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基于FPGA的GPON GTC层关键技术的设计与实现

作　者: 张友亮
导　师: 刘志军
学　校: 山东大学
专　业: 电路与系统
关键词: 接入网技术 GPON GTC 动态带宽分配 FPGA
分类号: TN929.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 27次
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内容摘要


近年来随着电信网的快速发展,接入网逐渐成为制约网络速度进一步提升的瓶颈。为了满足宽带接入的需求,新的接入网技术不断涌现。目前的接入网技术主要有基于金属线缆的xDSL技术、基于HFC的Cable Modem技术、基于五类双绞线的以太网接入技术,以及光纤接入技术和宽带无线接入技术等。光纤接入具有带宽高、传输距离远、保密性好等优点,是未来宽带接入网的主流技术。其中,无源光网络(PON)以其低成本、组网简单、易于升级扩容等特点,成为备受关注的光接入网技术。PON经历了由APON、BPON到EPON和GPON的发展历程。GPON具有速率高、支持全业务、效率高、可提供电信级的QoS保证等特点,是理想的宽带光接入网技术。GPON的技术特征主要体现在传输汇聚层,也即GTC层。GPON的核心技术,包括上下行成帧和适配、测距和延时补偿、动态带宽分配、加解密及差错控制等,都是在该层实现的。因此,GPON的GTC层的研究和设计对于实现GPON具有重要意义。本文首先介绍了几种主要的接入网技术,分析对比了GPON与APON、EPON等的区别,阐述了GPON技术的优势所在；其次简单介绍了GPON的标准体系和整体的层次模型,重点介绍了GTC层的协议栈、分层结构、各层的关键功能和实现要求；然后,在分析GPON上下行帧结构的基础上,设计了上下行链路各功能模块,介绍了其中的NRZ码、CRC8、BIP8、RS、AES加解密等编码原理和实现方法；并且分析了几种主要的动态带宽分配算法的缺点和不足,提出了基于T-CONT优先级和带宽需求的动态带宽分配算法；最后,使用Verilog硬件描述语言对相关模块进行描述,通过Xilinx ISE软件平台对各模块进行仿真验证；给出了上下行链路处理和DBA算法的整体仿真结果。本文是对GPON关键技术的一次有益的尝试和探索。

全文目录


摘要  10-11
Abstract  11-13
符号说明  13-15
第一章 绪论  15-21
  1.1 接入网技术概述  15-17
    1.1.1 基于金属线缆的xDSL技术  15-16
    1.1.2 基于HFC的Cable Modem接入技术  16
    1.1.3 以太网接入技术  16
    1.1.4 光纤接入技术  16-17
    1.1.5 宽带无线接入技术  17
  1.2 无源光网络(PON)技术  17-18
  1.3 APON、EPON、GPON的比较  18-19
  1.4 GPON的国内外发展现状  19
  1.5 课题研究的背景、意义  19-20
  1.6 论文工作与结构  20-21
第二章 GPON GTC层概述  21-30
  2.1 GPON标准  21-22
    2.1.1 GPON的标准化进程  21
    2.1.2 GPON标准介绍  21-22
  2.2 GPON的层次模型  22
  2.3 GTC层协议栈  22-26
    2.3.1 C/M平面协议栈  23-24
    2.3.2 U平面协议栈  24-26
  2.4 GTC层关键功能  26-29
    2.4.1 媒质接入控制  26-27
    2.4.2 DBA控制  27
    2.4.3 数据加密和差错控制  27-28
    2.4.4 测距和时延补偿功能  28
    2.4.5 复用机制  28-29
  2.5 本章小结  29-30
第三章 GTC层帧结构  30-45
  3.1 概述  30
  3.2 下行帧结构  30-36
    3.2.1 下行物理控制块(PCBd)  31-34
    3.2.2 下行净荷域  34-36
  3.3 上行帧结构  36-39
  3.4 GPON加密及差错控制技术  39-44
  3.5 本章小结  44-45
第四章 动态带宽分配算法的分析及设计  45-52
  4.1 四种类型的带宽  45-46
  4.2 目前主要的DBA算法  46
    4.2.1 基于T-CONT类型的DBA算法  46
    4.2.2 基于业务优先级的DBA算法  46
  4.3 基于T-CONT优先级和带宽需求相结合的DBA算法设计  46-51
    4.3.1 DBRu域定义  47-48
    4.3.2 算法描述  48-51
  4.4 本章小结  51-52
第五章 GPON GTC层的FPGA设计与实现  52-75
  5.1 系统设计  52-56
    5.1.1 ONU端分析及设计  53-54
    5.1.2 OLT端分析及设计  54-56
  5.2 各子模块的实现和仿真验证  56-66
    5.2.1 时钟配置子模块  56-57
    5.2.2 加解扰子模块  57-58
    5.2.3 CRC8校验子模块  58-59
    5.2.4 BIP8子模块  59
    5.2.5 RS编解码子模块  59-61
    5.2.6 AES加解密子模块  61-64
    5.2.7 测距及延时补偿子模块  64-66
  5.3 下行帧处理过程的仿真验证  66-70
    5.3.1 Psync同步模块  66-67
    5.3.2 BWmap模块  67-69
    5.3.3 下行帧处理整体仿真验证  69-70
  5.4 上行帧处理过程的仿真验证  70-72
    5.4.1 PLOu模块  70-71
    5.4.2 上行帧处理整体仿真验证  71-72
  5.5 DBA模块的仿真验证  72-74
  5.6 本章小结  74-75
第六章 总结与展望  75-76
附录1  76-77
参考文献  77-81
致谢  81-82
攻读学位期间发表的学术论文目录  82-83
学位论文评阅及答辩情况表  83

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线通信 > 光波通信、激光通信
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