EPON专用芯片设计

　　以太网无源光网络(EPON)综合了以太网技术成熟、成本低、兼容性好以及PON技术的介质共享、运营维护成本低等优点，不仅能节省用户投资，而且能够以较低价格实现高速接入，使其成为目前最具有吸引力的下一代宽带接入网的解决方案.

　　传输汇聚(TC)功能的实现是构成EPON系统集成化设计的关键.TC功能主要包括突发同步、测距、带宽分配、帧定界和帧同步、扰码和解扰码、比特间插奇偶校验(BIP8)、比特误码率(BER)控制和运行维护管理(OAM)等.这类器件目前市场上买不到,需要自己开发.

　　本文提出了EPON系统专用芯片设计方案，并利用甚高速集成电路硬件描述语言(VHDL)进行高速通信网络的专用集成电路芯片(ASIC)的设计.

　　1 EPON结构及帧格式

　　EPON是点到多点的无源光网络，光信号在光线路终端(OLT)和光网络单元(ONU)之间传送，信号通道上没有有源器件，其内部元件包括：光纤、无源组合器、无源光耦合器/切分器.下行方向是从OLT到ONU(即点到多点)，采用广播机制.OLT发送的信号由光切分器切分到多条光纤上送到每个ONU，ONU则根据接收帧中的地址信息识别并只接收属于自己的帧.上行方向是从ONU到OLT(即多点到一点)，采用时分复用机制，来自各个ONU的信号由光耦合器组合到一条光纤上.OLT给每个ONU分配时隙以避免数据碰撞，每个时隙可以发送若干个以太包.ONU先缓存数据包，一旦属于自己的时隙到来就“突发”所存储的数据包.

　　OLT位于中心局(CO，Central Office)，是EPON和骨干网之间的“桥梁”，负责管理EPON系统.ONU的位置则根据接入系统的不同而不同，在光纤到路边(FTTC)系统和光纤到户(FTTH)系统中，ONU分别位于路边和终端用户.图1显示了EPON上、下行传输过程.

　　图2描述了下行业务以变长包形式从OLT传输到ONU的例子.下行业务被分成固定间隔的帧，每帧携带变长包.时钟信息以同步标志的形式位于每帧的开始，其长为1 bit，每2 ms传送一次以使ONU和OLT保持同步.每个变长包根据号码1到 N 指明属于某个具体的ONU.变长包的格式服从IEEE 802.3标准，并以1 Gbit/s速率传输.图2显示了变长包包括包头、净荷和错误检测域.

　　图3描述来自各个ONU的上行业务时分复用到一共同的光纤上，并避免了它们之间发生碰撞.上行业务分段成连续的由2 ms连续传输间隔形成的上行帧.在每个上行帧里为每个ONU指定一时隙.例如，图3中每个上行帧分成N个时隙，分别属于从1到N的ONU.每个ONU的TDM控制器连同OLT的同步信息一起，控制指定时隙里变长包的上行传输时间.图3显示了ONU4的时隙扩展图，其中包括两个变长包和时隙开销.时隙开销包括两信路间防护频带、定时指示器和信号强度指示器.如果ONU 4没有业务可传输，则时隙4会填满IDLE信号.