引言

　　將Wi—Fi無(wú)線接入與EPON系統(tǒng)有線接入融合起來，這極大豐富了EPON的應(yīng)用范圍,，而且可以彌補(bǔ)各自技術(shù)上的不足,，充分發(fā)揮光纖接入技術(shù)的高帶寬與無(wú)線技術(shù)的靈活性,，使得家庭和辦公用戶在享受高效、優(yōu)質(zhì),、低成本的寬帶接入服務(wù)外,，還能隨時(shí)隨地輕松實(shí)現(xiàn)移動(dòng)辦公和娛樂,。但是Wi—Fi的缺點(diǎn)和成本等原因決定了它無(wú)法取代有線接入網(wǎng)而獨(dú)立存在,，因此將Wi—Fi無(wú)線與EPON有線融合，將是未來接入網(wǎng)的合理趨勢(shì),。

　　1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

　　系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示,。它與傳統(tǒng)的EPON系統(tǒng)的主要區(qū)別在于本系統(tǒng)在普通ONU中融合了Wi—Fi無(wú)線組網(wǎng)方式，同時(shí)為終端用戶提供有線和無(wú)線兩種方式的服務(wù),。這里將本系統(tǒng)命名為融合型ONU,。

　　1.1 EPON各部分功能

　　一個(gè)典型的EPON系統(tǒng)主要由OLT（光線路終端）、ODN（光分配網(wǎng)）,、ONU（光網(wǎng)絡(luò)單元）三部分組成,，采用樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。上行使用1310nm,，下行使用1 490 nm的波長(zhǎng)傳送數(shù)據(jù)和語(yǔ)音,，CATV業(yè)務(wù)則使用1 550 nm波長(zhǎng)傳送。OLT放置在中心局端,，分配和控制信道的連接,，起到匯聚數(shù)據(jù)（TDM）和下發(fā)數(shù)據(jù)（廣播）的作用；ODN是無(wú)源分光器,，它將一個(gè)OLT和多個(gè)ONU連接起來,，一般分光比為1：16、1：32,、1：64,。ONU是EPON系統(tǒng)的用戶端接入設(shè)備，其主要的功能有：

　?、龠x擇接收OLT發(fā)送的廣播數(shù)據(jù),；

　　②響應(yīng)OLT發(fā)出的測(cè)距及功率控制命令,，并作相應(yīng)的調(diào)整,；

　　③對(duì)用戶的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存,，并在OLT分配的發(fā)送窗口中向上行方向發(fā)送,；

　　④根據(jù)OLT發(fā)出的OAM幀,，執(zhí)行相應(yīng)的OAM功能,；

　?、萜渌嚓P(guān)的以太網(wǎng)功能。

　　1.2 融合型ONU的應(yīng)用場(chǎng)景

　　融合型ONU被設(shè)計(jì)應(yīng)用在FTTX中,，F(xiàn)TTX根據(jù)光纖到用戶的距離來分類,，如圖1所示，可分成光纖到交換箱（FTTCab）,、光纖到路邊（FTTC）,、光纖到大樓（FTTB）和光纖到戶（FTTH）4種應(yīng)用方式。這里簡(jiǎn)要介紹融合型ONU在FTTH和FTTB中的應(yīng)用方式,。

　　對(duì)于FTTH住宅用戶,，將融合型ONU設(shè)備放置于用戶家中或商業(yè)用戶辦公室，在光纖入戶后由融合型ONU將光信號(hào)終結(jié),，將光接口轉(zhuǎn)換為多種電接口,，為電接口終端（電話機(jī)、綜合接入設(shè)備（IAD）,、計(jì)算機(jī)和IPTV機(jī)頂盒）提供有線接入,，同時(shí)搭配Wi—Fi無(wú)線接入，將使得寬帶與移動(dòng)結(jié)合,，則可以達(dá)到未來寬帶數(shù)字家庭的愿景,。

　　對(duì)FTTB住宅用戶，將融合型ONU設(shè)備放置于樓道,，一般4個(gè)用戶共用一個(gè)融合型ONU,，利用用戶新建或原有的5類線和Wi—Fi無(wú)線入戶，利用用戶家中配置的綜合接入設(shè)備（IAD）所提供的RJ11接口和RJ45接口分別連接電話機(jī),、計(jì)算機(jī)和IPTV機(jī)頂盒等終端設(shè)備,，同樣也搭配Wi—Fi無(wú)線接入，將使得寬帶與移動(dòng)結(jié)合,。

　　2 Wi-Fi技術(shù)特點(diǎn)

　　Wi—Fi技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)：

　?、俑采w范圍廣。Wi—Fi的半徑可達(dá)100 m,，很適合在家庭,、辦公室及單位樓層內(nèi)部使用；而Bluetooth技術(shù)只能覆蓋15 m范圍內(nèi),。

　?、趲挻蟆?02.1lg和802.11n的設(shè)備,，前者的理論帶寬是54Mbps,，后者的理論帶寬是300 Mbps，都遠(yuǎn)高于傳輸CD級(jí)信號(hào)需要的1.411 2 Mbps。

　?、鬯俣瓤?，可靠性高。在信號(hào)較弱或有干擾的情況下,，帶寬可調(diào)整為11 Mbps,、5.5 Mbps、2 Mbps等,，帶寬的自動(dòng)調(diào)整,，有效地保障了網(wǎng)絡(luò)的可靠性。

　?、軣o(wú)需布線,。Wi—Fi可以在覆蓋范圍的任何地方使用帶有Wi—Fi功能的設(shè)備進(jìn)行寬帶業(yè)務(wù)。

　?、菥G色健康。IEEE 802.11規(guī)定的發(fā)射功率不可超過100 mW,，實(shí)際發(fā)射功率約60～70 mW,，手機(jī)的發(fā)射功率約200 mW～1 W，手持式對(duì)講機(jī)高達(dá)5 W,，而且無(wú)線網(wǎng)絡(luò)使用方式并非像手機(jī)直接接觸人體,，是絕對(duì)安全的,。

　　但同樣Wi—Fi相對(duì)于有線接入也存在缺點(diǎn)：

　?、傧到y(tǒng)開銷和頻率干擾等使傳輸速率大大減小。

　?、谕l段無(wú)線電波的相互影響和障礙物使得穩(wěn)定性不如有線接入方式,。

　　③安全性和數(shù)據(jù)的保密性都不如有線接入方式,。

　　3 融合型ONU的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　融合型ONU的硬件結(jié)構(gòu)圖如圖2所示,。

　　主控芯片S3C2440是三星公司近年來開發(fā)的一款基于ARM920T內(nèi)核的16/32位RISC嵌入式微處理器，其高性能,、低功耗,、小體積、接口豐富的特點(diǎn)能滿足嵌入式系統(tǒng)的要求,。其核心RISC處理器實(shí)現(xiàn)了MMU,、AMBABUS、Haryard高速緩沖,。CPU內(nèi)部集成了數(shù)據(jù)分開的16 KB Cache,、SDRAM控制器、LCD控制器、4通道DMA,、3通道UART,、I2C總線、I2S總線,、SD接口,、觸摸屏接口、8通道10位A/D控制器等,，非常方便系統(tǒng)開發(fā),，因此十分廣泛地應(yīng)用于PDA,、便攜媒體播放器,、衛(wèi)星導(dǎo)航儀以及嵌入式控制器等設(shè)備。

　　光收發(fā)模塊作為上下行網(wǎng)絡(luò)側(cè)接口,，其作用是進(jìn)行光電/電光轉(zhuǎn)換并實(shí)現(xiàn)融合型ONU上行數(shù)據(jù)的發(fā)送和下行數(shù)據(jù)的接收,。SerDes作用是進(jìn)行串并/并串轉(zhuǎn)換。交換處理模塊負(fù)責(zé)處理數(shù)據(jù)包的交換轉(zhuǎn)發(fā),。Wi—Fi控制芯片用來控制RF射頻模塊,。Flash用來存放Bootloader引導(dǎo)程序和應(yīng)用程序。SDRAM作為內(nèi)存,。UART作為調(diào)試接口對(duì)融合型ONU進(jìn)行調(diào)試,。電源電路提供融合型ONU系統(tǒng)內(nèi)部所需要的電源。FPGA（現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列）獨(dú)立完成信息加密的大量運(yùn)算,，相比軟件可以提高速度,、節(jié)省時(shí)間。

　　4 融合型ONU的工作流程

　　4.1 光收發(fā)模塊的工作流程

　　光收發(fā)模塊的核心部分采用的是Delta公司的一款EPON ONU收發(fā)器——OPEP-33-A4K1RH,，該收發(fā)器主要包括1 310 nm的激光器,、InGaAs PIN二極管、前置放大器等,，可以接收1 490 nm的連續(xù)數(shù)據(jù)和傳送1 310 nm的突發(fā)數(shù)據(jù),，它所需的工作電壓是+3.3 V。

　　光收發(fā)模塊的功能連接圖如圖3所示,。其中3.SD是光收發(fā)模塊的第3個(gè)引腳,，它的功能可以描述為有光輸入時(shí)為邏輯高，否則為邏輯低,；4.RD（n）是第4個(gè)引腳,，反向接收數(shù)據(jù)的輸出；5.RD（p）是第5個(gè)引腳,，正向接收數(shù)據(jù)的輸出,；8.BiasCNT（n）是第8個(gè)引腳，控制ONU突發(fā)模式操作的負(fù)脈沖；9.TD（p）是第9個(gè)引腳,，正向發(fā)送數(shù)據(jù)的輸入,；10.TD（n）是第10個(gè)引腳，反向發(fā)送數(shù)據(jù)的輸入,。

　　4.2 以太網(wǎng)模塊的工作流程

　　本系統(tǒng)配有4個(gè)10/100M Base-TX以太網(wǎng)業(yè)務(wù)接口,，支持10 Mbps和100 Mbps自適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)連接速度；以太網(wǎng)模塊的工作電壓為5 V,。以太網(wǎng)業(yè)務(wù)接口可以根據(jù)需要擴(kuò)展成8個(gè),、16個(gè)或者24個(gè)，充分滿足不同業(yè)務(wù)量的需要,。

　　以太網(wǎng)模塊的功能連接圖如圖4所示,，進(jìn)出以太網(wǎng)接口的信號(hào)都需要經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)濾波器，網(wǎng)絡(luò)濾波器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)選頻電路,，它的功能就是允許某一部分頻率的信號(hào)順利的通過,，而另外一部分頻率的信號(hào)則受到較大的抑制。與網(wǎng)絡(luò)濾波器相連的是交換處理模塊中的Port's MAC（M-edia Access Controllers）,，用來解決在共用信道中產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)時(shí)分配信道的使用權(quán)問題。

　　4.3 VOIP模塊的工作流程

　　本系統(tǒng)配有兩個(gè)POTS電話機(jī)接口,，可以連接兩部電話機(jī),。普通電話撥打和接收網(wǎng)絡(luò)話音，必須通過POTS接口才能進(jìn)行,，POTS接口是能夠連接普通電話與ISDN的接口設(shè)備,，它能使兩部電話同時(shí)上網(wǎng)并與其他電話通信。

　　VOIP模塊的功能連接圖如圖5所示,。Dual SMD PTC叫做雙重?zé)崦綦娮?，可?duì)過熱和過流雙重作用導(dǎo)致的電路故障進(jìn)行保護(hù)；Tip and Ring（正極線和負(fù)極線）表示組成電話配線電路的兩條電線,，Tip是正極線的別稱,，Ring是負(fù)極電線的別稱。

　　4.4 Wi—Fi模塊的工作流程

　　Wi—Fi模塊的功能連接圖如圖6所示,。本系統(tǒng)的天線是外置天線,，這樣能盡量穩(wěn)定信號(hào)。天線與RF射頻模塊相連,，RF射頻模塊大致可分為放大模塊,、變頻模塊、調(diào)制解調(diào)模塊等有源部件，然后通過A/D,、D/A轉(zhuǎn)換與Wi—Fi控制芯片相連,。Wi—Fi控制芯片控制整個(gè)無(wú)線模塊的運(yùn)行。

　　結(jié)語(yǔ)

　　ONU是EPON技術(shù)的關(guān)鍵組成部分,，融合型的ONU所具有的高寬帶和無(wú)線靈活性是完全能滿足今后市場(chǎng)所需的,。隨著EPON技術(shù)的改進(jìn)和建設(shè)成本的降低，融合型ONU將具有廣闊的市場(chǎng)前景,，因此Wi—Fi技術(shù)在光網(wǎng)絡(luò)單元中的應(yīng)用研究是非常有實(shí)際意義的,。