，限制了每個(gè)PON 口所能接入的ONU數(shù)量，一般在這種組網(wǎng)結(jié)構(gòu)中，每個(gè)PON 口只能接入10個(gè)0NU，而在電信運(yùn)營(yíng)網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)PON可輕松接入32個(gè)0NU,所以在工業(yè)控制應(yīng)用中，更加需要一種能夠解決GEPON光鏈路功率不足的技術(shù)。
[0004]本方法采用3R技術(shù)，即再放大(re-amplifying)、再整形(re-shaping)和再定時(shí)(re-timing)。經(jīng)再生后的輸出脈沖，完全消除了附加的噪聲和畸變，即使在由多個(gè)中繼器組成的級(jí)連系統(tǒng)中，噪聲和畸變也不會(huì)積累，充分地發(fā)揮了數(shù)字光通信作為長(zhǎng)距離通信的最大優(yōu)點(diǎn)。
[0005]通用的解決GEPON光鏈路功率不足的辦法是采用光纖放大器。但由于光纖放大器價(jià)格昂貴，功耗大，體積大，在配網(wǎng)應(yīng)用中不具備實(shí)用性，同時(shí)光纖放大器屬于IR設(shè)備，即只能增強(qiáng)光功率，不能進(jìn)行信號(hào)整形和時(shí)鐘再定時(shí)，難以級(jí)連應(yīng)用，限制了 GEPON的傳輸距離范圍。在一些要求更長(zhǎng)距離的GEPON組網(wǎng)需求中，一級(jí)中繼器放大量往往不夠，本發(fā)明采用光中繼技術(shù)，并采用3R放大整形技術(shù)，可以級(jí)連組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了光信號(hào)的多級(jí)放大(如圖2所示)，級(jí)連級(jí)數(shù)在3級(jí)以上，比單級(jí)中繼器放大倍數(shù)提高數(shù)百至數(shù)萬(wàn)倍，極大的擴(kuò)大了GEPON的光鏈路預(yù)算，可從根本上解決GEPON光鏈路功率不足的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0006]1、上行接收組件的功能是接收上行激光信號(hào)，經(jīng)過(guò)Aro管進(jìn)行光電變換，把上行光信號(hào)變換成1250兆高速電信號(hào)，APD (雪崩管)具有比較高的靈敏度，從APD管輸出的高速電信號(hào)仍然是比較微弱的，需要經(jīng)過(guò)低噪聲前放和限幅放大器放大，最終輸出波形良好的高速差分1250兆電信號(hào)，送入SERDES電路處理，變高速串行信號(hào)為低速并行信號(hào)。
[0007]2、serdes從上行數(shù)據(jù)中提取的時(shí)鐘與輸入數(shù)據(jù)同步，但是由于光電變換電路和時(shí)鐘提取電路會(huì)引入相位抖動(dòng)，所以時(shí)鐘的抖動(dòng)比較大，在多級(jí)級(jí)連傳輸時(shí)，抖動(dòng)成分會(huì)疊力口，會(huì)造成誤碼或丟包，本方法中設(shè)計(jì)有緩存器，其寫入地址的時(shí)鐘由從線路上提取的125兆時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)，而其讀出地址的時(shí)鐘則由本地晶振產(chǎn)生，只要控制好寫入和讀出的時(shí)間相位關(guān)系，保證寫入和讀出數(shù)據(jù)一致，只是時(shí)間上有少量延時(shí)，就可以保證數(shù)據(jù)的正確傳輸；從GEPON光路上接收的數(shù)據(jù)包本質(zhì)上是以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包之間都有一定量的間隙，并留有一定量的前導(dǎo)比特，時(shí)鐘變換電路的作用是以從光路上恢復(fù)的時(shí)鐘信號(hào)作為緩沖存貯器的寫入時(shí)鐘，而讀出時(shí)鐘則由本地晶振產(chǎn)生，本地晶振產(chǎn)生的時(shí)鐘是非常穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)，這樣經(jīng)過(guò)時(shí)鐘變換電路處理過(guò)以后，前級(jí)的數(shù)據(jù)抖動(dòng)就會(huì)被消除。
[0008]3、由于GEPON上行是突發(fā)信號(hào)，數(shù)據(jù)發(fā)送并不是連續(xù)的，而是斷斷續(xù)續(xù)的，SERDES提取的時(shí)鐘信號(hào)也是斷斷續(xù)續(xù)的，為了保證緩沖存貯器的正確寫入，就必須從輸入數(shù)據(jù)中提取出正確的起始地址和時(shí)間，上行數(shù)據(jù)接收有效信號(hào)UP_RX_VALID是通過(guò)數(shù)字方法產(chǎn)生的，用于控制上行數(shù)據(jù)向FIFO的正確寫入。上行激光發(fā)送電路需要合適的偏置光(暗光)，以使激光器能工作在良好的工作點(diǎn)上，這個(gè)工作點(diǎn)要保證激光器發(fā)送高速數(shù)據(jù)時(shí)具有良好的前后沿，激光發(fā)送電路必須有使能信號(hào)Tx_Enable，在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)產(chǎn)生很少量的暗光，在不發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)就關(guān)閉暗光，以免主干光纖上各個(gè)ONU產(chǎn)生的暗光累積而干擾有用信號(hào)的傳送。由FIFO控制器產(chǎn)生的Tx_Enable信號(hào)是送往激光器的發(fā)送使能信號(hào)，這個(gè)使能信號(hào)要保證與上行發(fā)送數(shù)據(jù)同步，避免使發(fā)送數(shù)據(jù)受損；
[0009]4、高速光信號(hào)經(jīng)過(guò)光電變換，變成1250兆高速差分電信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)串并變換電路和上行數(shù)據(jù)檢測(cè)電路，由于這幾級(jí)電路都會(huì)產(chǎn)生一定量的延遲，比如串并變換電路，提取出正確的時(shí)鐘信號(hào)需要一定的時(shí)間，再比如上行數(shù)據(jù)接收有效信號(hào)UP_RX_VALID，必須積累到一定量的接收數(shù)據(jù)，才能確認(rèn)為接收到有效數(shù)據(jù)，這些電路都會(huì)產(chǎn)生時(shí)延，這些時(shí)延會(huì)導(dǎo)致上行數(shù)據(jù)的前導(dǎo)部分不能完整的寫入FIFO，會(huì)使突發(fā)數(shù)據(jù)的前導(dǎo)比特受損，這樣前導(dǎo)比特就會(huì)丟失，本方法設(shè)計(jì)有上行前導(dǎo)比特恢復(fù)電路，其作用是在發(fā)往上行激光器的突發(fā)數(shù)據(jù)串前部插入一定量的前導(dǎo)比特，使受損的前導(dǎo)比特得到恢復(fù)，插入的前導(dǎo)比特要與丟失的前導(dǎo)比特?cái)?shù)量接近，不能太多，也不能太少。
[0010]5、本實(shí)現(xiàn)方法還包括時(shí)延調(diào)整電路。由于GEPON標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的測(cè)距范圍有限制，一般為40公里至60公里(視不同廠家的芯片有所差異，一般不會(huì)超過(guò)60公里)，超過(guò)60公里的傳輸距離時(shí)，需要中繼器對(duì)各個(gè)ONU的發(fā)送數(shù)據(jù)在時(shí)間上重新調(diào)整。在本實(shí)現(xiàn)方法中設(shè)計(jì)了時(shí)延調(diào)整電路，由CPU控制讀取FIFO中存貯的數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)10B—》8B變換后，由FPGA過(guò)濾出GEPON中的多點(diǎn)控制MPCP消息，再由CPU讀取和分析MPCP消息，即可從緩存中獲取此中繼器下轄的各ONU的時(shí)延值，通過(guò)調(diào)整FIFO讀寫指針之間的時(shí)間差，即可在中繼器中實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)時(shí)延的重新調(diào)整，這一功能在超長(zhǎng)傳輸距離的工程應(yīng)用中，可避開(kāi)多個(gè)ONU發(fā)出的激光在主干光纖中沖突而引發(fā)干擾；
[0011]6、下行信號(hào)是連續(xù)信號(hào)，處理相對(duì)要簡(jiǎn)單一些，本實(shí)現(xiàn)方法包含兩片完全獨(dú)立的SERDES芯片，每片SERDES芯片都具備完整的串并以及并串變換功能，上、下行信號(hào)都經(jīng)過(guò)各自的SERDES電路和緩沖存貯器以及時(shí)鐘變換電路，以保證3R放大整形得以實(shí)現(xiàn)。
[0012]實(shí)現(xiàn)方法:
[0013]1、本實(shí)現(xiàn)方法中，SERDES芯片選用的是TI公司生產(chǎn)的芯片，芯片選用的原則是必須具備快速時(shí)鐘恢復(fù)功能，能夠在接收到GEPON上行突發(fā)幀以后快速提取出時(shí)鐘和數(shù)據(jù)，F(xiàn)PGA芯片是由XILINX公司生的SPARTAN 3S系列芯片，具有成本低，處理速率高，集成度高的特點(diǎn)，SPARTAN 3S芯片還具有無(wú)需外圍加載芯片的特點(diǎn)，上電可靠性更高，成本更低；上行數(shù)據(jù)檢測(cè)電路，F(xiàn)IFO(先入先出緩沖存貯器)控制器，寫入指針控制，讀出指針控制電路都在單片F(xiàn)PGA中實(shí)現(xiàn)，但是為了實(shí)現(xiàn)時(shí)延調(diào)整功能，以實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)的傳輸距離，需要大容量的FIFO，這時(shí)需要在FPGA外部擴(kuò)展一片SRAM，以實(shí)現(xiàn)更大的緩沖容量。
[0014]2,ARM CPU采用的是LPC1752，這是Cortex-M3內(nèi)核的CPU，工作主頻為100兆，內(nèi)部集成RAM和FLASH，具有集成度高，運(yùn)算速度快，調(diào)試方便的優(yōu)點(diǎn)。
[0015]3、下行接收組件，下行發(fā)射組件，上行接收組件，上行發(fā)射組件都采用模塊化組件，集成度高，體積小，性能穩(wěn)定可靠。
【附圖說(shuō)明】
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[0016]圖1為典型的GEPON組網(wǎng)拓補(bǔ)圖；
[0017]圖2為光中繼器級(jí)連組網(wǎng)的GEPON網(wǎng)絡(luò)拓補(bǔ)圖；
[0018]圖3為下行數(shù)據(jù)處理框圖；
[0019]圖4為上行數(shù)據(jù)處理框圖；
[0020]圖5為上