GPON系统TDM接入业务的实现

摘　要： GPON技术是目前最为先进的无源光网络接入技术，能够满足未来业务的发展需要和支持现有的业务类型，是实现光纤到户的最优方案。本文在介绍GPON系统的组成和特点的基础上，对GPON系统高层业务中的TMD接入业务进行了研究和实现。

关键词：GPON； 光网络终端；无源光网络
1 引言
　　随着互联网的快速发展，网络上的数据流量呈几何级增长，电信企业的业务类型也从电话电报业务发展到宽带等多种业务。虽然通信技术得到了巨大发展，但“最后一公里”现象仍然是制约主干网与局域网之间的瓶颈。网络的发展和普及需要一种简单、经济、易升级，并能够传输数字、语音和视频等业务的新宽带接入网技术，光接入网技术正是在网络发展的这种需求下发展起来的。本课题主要对无源光接入网（PON）中吉比特无源光网络光网络（GPON）终端业务TDM在无源光网络光网络终端上的实现。
2 GPON 系统的组成及特点
　　GPON(Gigabit-Capable PON，吉比特无源光网络光网络)技术是基于ITU-TG.984.x标准的最新一代宽带无源光综合接入标准，具有高带宽、高效率、大覆盖范围和用户接口丰富等众多优点，被大多数电信运营商视为实现接入网业务宽带化，综合化改造的理想技术。GPON解决了传统点到点的解决方法存在的局限，是一种面向未来多业务的、经济的用户接入网技术。
2.1 GPON系统的组成
　　GPON 系统主要由光网络单元 (ONU)、光分配网络 (ODN)和光线路终端 (OLT)组成。其中，光网络单元部署于住宅小区或楼内机房， 为用户接网提供侧接口，提供数据、语音和视频等多种业务流的接入，并通过GE光口经光分配网络上联至光线路终端；光分配网络由光纤线路和光分路器等组成；光线路终端部署于业务接入网的中心节点，为接入网提供城域网与网络侧之间的接口，通过多个GE/FE 接口上联不同的网络业务。
2.2GPON技术的特点
　　1、支持源模式TDM，IP数据及视频业务，即包括IPTV的“三网合一”业务，并可向一个/多个用户同时提供持续、且可随时间调整带宽的能力。
　　2、GPON 可提供了IGMP Proxy 以及IGMP Snooping 组播功能，能方便地实现组播控制，从而更好的满足开展IPTV组播业务的需求。
　　3、容量大，可解决接入网瓶颈问题
　　下行2.488Gbps，上行1.244Gbps 速率的吉比特级的GPON(千兆PON) 网络系统，还可通过内置的CWDM 模块可扩展到10Gbps。这样高的线路速率，将能支持更多的服务，也意味着能实现更多的营收。
　　4、带宽高、资源共享
　　GPON 更有近2.5G的高带宽，打开了光接入网原有的带宽瓶颈，为未来新业务（IP网络电视、三网合一等）的开展奠定了一个优质的带宽基础。而且高带宽是由单个用户（FTTH）独享或者由多用户共享（FTTB或FTTC 等），并可提供优先级、QoS保证。
　　5、传输效率高
　　将所有的传送数据采用全新的GFP适配协议封装为25us的定长帧结构，与APON和EPON技术相比，具有更少的开销字节和更高的传输效率；在近2.5G的传输带宽需求情况下，GPON的传输效率达93%，而A/BPON 和EPON 的传输效率分别是70%和49%。GPON 的线路速率和效率及分割率很高，因此其提供的灵活性也越高。
3 TDM接入业务的实现
3.1GPON系统中TDM接入业务的实现方案概述
　　TDM的业务种类多种，主要有T1、E1等，在这里重点研究E1在GPON系统中采用TDM-over-GEM技术接入网的实现。首先，TDM业务映射到GEM帧中，然后GEM帧再以透明的方式映射到GTC载荷中。下行时数据帧从OLT（光线路终端）传送到ONU（光网络单元）。 ONU成帧子层通过Port-ID来对下行数据进行过滤，将发送到自己的数据交ONU GEM客户端进行处理。上行时，ONU通过OLT所分配的时间间隙来传送数据帧。ONU缓存要发送的数据后，上行数据以突发的方式发送。OLT接收到上行的数据帧后，解多路复用将数据帧交给OLT GEM客户端处理。
    因为GPON系统中OLT与ONU之间的数据传输速率为1.244Gbps， 微处理器或FPGA在该速率内要及时、准确处理数据是比较困难的，所以OLT与ONU之间传输数据需要经过过串化器/解串器 (Serdes)把高速传输的数据转换成并行数据后，才能对其进行处理。
　　由于ONU端TDM业务数据的接收和封装的过程所涉及的关键技术与OLT端基本是一样的，本文的主要研究对象是GPON系统光网络终端，因此，本部分主要研究ONU端TDM业务的具体实现过程。
3.2 ONU端上行TDM数据的处理
3.2.1 ONU端上行TDM数据的处理流程
    ONU端上行TDM数据的处理流程如图1所示。从图中可以看出，其主要处理流程为：
    1、 HDB3码属于双极性码，因此在数字信道中不能对其进行直接处理。所以上行E1数据要通过码型变换模块进行码型变换，将HDB3码正负极性脉冲转换为NRZ码，最后存入码型调整缓存中，实现码速的调整；
    2、ONU通过E1接口中提取出控制信息用于实现E1上行数据的传送，与此同时还要从HDB3码中提取数据恢复时钟信息；
    3、根据从E1数据中提取的控制信息，生成调度模块后，生成CEM帧头、命令字队列以及MAC控制GTC帧头。最后将CEM帧头、命令字队列和GTC帧头报酬到帧头寄存器中；
    4、从帧头寄存器中读取帧头组成的数据帧；
　　5、将GTC帧保存到T-CONT1中，并在OTL授权的时间间隔内发送数据。
3.2.2 TDM数据的接收
　　由于E1信号是以2.048Mbps恒定的速率来传输的，根据HDB3码固有的特性，连续零出现的次数不会大于3，因此从E1信号中提取的时钟可以采用锁相环的方式来实现。GPON系统对时钟频率的控制和恢复比较简单，通过系统的高频时钟进行分频即可以实现，因此，对时钟的提取难点在于时钟相位的锁定。可以在接收到的信号的过程中获得相位的同步信息，因为HDB3码连续零的个数不大于3，因此可以把接收信号的“1”设置为相位同步的基准。其具体实现方法是将GPON系统的高频时钟当作主时钟，此时该时钟会产生一个n进制的计数器，该计数器用来分频生成速率为2.048Mbps的时钟，并用GPON系统的高频时钟采样“1”码，将所采样的“1”码延时一拍并取反，再和“1”码的原采样值相与，最后得到一串脉冲。将得到的脉冲作为时钟分频计数器的复位清零信号，就可以实现时钟同步相位的锁定。此外，按照同步设计原则，要尽可能在电路中使用一个时钟。因此，对于计数器所生成的分频时钟不能作为时钟使用，只能作为时钟使能，仍然用GPON系统的高频时钟作为主时钟。另外 在TDM业务数据的接收阶段，还要把DB3码转换为NRZ码。
3.2.3TDM数据到GEM帧
　　ONU端的TDM数据到GEM帧的具体过程如下：首先TDM数据经过码速调整后，将数据读入到缓存中，然后通过SDRAM (缓存器)控制模块将数据读入SDRAM中；同时帧头形成模块从配置寄存器中读取相关信息形成帧头，并在缓存器控制模块的控制下将数据读入SDRAM。最后在缓存器控制模块的控制下将SDRAM中的GEM帧发送到复用/解复用模块。帧头形成模块根据查询配置寄存器来生成PLI、 PTI和Port-ID字段，再计算出HEC字段。由于ONU和OLT成帧的过程是相同的，所以OLT可以使用相同的模块来实现。如图2所示为成帧模块的结构。

图2 成帧模块结构图
4 结语
　　与传统接入网技术相比较，GPON技术以能够满足未来业务的发展要求、支持现有的业务类型、提供高效率的GEM封装和实现成本比较等特点，是目前最先进的接入网技术，成为实现光纤到户的最优方案。本文的对GPON系统高层业务中的TMD接入业务进行了研究和实现。
参考文献：
[1]王秉钧，王少毅.接入网技术[M].第1版.北京:机械工业出版社，2005:1-8
[2]韦乐平.宽带光纤接入网的发展与技术选择[[J].现代电信科技，2004(10): 2-6
[3]邓永红.光接入网技术综述[[J].有线电视技术，2004(2): 8-11
[4]林如俭.论宽带接入网的发展[[J].光通信，2006(4): 8-11
[5]林建俊.浅谈FTTH技术及其发展现代[[J]。电视技术，2008(1): 56-58
[6]聂祥.探讨宽带接入技术的应用现状与发展[J].江西通信科技，2005(3): 24-26