突发模式GEPON系统物理层使能技术

Charpen.zhang,Zachary.lu,Peter.tang Fiberxon，Inc

1．引言

基于千兆以太网的无源光网络（GEPON|0">GEPON） 代表了宽带接入网的最新发展趋势, 其作为解决最后一公里的接入方式，一直是接入网技术研究的热点。2004年5月，IEEE802.3ah标准正式通过；同时日本SoftBank开始在日本大规模铺设GEPON系统，这就使得GEPON成为众多设备制造商新的发展目标。目前，日本已在大规模地进行GEPON系统建设，中国和北美也开始了GEPON系统的试点。

GEPON系统具有巨大发展潜力的背景是因为目前用户终端设备绝大部分是具有较高性价比的以太网设备。由于GEPON系统除了具有千兆以太网的特点外，还需要支持高速率下的突发工作模式，因此在GEPON系统物理层设计中，就对支持突发模式的GEPON光收发器件提出较高的要求。本文针对GEPON系统的技术特点和IEEE标准,阐述了GEPON光收发器件的实现方式，指标要求和这些指标对系统的影响。

2．GEPON系统的概要

根据IEEE 802.3ah-2004标准，GEPON系统的框架结构如图1 所示，其主要组成部分包括：光分配网络(ODN)，使用无源光分路器（Splitter）进行光分路(1∶16 或1∶32)；光链路终端设备（OLT）；光网络单元设备（ONU）[1]。

GEPON系统从OLT到ONU称为下行方向，下行传输时，OLT采用广播方式，通过1490nmDFB激光器将IEEE 802.3以太网帧传送至所有ONU,下行传输支持连续工作模式；从ONU到OLT称为上行方向, 各个ONU向OLT请求相应的上行传输带宽,OLT在此基础上协调安排各个ONU的发送时序，通过1310nm DFB或者FP激光器由ONU向OLT传送信号，上行传输支持突发工作模式。在上下行传输模式下，通过单纤双向技术(1310nm/ 1490nm)可实现全双工的工作方式。从整个系统设计的角度而言，在下行方向，只有OLT一个信号源，ONU接收广播帧。对于某一个特定的ONU来讲,接收路径不变,其接收信号电平和相位特性是相对稳定的,因此不会存在突发接收问题。但在上行方向,对于OLT来讲,存在多个信号源(ONU)；ONU与OLT之间的不同距离以及链路特性上的差异, 会造成各ONU的发送功率相同, OLT接收时却各不相同, 这就需要OLT端的接收机支持突发接收；同时从整个系统优化的角度而言，要求ONU在没有传送信号时处于关断状态，而在传送信号时要求很快打开，这就需要ONU支持突发发射的工作模式。因此上行接入是GEPON系统设计的关键，而支持突发模式的光收发器件也成为整个GEPON系统的重点和难点。

IEEE802.3ah-2004对于GEPON系统1:16分路比条件下10km （Px10）和20km（Px20）应用的物理层特性做了详细规范，但是目前实际铺设的GEPON系统都要求支持1：32甚至1：64分路比条件下10km和20km传输。表一列出GEPON系统在不同分路比条件下10km和20km传输的链路特性。由表可见，GEPON系统对光收发器件的工作参数提出较高要求，尤其在上行链路状态，要求光收发器件在动态工作状态下支持高达26dB(1：16）和29.5dB(1:32)的链路预算。因此支持高链路预算、动态工作模式的GEPON光收发器件是整个GEPON系统设计的技术难点和重点。

3．GEPON系统ONU端突发发射关键技术

GEPON系统ONU端光收发器件支持1.25Gbit/s的工作速率，同时在接收到OLT允许发送数据的指令后，采用突发模式发送数据到上行帧的指定时隙，因此ONU端光收发器件除具有千兆以太网光收发器件的要求外，还必须支持突发发射模式。

对于ONU光收发器件而言，其连续接收一般采用PIN接收机，突发发射可采用FP激光器或者DFB激光器，FP激光器与DFB激光器最大的差别就是FP激光器是多纵模发射，而DFB激光器是单纵模发射，因此FP激光器存在较大的模式色散效应，该效应引入较大的通道代价。图2 给出了FP 激光器的模式色散受限传输距离与激光器谱宽之间的关系, 从图中可以看出，激光器谱宽越窄，其模式色散对传输距离的影响越小。而DFB 激光器与FP 激光器相比，不存在模式色散,因而通道代价较小。

为了满足较短突发时序的工作要求，支持突发发射的激光驱动器采用了具有保持功能的自动功率控制回路（APC）[2,3]。该自动功率控制回路可以保持上一个突发时序的自动功率控制回路的直流偏置值，这样在下一个突发时序出现时，可以较快的建立一个稳定的APC回路。图3显示了一个典型的突发时序测试结果，其突发控制模式为负电平有效，突发Turn-on时间为38ns，突发Turn-off时间为26ns。

3．GEPON系统OLT端突发接收关键技术

GEPON系统OLT端发送1.25Gbit/s的连续广播信号，同时根据系统时序在1.25Gbit/s 速率下接收不同ONU的信号。这可采用两种方式解决信号接