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FTTP客户端组件的现状与未来
浏览: 发布日期:2018-03-06 10:39:49

当前市场可用的架构与组件虽能够满足制造商的功能及性能要求,但产品成本却居高不下。当前的高成本是大规模部署的主要障碍。各种新型光纤技术的发展以及在同一IC上集成更多功能的能力不仅可进一步降低材料清单(BOM)成本,而且还能减轻装配工作量,这也同时满足了数字与模拟两方面的需求。

一、光纤接入

光纤被公认为是支持单个连接的最佳媒介,因为其出色的远距离高带宽能力、增强的总体网络可靠性与服务质量能促使优质宽带服务得以更快地推出。FTTP技术使服务供货商能够直接向商业与住宅用户提供近乎无限制的带宽及各种应用。FTTP还能够集成‘三重业务整合’服务,即新一代应用,如超高速因特网接入与联网、多语音线路和高清视频应用以及其它创新应用等。

PON

与同类基于铜及光纤的竞争技术相比,无源光学网络(PON)拥有众多优势。由于PON 属于无源光学网,因而环路中无有源电子器件,这意味着维护成本将显着降低。由于网络组件数量更少,因此故障点也将相应减少,进而运营支出与要求也会最大程度地降低。

PON架构是一种面向未来的架构,既能处理现在的语音、视频及数据应用,而且对未来新兴应用的处理能力也将毫不逊色。因此,拥有PON就不必担心未来昂贵的升级与功能增强费用了。

PON使服务供货商可以推出更多种类的服务,进而增加收入。此外,借助PON架构,服务提供商还可提供各种利润较高的产品。

三重业务整合FTTHONT

光纤到户(FTTP)网络的光网络终端(ONT)是一种与国际电信联盟(ITU)G.983兼容的设备,并适用于住宅电话网络。该设备可支持三段光纤波长;两段波长为1490 nm 与 1550 nm 的下行波段,以及一段波长为 1310 nm 的上行波段。借助 OLT 的支持以及网络光预算解决方案,我们可在同一 PON 上安装 32 个 ONT。

ONT能支持一至四个单独可寻址的POTS端口。此外,ONT 还可支持单个10/100BaseT 以太网端口,能够提供不间断的高速因特网服务。为了提供完整的全业务接入网 (FSAN) 功能,ONT 可通过同一根光纤传输有线电视服务。而后再将有线电视服务转换至大部分家庭都已安装的 75 Ohm 同轴网络。为了支持视频点播及其它先进的有线电视服务,ONT 必须将有线机顶盒回程信道 (return channel) 转换成 PON 分组流 (packet stream),以便通过上行光纤波长进行传输。

二、当前的CPE架构 图1显示了当前ONT 的普通结构图 —— 典型的 BPON ONT 结构图。 按此在新窗口浏览图片 图1典型的BPONONT 结构图

三段波长光收发器

该收发器负责用户端与中心局(CO)之间的物理连接。接收数据与发送猝发流量时的波长分别为1490 nm 和 1310 nm。可将波长为 1550 nm 的第三段波长用于模拟视频广播。

BPON媒体访问控制器

该媒体接入控制器主要负责PON系统的专用传输控制协议。该BPON MAC 可控制 PON 猝发模式数据传输。猝发数据从许多距离不尽相同的家庭传送到中心局。上行数据只能在CO的 OLT 卡中以协作的方式被接收,以确保每个家庭的数据猝发彼此不会发生冲突。下行数据从CO传送至家庭,媒体访问控制器在家庭中必须过滤最终传输至各家庭的数据。CPE 与CO之间的通信线路要求每个家庭中都有一套 CPE MAC,以及在中心局安装一套 CO MAC(一套即可满足 32 个家庭的使用)。

IADSOC

集成接入设备片上系统(IADSOC)是一种可控制 CPE 的单元。该单元可集成控制处理器及其各种外设包括中断控制器、定时器、具有数据处理逻辑的存储控制器,如 AAL5 SAR、以太网 MAC 与 Phy、AAL2/AAL1 语音SAR 等。有些器件能在硅片中集成如 IPsec 等更多的数据功能,以提高安全性以及 USB 端口与 WiFi 接口的性能。

SLIC

该单元经过RJ11插孔可与POTS(传统电话业务)电话相连。它包括可终止 Tip与 Ring 信令的逻辑器件,以及可用于将模拟信号转换成数字语音流的编解码器。有些单元还包括可实现压缩语音及回声消除的 DSP。此外,该单元也可支持电话响铃所需的电压。

BPONMAC架构

如上所述,该单元可控制PON逻辑。类似IC 的典型架构是由以下部分进行构建的:

Utopia接口——该接口是一种标准的ATM总线接口,可连接多种现有的 IAD SOC;

CPU接口——该接口用于可控制MAC的外部 CPU;

内部多单元总线——一种可连接IC各种单元的内部总线,并可实现模块化的设计与更佳的数据传输性能;

信元/包存储器——ATM流量缓冲器可实现两个方向的流控制;

BPON接收块——该块负责信元定界、流量丢弃、PLOAM(物理层OAM)处理和Grant 处理;

BPON传输块——该块可根据OLT接收到的 Grant 映射来控制上行数据的猝发传输;

收发器接口——高速串行数据与控制接口。

市场上现有的一些器件已达到了一定水平的集成度。该器件包括集成 CDR(时钟数据恢复)以及SERDES(串行器/解串器)。

收发器架构

收发器是负责光电转换的单元,在收发器的中心有一个块状光学WDM模块,该模块能分出三段波长,每个波长能相应地得到控制。限幅放大器IC 对持续不断的下行数据 (1490 nm) 进行过滤与放大,猝发式激光驱动器 IC 控制猝发上行数据 (1310 nm),该 IC 将激光启动延迟控制在最小范围内以满足协议的要求。视频接收机电路控制下行视频广播流 (1550 nm),将数据传送到一台 75ohm 同轴线缆连接器上,该电路在所有的视频信道上都有一个 AGC(自动增益控制)单元。

三、未来的CPE架构

上述CPE架构能满足市场需求,还完全符合当今的技术标准,而且支持所有的功能,提供完美的性能。看看类似的宽带技术(DSL及线缆调制解调器)的发展进程,可以清楚地看到该技术需要的 IC 集成度更高,并能以极低的成本将组装与生产工艺变得更加简单。这样,合同制造商 (CM) 就可以凭借经济实惠的产品进入市场,从而提供高速宽带服务。

为了实现这个目标,PON组件业需要朝以下三个方向发展:

1. 大幅降低光学器件成本

2. 在前端实现模拟集成

3. 在数字部分实现高度集成

从块状光学部件(BulkOptic)到 BiDi 芯片

三重业务整合收发器现有的WDM部分是一个块状光学组件,由手工组装和校准。它包括一个用于1310nm 传输的激光二极管,以及分别用于数字 1490 与模拟 1550 的两个 Pin 二极管,这三个二极管封装到标准的 To-can 封装中。在块状光学模块中心有两块分色镜,这两块分色镜能分出三段波长。两块分色镜采用手工安装和排列,产量低。

不久将来,该块状光学模块将会被更好的BiDi芯片解决方案所取代。该芯片是一个光学IC,与块状光学模块的性能相同,虽然产量仍低,但已能自动生产;这将大大降低光学模块的成本,也将降低 CPE 的总体成本。

BiDi芯片利用了波导技术,该技术已经发展成熟,被市场广泛接受。BiDi芯片利用V 形槽 (V-groove) 技术,能实现三段波长的高效分离。激光二极管、PIN 二极管以及 TIA(晶粒形态)在基板上进行自动组装,形成了芯片而不是传统的块状光学模块。

集成模拟IC

由于点对点网络存在集成模拟前端,所以实现三重业务整合PON技术的可能性很大。我们将发现,模拟IC 将连续的限幅器-放大器与猝发式激光驱动器集成到单块 IC 上。

集成PON 控制器

显而易见的集成优势将BPONMAC与 IAD SOC 融合在一起,这正是 DSL 与线缆调制解调器技术变得经济实惠的方法。ATM 总线会因为上述集成而取消,PON 控制器将把所有从以太网到光学系统的数据传输集成在一起。

总结

FTTP市场开始繁荣,更多的系统厂商将BPON技术集成到他们现有的宽带平台中,运营商也将进行现场试验与部署。

在明确FTTPCPE功能的同时,内部组件也将得到更快的发展。BiDi 芯片使得合同制造商不需要收发器,直接用光纤进行工作。此外,模拟前端系统与 PON 控制器的集成将减少有源组件的数量,降低 ONT 的尺寸。这样一来,制造商之间的竞争将加剧,FTTP 解决方案的吸引力也将增强,从而以经济实惠的价格实现真正的宽带。