采用FPGA器件实现无源光网络（PON）的设计
fpga技术、低成本光学器件以及无源架构都为无源光网络(pon)以及这些网络的演进做出了巨大贡献。系统级oem厂商不断发现，fpga能够提供技术性设计和经济方面的优势，特别是在网络侧的中心局(co)基础设施端。
2002年之前，低性能的fpga主要用于原型创建工具。而如今的fpga具有强大的性能和丰富的功能，能更好地满足日益提高的pon设计需求。另外，更低设计成本、灵活和可扩展的fpga对于竞争激烈的无源光网络市场来说也是关键。
pon是点到多点(p2mp)光纤到驻地(fttp)的网络拓扑技术，也常被定义为光纤到路边(fttc)和光纤到家庭(ftth)。在pon定义中采用了fttp或cpe(用户驻地设备)。通过无需供电或无源的光分离器，单路光纤可以服务于多个驻地。分离器通常为32路，不过有时会多达64路。一个pon网络包括一个位于业务提供商中心局的光线路终端(olt)和众多的光网络终端(ont)，后者也被称为进入驻地的光网络单元(onu)。
下行的olt信号以广播方式送到共享一根光纤的各个ont。目前的pon标准规定下行的数据率高达2.5gb/s(gbps)。上行信号则利用时分多路(tdm)技术组合在一起。与数字用户线(dsl)或电缆相比，pon具有无可比拟的带宽优势，可以提供高速三重播放业务(语音，视频和数据)。
根据infonetics的预测，到2010年，北美和亚太地区pon用户的年度复合增长率可高达150%。吉比特pon(gpon)在北美正在取得强劲的增长，而以太网pon (epon)主要用在日本。日本政府的津贴政策正在推动pon市场的逐年增长，而中国正在仔细权衡epon和gpon的优劣。
宽带pon(bpon)或者国际通信联盟(itu-t) g.983x是流行的美国pon标准。其最大下行数据速率为622mb(mbps)，上行数据率为155 mbps。安装在光纤链路中的无源分离器允许一根光纤最多连接64个家庭。今年，gpon或itu-t g.984，即bpon的演进版本，有望进入更多的美国家庭。它支持tdm和分组数据，下行和上行数据率最高分别可达2.5 gbps和1.24gbps。gpon的关键优点是无需增加ip就能支持交换式数字视频和原有的tdm语音。
成本敏感性
不管哪种标准，用于提供宽带接入的pon系统具有高度的成本敏感度。dsl是目前使用最为广泛的宽带接入技术。由于具有庞大的用户数量，dsl为每端口设置了极低的成本标杆。因此，dsl对pon提出了强大的挑战。不过pon系统在过去两年里在降低成本和增强功能方面也取得了长足的发展。
随着pon市场的发展，系统级oem厂商和运营商正密切关注其成本的降低，尤其是olt的成本。在ont侧，数量有望增加到百万台，因为pon将为数以百万计的驻地提供服务。许多asic和assp供应商盯上了ont，并提供各种芯片产品。由于ont是一个量很大的市场，asic和assp芯片厂商能够帮助降低成本，从而帮助系统级oem和运营商提供较低的价格。
另一方面，olt系统数量为数万台而非数百万台，故成本较高。例如，pon家用调制解调器的成本为100到300美金，而pon网络中olt系统的成本则高达10000美金。实际上，olt的成本对运营商来说极为关键，因此大都集成了多端口线路卡，可以处理越来越多的驻地数量。
olt线路卡的期望数量在可预见的未来将保持在中等到较低的水平，这有两个原因。首先，64个ont只需要一个olt，其次，每个olt线路卡可以支持4到8个olt端口。于是，olt线路卡的数量和所用的元器件要远远少于大批量的ont设备。
设计复杂性使成本问题更加严重。pon olt和ont拓扑结构是一个共享的媒体架构，这为系统oem设计师提出了挑战。由于pon标准中采用了tdm技术，因此olt和各个ont之间的交互非常复杂。tdm用来共享不同驻地间的容量。早期的pon标准使用静态tdm，因此每个驻地接收相同的容量。
但是，最新的pon标准要求能够根据驻地的需求变化，为不同的驻地动态分配容量。这种动态带宽分配(dba)功能需要利用ont和olt之间传送的信令通知olt每个ont所需的容量。olt也需要将分配的容量通知给每个ont。该协议基于从ont到olt的请求消息。olt确定最佳的容量分配，并用确认消息予以响应。
另外，与较简单的点对点以太网端口不同的是，由于存在动态tdm要求，pon端口是一种更复杂的p2mp。因此olt端口必须在多个ont驻地之间进行连续切换。每个ont分配得到32或64个可用时隙中的一个与olt进行交互通信。olt必须快速且连续地依次锁定到每个ont数据流上，用的是众所周知的突发模式。为了支持这一极快的锁定方案，需要一个高度专用的媒体访问控制器(mac)、串行/解串器(serdes)以及时钟和数据恢复(cdr)功能。为了协调对每个ont的访问，pon mac尤其重要。
图1：dsl和pon拓扑共存。
基于fpga的设计
针对上述背景，系统级oem厂商在实现低成本和高效的olt设计方面可选择性很少。一种方法是选用asic技术。但这种方法的投资成本极高。由于一些原因，assp也无法较好地实现。assp在支持pon演进需求方面的灵活性有限，缺乏设计可扩展性，并且功耗随着时钟速率的升高而升高。assp在提供可竞争的差异化产品方面的能力也很有限，还面临着器件停产的风险。另外，拥有成本也越来越高，上市时间较长。
然而，fpga却能为olt的设计提供低成本高效率的开发平台。当设计无缝移植到结构化asic进行大批量生产时成本还能进一步降低。这种方法由于省去了大型且耗时的asic开发，系统oem厂商可以省去较大的成本，并缩短上市时间。
像stratix这类fpga器件，能够为实现和集成主要的olt线路卡功能(见图2)提供所需的高性能逻辑。而且，fpga也是用于实现co olt或者ont用户驻地端epon和gpon mac的可选技术。另外，可以在一片fpga中集成phy和mac，从而在一个芯片上实现虚拟线路卡。fpga中先进的高效率内核矩阵基于的是被称为自适应逻辑模块(alm)的创新逻辑单元。
图2：olt线路卡采用的分布式与集中式架构的比较
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pon是点到多点(p2mp)光纤到驻地(fttp)的网络拓扑技术，也常被定义为光纤到路边(fttc)和光纤到家庭(ftth)。在pon定义中采用了fttp或cpe(用户驻地设备)。通过无需供电或无源的光分离器，单路光纤可以服务于多个驻地。分离器通常为32路，不过有时会多达64路。一个pon网络包括一个位于业务提供商中心局的光线路终端(olt)和众多的光网络终端(ont)，后者也被称为进入驻地的光网络单元(onu)。
下行的olt信号以广播方式送到共享一根光纤的各个ont。目前的pon标准规定下行的数据率高达2.5gb/s(gbps)。上行信号则利用时分多路(tdm)技术组合在一起。与数字用户线(dsl)或电缆相比，pon具有无可比拟的带宽优势，可以提供高速三重播放业务(语音，视频和数据)。
根据infonetics的预测，到2010年，北美和亚太地区pon用户的年度复合增长率可高达150%。吉比特pon(gpon)在北美正在取得强劲的增长，而以太网pon (epon)主要用在日本。日本政府的津贴政策正在推动pon市场的逐年增长，而中国正在仔细权衡epon和gpon的优劣。
宽带pon(bpon)或者国际通信联盟(itu-t) g.983x是流行的美国pon标准。其最大下行数据速率为622mb(mbps)，上行数据率为155 mbps。安装在光纤链路中的无源分离器允许一根光纤最多连接64个家庭。今年，gpon或itu-t g.984，即bpon的演进版本，有望进入更多的美国家庭。它支持tdm和分组数据，下行和上行数据率最高分别可达2.5 gbps和1.24gbps。gpon的关键优点是无需增加ip就能支持交换式数字视频和原有的tdm语音。
成本敏感性
不管哪种标准，用于提供宽带接入的pon系统具有高度的成本敏感度。dsl是目前使用最为广泛的宽带接入技术。由于具有庞大的用户数量，dsl为每端口设置了极低的成本标杆。因此，dsl对pon提出了强大的挑战。不过pon系统在过去两年里在降低成本和增强功能方面也取得了长足的发展。
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另一方面，olt系统数量为数万台而非数百万台，故成本较高。例如，pon家用调制解调器的成本为100到300美金，而pon网络中olt系统的成本则高达10000美金。实际上，olt的成本对运营商来说极为关键，因此大都集成了多端口线路卡，可以处理越来越多的驻地数量。
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