發布日期：2022-07-14 點擊率：39
作者:Atul Patel,德州儀器
諸如高清電視、個人視頻播放器、網絡游戲、IP技術以及視頻電子郵件控制臺等消費或面向商務的電子產品最近所碰到的問題是消費者所有目共睹的,且不可忽視。支持此類設備使用的關鍵在于更大的網絡帶寬。如今,全球的消費者正快速的在其居家及工作場所普及帶寬占用型(bandwidth-hogging)的電子設備,并需要一定的容量以實現有效的利用。服務供應商及內容所有者希望能提供符合要求的服務,特別是當此類服務在各自的行業上呈現出真正的增長之時。
阻礙了服務提供商及內容所有者以至于無法滿足需求大帶寬帶寬(bandwidth hungry)的消費者的主要原因在于老舊的、連通了當今的消費者至通信網絡的銅導線通信鏈路。業已存在的,一般用于鏈接消費者及商務用戶至因特網及通信網絡的銅導線基礎設施已經達到了一定的上限,在同時服務于數個用戶時,此類設施無法提供消費者所需的、全部的新型大帶寬(bandwidth intersive)應用。
諸如xDSL的技術及其纜線在因特網發展初期能為銅導線網絡提供所需的大帶寬。而今,隨著消費者對帶寬需求的增長,諸如IP-TV及IP技術等應用,銅導線網絡將無法完全地為此類應用提供滿足其需求的帶寬。而隨著因特網使用者越來越普遍,帶寬狀況也進一步的惡化。相對于一般的用戶量來說,當網絡使用者超出了一定的額度,將有可能擠掉部分電話及電視的用戶。對于互聯的電腦、電視機電話來說,尤其如此。
結果是服務提供商及內容所有者無法提供其客戶所需的、產生回報(revenue-generating)的服務。從消費者角度來說,則正在購買需求更大帶寬的電子設備以及其投資的無法完全利用之間猶豫不決。正如你所看到的,帶寬問題貫穿了消費電子、計算機系統、服務提供商及內容(娛樂)等領域。
可行的解決方案
近期浮出水面的,有可能解決此類帶寬問題的解決方案即是無源光網絡(PON)技術。PON是大帶寬的光學端鏈接多點式數據接入的技術,可采用無源光學元件支持數據通信,例如分路器(splitter)及波分多路復用器(WDM)。
PON系統的典型組成包括了光學線路終端單元(OLT),將連接至客戶(消費者)所在地的多個光學網絡終端單元(ONT)。典型情況下,單個OLT可支持高達32-64個ONT。
PON技術已經存在了一定的時間,但直至近幾年才由于新技術的浮現使得PON足夠經濟高效以實現廣泛應用。從服務提供商方面來說,PON可高效的支持光纖用戶,取決于PON實現的方式,其單條源自處理中心(central office)的線路將可服務于32-64個客戶。上述方式在設備及光纖的安置開支方面實現了較低的每客戶成本。
此外,無源元件需要較少的維護,且具有較低的故障率。類似的種種原因促成了可接受的PON網絡實現成本。由于具備了可接受的實現成本,并為客戶提供了足夠大量的帶寬,服務供應商正考慮把PON作為可能的替換技術,以替換目前所使用的銅導線網絡。
PON的方式
用于實現PON的技術經過了若干年的發展,可供給不同的市場領域,并促進了技術的發展和推陳出新。目前主要有三種PON實現方式:廣播式PON(BPON)、以太網PON(EPON)、千兆位PON(GPON)——每一方式均具有其顯著的優勢及不足。
BPON在其數據傳輸層采用了自動化傳輸服務(ATM),主要傾向于早期的、已使用ATM的基礎設施。BPON基于ITU-T 標準。此類PON支持非均衡的數據率——622mbps下行及155mbps上行。BPON可在每條OLT鏈路上支持高達64個客戶,支持范圍長達20km。BPON的部分優勢包括了全服務局域網(FSAN)兼容性、流量管理能力以及對服務質量(QoS)的支持。
BPON的一個缺點在于需要三個光學波長:語音及數據的下行波長、視頻的下行波長、語音及數據的上行波長。但與其它類型的PON方式相比,BPON在實現上具有更大的成本優勢。
EPON使用以太網作為數據傳輸層,兼容標準。EPON可支持高達的均衡數據率。以太網兼容性以及對開關數字視頻(switched digital video)的支持使得EPON成為了開發新領域的優先選擇,適用于較少或沒有早期基礎設施的場合。EPON允許32個時隙(time slot,即每OLT支持32個ONT),支持典型的鏈路范圍高達20km。
EPON的主要優勢之一在于其高速的數據傳輸所結合的開關數字視頻服務能力。該特性與需要不同波長來支持視頻的高成本實現形成了鮮明的對比。同時,與其它以太網使能設備的無縫連通性也是EPON的固有優勢。EPON的一個缺點在于與BPON相比較時,單條OLT鏈路上所能服務的客戶數量有所下降。
GPON可看作BPON的超集(superset),但也具有一點明顯的差異。GPON具有協議不確定性。因此,GPON可同時支持時分復用(TDM)以及數據分組(packet data)。GPON基于ITU-T 標準,支持非均衡的數據率,下行可高達,上行可高達。GPON可支持的鏈路范圍高達40km。GPON的部分優勢在于對開關數字視頻的支持以及對本地時分復用語音的支持,無須添加IP。
GPON的缺點在于與BPON技術相比的不成熟性,但隨著時間的推移,且基于GPON與終端消費者的需求極為一致的優勢,其缺點終將克服。由于BPON及ATM基礎設施在北美地區更為常見,因而GPON最初更多的配置于此地區。
關鍵的實現需求
PON系統的關鍵實現需求之一在于需要OLT處的端口不斷的在多個ONT客戶之間切換。典型的ONT端具有給定的1/32(或1/64)有效時隙以實現與OLT的通信。從而需要OLT快速順暢的逐個鎖定ONT。快速鎖定及再鎖定周期(re-lock cycle)的需求典型的涉及到對突發模式(burst mode)的再鎖定支持(叢OLT的角度來看)。
為了支持此類對PON的實現極為關鍵的快速鎖定功能,特定的媒介訪問控制(MAC)、串行化/解串化器(Serdes)以及時鐘和數據恢復(CDR)硅芯片技術都是必須的。MAC須匹配每一ONT的訪問,并同時實現典型的MAC功能。
串行化/解串化器:問題的關鍵部分
SerDes/CDR硅芯片在PON的實現上起了非常重要的作用,此類芯片是實現快速再鎖定功能(在OLT側)的關鍵。典型情況下,GPON需求低于30位時(bits time)的再鎖定時間,EPON需求低于300位時的再鎖定時間。任意特殊的系統實現所需的額外的再鎖定時間將取決于系統的架構以及設計所采用的元件。
在早期,GPON系統構建人員需要分離的實現SerDes及CDR功能,并使用多個元件,諸如CDR芯片、時鐘相位調整單元、多路復用器、解多路復用器以及移位寄存器。此類分離的實現非常昂貴且需要很大的功率。某些情況下,此類離散的實現降低了基于PON實現的總體成本效益。
然而,近期的硅芯片開發商針對EPON及GPON系統引入了集成的SerDes解決方案。針對EPON應用及GPON應用的器件提供了低成本、低功耗的集成SerDes解決方案,可支持PON(EPON及GPON)所需的快速再鎖定功能。例如,通過集成多路復用器、解多路復用器以及CDR,可實現約800mw的功耗。相比較而言,離散的解決方案需要2-3W的功耗即可實現同等的功能。同時,由于此類設備的構建采用了低成本的互補金屬氧化物半導體(CMOS)工藝,因而不僅可適用于OLT端的設計,亦可應用于ONT端。與OLT端相比,ONT的實現需求在再鎖定時間方面略為寬松。然而,由于是更為接近客戶導向的系統(consumer oriented system),因而ONT端的元件必須極為經濟高效。
很顯然,用于支持關鍵的PON需求(例如快速再鎖定)的新型SerDes設計將是PON基礎設施構建的關鍵之一。具有了光學模塊、無源元件以及硅芯片技術的優勢,所有這些方面,都為PON最終取代具有百年歷史的老式銅導線接入基礎設施鋪平了道路。
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