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GPON系统中ONU的研究与硬件设计

作　者: 曾江波
导　师: 彭宏
学　校: 浙江工业大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 吉比特无源光网络 光网络单元 接入网 现场可编程逻辑门阵列 LVDS
分类号: TN929.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 162次
引　用: 4次
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内容摘要


随着通信技术的发展,骨干网和局域网取得了巨大的发展,而连接骨干网和用户的接入网却发展缓慢,成为信息高速公路发展的瓶颈。在有线接入领域,由于光纤的宽带优势,无源光网络(PON)技术有着良好的市场前景。GPON作为一种旨在实现全业务接入的宽带接入技术,相对于其它PON技术,在带宽能力、安全性和可管理性等方面具有更大的优势,被业内人士公认为是宽带接入网的最佳解决方案之一。ONU作为GPON系统中面向用户端的核心单元,其实现技术和成本将直接影响到光纤用户的承受能力,从而影响到GPON技术的发展和应用前景。因此,对ONU的研究具有重要意义。本文首先概述了宽带接入网的现状和发展趋势,介绍了PON的发展史并比较了目前三种主流PON技术,指出GPON的技术优势和发展前景。其次研究了ITU-T G.984规范的GPON光接入系统,分析了GPON系统的网络结构和协议分层结构,在此基础上探讨了GPON系统各层功能、工作原理和关键技术。本文重点部分是ONU系统的硬件设计与实现。通过对ONU分层结构和各层功能分析,提出了基于FPGA+MPU架构的ONU系统的硬件设计方案,将ONU系统分为物理媒介层、GTC层、用户接口和管理控制平面四个部分。通过市场调研,选取最合适的器件,然后从核心芯片的工作原理和外围设备入手介绍了各个子模块的功能与电路实现,分析了系统中高速差分接口互连的设计原理,并采用OrCAD、Allegro电路设计工具完成ONU系统原理图和PCB设计。最后,本文结合自己设计实现ONU系统的实践经验,总结了几点关于PCB设计中的注意事项,并采用Cadence软件中的信号完整性仿真设计工具SpecctraQuest对系统中的关键信号进行仿真,分析了ONU系统的调试过程。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章 绪论  10-18
  1.1 宽带接入网的技术与现状  10-12
  1.2 PON技术的发展与比较  12-15
    1.2.1 无源光网络的发展  12-13
    1.2.2 三种主流PON技术的比较  13-15
  1.3 GPON目前国内外发展  15-16
  1.4 本文的主要工作  16-18
第2章 GPON系统分析  18-31
  2.1 GPON标准化进程  18-19
  2.2 GPON的体系结构与工作原理  19-23
    2.2.1 GPON系统结构  19-20
    2.2.2 GPON系统的功能模块  20-22
    2.2.3 GPON系统工作原理  22-23
  2.3 GPON协议模型  23-26
    2.3.1 GPON层次模型  23
    2.3.2 GTC协议栈  23-26
  2.4 GPON传输帧结构  26-28
  2.5 GPON系统中的关键技术  28-30
    2.5.1 上行多址接入  28
    2.5.2 测距和时延补偿  28-29
    2.5.3 突发同步  29
    2.5.4 动态带宽分配  29-30
  2.6 本章小结  30-31
第3章 GPON ONU的研究与设计思想  31-43
  3.1 ONU的功能分析  31-32
  3.2 ONU的接口  32-34
    3.2.1 PON接口  32-33
    3.2.2 用户端业务接口  33-34
  3.3 ONU整体设计思想  34-42
    3.3.1 物理媒介层  34-36
    3.3.2 GTC层  36-38
    3.3.3 用户业务接口  38-40
    3.3.4 管理控制平面  40-41
    3.3.5 ONU整体设计  41-42
  3.4 本章小结  42-43
第4章 ONU系统的硬件设计  43-70
  4.1 ONU物理媒介层电路设计  43-48
    4.1.1 收发器外围电路  43-44
    4.1.2 SERDES芯片及电路设计  44-48
    4.1.3 PMD层和GTC层互连  48
  4.2 GTC层其外围电路设计  48-54
    4.2.1 FPGA简介  48-49
    4.2.2 FPGA选型  49-51
    4.2.3 EP2C50的配置模式  51-52
    4.2.4 SDRAM电路设计  52-54
  4.3 业务接口电路设计  54-55
  4.4 管理控制平面电路设计  55-62
    4.4.1 S3C2410简介  55-57
    4.4.2 外部存储器设计  57-60
    4.4.3 串行接口设计  60-61
    4.4.4 JTAG接口设计  61-62
  4.5 电源设计  62-63
  4.6 晶振电路  63-64
  4.7 高速差分接口互连  64-69
    4.7.1 LVPECL接口  64-66
    4.7.2 CML接口  66
    4.7.3 LVDS接口  66-67
    4.7.4 ONU中高速接口设计  67-69
  4.8 本章小结  69-70
第5章 PCB设计与系统调试  70-79
  5.1 PCB设计  70-77
    5.1.1 PCB层次划分  71
    5.1.2 PCB器件布局  71-73
    5.1.3 PCB布线  73-75
    5.1.4 PCB板后仿真  75-76
    5.1.5 ONU的PCB实现  76-77
  5.2 ONU系统调试  77-78
  5.3 本章小结  78-79
第6章 结束语  79-80
参考文献  80-83
致谢  83-84
攻读学位期间参加的科研项目和成果  84

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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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