Wi－Fi技術(shù)在光網(wǎng)絡(luò )單元中應用方案設計

引言

隨著(zhù)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，現有的以銅纜為傳輸媒質(zhì)、基于不對稱(chēng)數字用戶(hù)線(xiàn)(ADSL)技術(shù)為基礎的接入模式已不能適應高清視頻等高速率高帶寬業(yè)務(wù)的需求。以太網(wǎng)無(wú)源光網(wǎng)絡(luò )(EPON)是一種點(diǎn)到多點(diǎn)拓撲結構的光接入網(wǎng)技術(shù)，能在同一EPON網(wǎng)絡(luò )體系中實(shí)現高速數據、語(yǔ)音、視頻等多業(yè)務(wù)的接入，實(shí)現以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的透明傳輸。

Wi—Fi(Wireless Fidelity)技術(shù)是基于IEEE 802.11協(xié)議的。無(wú)線(xiàn)接入和高速傳輸是Wi—Fi的主要技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。其中IEEE 802.11b最高速度為11 Mbps，IEEE 802.11a與IEEE 802.11g的最高速度為54 Mbps。因此Wi—Fi技術(shù)可以在其覆蓋范圍內實(shí)現遠程教育、遠程醫療、視頻會(huì )議、網(wǎng)絡(luò )游戲等無(wú)線(xiàn)接入服務(wù)，并且可以實(shí)現移動(dòng)化辦公。

將Wi—Fi無(wú)線(xiàn)接入與EPON系統有線(xiàn)接入融合起來(lái)，這極大豐富了EPON的應用范圍，而且可以彌補各自技術(shù)上的不足，充分發(fā)揮光纖接入技術(shù)的高帶寬與無(wú)線(xiàn)技術(shù)的靈活性，使得家庭和辦公用戶(hù)在享受高效、優(yōu)質(zhì)、低成本的寬帶接入服務(wù)外，還能隨時(shí)隨地輕松實(shí)現移動(dòng)辦公和娛樂(lè )。但是Wi—Fi的缺點(diǎn)和成本等原因決定了它無(wú)法取代有線(xiàn)接入網(wǎng)而獨立存在，因此將Wi—Fi無(wú)線(xiàn)與EPON有線(xiàn)融合，將是未來(lái)接入網(wǎng)的合理趨勢。

1 系統總體結構

系統的總體結構如圖1所示。它與傳統的EPON系統的主要區別在于本系統在普通ONU中融合了Wi—Fi無(wú)線(xiàn)組網(wǎng)方式，同時(shí)為終端用戶(hù)提供有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)兩種方式的服務(wù)。這里將本系統命名為融合型ONU。

1.1 EPON各部分功能

一個(gè)典型的EPON系統主要由OLT(光線(xiàn)路終端)、ODN(光分配網(wǎng))、ONU(光網(wǎng)絡(luò )單元)三部分組成，采用樹(shù)形拓撲結構。上行使用1310nm，下行使用1 490 nm的波長(cháng)傳送數據和語(yǔ)音，CATV業(yè)務(wù)則使用1 550 nm波長(cháng)傳送。OLT放置在中心局端，分配和控制信道的連接，起到匯聚數據(TDM)和下發(fā)數據(廣播)的作用；ODN是無(wú)源分光器，它將一個(gè)OLT和多個(gè)ONU連接起來(lái)，一般分光比為1：16、1：32、1：64。ONU是EPON系統的用戶(hù)端接入設備，其主要的功能有：

①選擇接收OLT發(fā)送的廣播數據；
　　
②響應OLT發(fā)出的測距及功率控制命令，并作相應的調整；
　　
③對用戶(hù)的以太網(wǎng)數據進(jìn)行緩存，并在OLT分配的發(fā)送窗口中向上行方向發(fā)送；
　　
④根據OLT發(fā)出的OAM幀，執行相應的OAM功能；
　　
⑤其他相關(guān)的以太網(wǎng)功能。

1.2 融合型ONU的應用場(chǎng)景

融合型ONU被設計應用在FTTX中，FTTX根據光纖到用戶(hù)的距離來(lái)分類(lèi)，如圖1所示，可分成光纖到交換箱(FTTCab)、光纖到路邊(FTTC)、光纖到大樓(FTTB)和光纖到戶(hù)(FTTH)4種應用方式。這里簡(jiǎn)要介紹融合型ONU在FTTH和FTTB中的應用方式。

對于FTTH住宅用戶(hù)，將融合型ONU設備放置于用戶(hù)家中或商業(yè)用戶(hù)辦公室，在光纖入戶(hù)后由融合型ONU將光信號終結，將光接口轉換為多種電接口，為電接口終端(電話(huà)機、綜合接入設備(IAD)、計算機和IPTV機頂盒)提供有線(xiàn)接入，同時(shí)搭配Wi—Fi無(wú)線(xiàn)接入，將使得寬帶與移動(dòng)結合，則可以達到未來(lái)寬帶數字家庭的愿景。

對FTTB住宅用戶(hù)，將融合型ONU設備放置于樓道，一般4個(gè)用戶(hù)共用一個(gè)融合型ONU，利用用戶(hù)新建或原有的5類(lèi)線(xiàn)和Wi—Fi無(wú)線(xiàn)入戶(hù)，利用用戶(hù)家中配置的綜合接入設備(IAD)所提供的RJ11接口和RJ45接口分別連接電話(huà)機、計算機和IPTV機頂盒等終端設備，同樣也搭配Wi—Fi無(wú)線(xiàn)接入，將使得寬帶與移動(dòng)結合。

2 Wi-Fi技術(shù)特點(diǎn)

Wi—Fi技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)：

①覆蓋范圍廣。Wi—Fi的半徑可達100 m，很適合在家庭、辦公室及單位樓層內部使用；而B(niǎo)luetooth技術(shù)只能覆蓋15 m范圍內。
　　
②帶寬大。802.1lg和802.11n的設備，前者的理論帶寬是54Mbps，后者的理論帶寬是300 Mbps，都遠高于傳輸CD級信號需要的1.411 2 Mbps。
　　
③速度快，可靠性高。在信號較弱或有干擾的情況下，帶寬可調整為11 Mbps、5.5 Mbps、2 Mbps等，帶寬的自動(dòng)調整，有效地保障了網(wǎng)絡(luò )的可靠性。
　　
④無(wú)需布線(xiàn)。Wi—Fi可以在覆蓋范圍的任何地方使用帶有Wi—Fi功能的設備進(jìn)行寬帶業(yè)務(wù)。
　　
⑤綠色健康。IEEE 802.11規定的發(fā)射功率不可超過(guò)100 mW，實(shí)際發(fā)射功率約60～70 mW，手機的發(fā)射功率約200 mW～1 W，手持式對講機高達5 W，而且無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )使用方式并非像手機直接接觸人體，是絕對安全的。

但同樣Wi—Fi相對于有線(xiàn)接入也存在缺點(diǎn)：

①系統開(kāi)銷(xiāo)和頻率干擾等使傳輸速率大大減小。
　　
②同頻段無(wú)線(xiàn)電波的相互影響和障礙物使得穩定性不如有線(xiàn)接入方式。
　　
③安全性和數據的保密性都不如有線(xiàn)接入方式。

3 融合型ONU的硬件結構設計

融合型ONU的硬件結構圖如圖2所示。

主控芯片S3C2440是三星公司近年來(lái)開(kāi)發(fā)的一款基于A(yíng)RM920T內核的16/32位RISC嵌入式微處理器，其高性能、低功耗、小體積、接口豐富的特點(diǎn)能滿(mǎn)足嵌入式系統的要求。其核心RISC處理器實(shí)現了MMU、AMBABUS、Haryard高速緩沖。CPU內部集成了數據分開(kāi)的16 KB Cache、SDRAM控制器、LCD控制器、4通道DMA、3通道UART、I2C總線(xiàn)、I2S總線(xiàn)、SD接口、觸摸屏接口、8通道10位A/D控制器等，非常方便系統開(kāi)發(fā)，因此十分廣泛地應用于PDA、便攜媒體播放器、衛星導航儀以及嵌入式控制器等設備。

光收發(fā)模塊作為上下行網(wǎng)絡(luò )側接口，其作用是進(jìn)行光電/電光轉換并實(shí)現融合型ONU上行數據的發(fā)送和下行數據的接收。SerDes作用是進(jìn)行串并/并串轉換。交換處理模塊負責處理數據包的交換轉發(fā)。Wi—Fi控制芯片用來(lái)控制RF射頻模塊。Flash用來(lái)存放Bootloader引導程序和應用程序。SDRAM作為內存。UART作為調試接口對融合型ONU進(jìn)行調試。電源電路提供融合型ONU系統內部所需要的電源。FPGA(現場(chǎng)可編程門(mén)陣列)獨立完成信息加密的大量運算，相比軟件可以提高速度、節省時(shí)間。

4 融合型ONU的工作流程

4.1 光收發(fā)模塊的工作流程

光收發(fā)模塊的核心部分采用的是Delta公司的一款EPON ONU收發(fā)器——OPEP-33-A4K1RH，該收發(fā)器主要包括1 310 nm的激光器、InGaAs PIN二極管、前置放大器等，可以接收1 490 nm的連續數據和傳送1 310 nm的突發(fā)數據，它所需的工作電壓是+3.3 V。

光收發(fā)模塊的功能連接圖如圖3所示。其中3.SD是光收發(fā)模塊的第3個(gè)引腳，它的功能可以描述為有光輸入時(shí)為邏輯高，否則為邏輯低；4.RD(n)是第4個(gè)引腳，反向接收數據的輸出；5.RD(p)是第5個(gè)引腳，正向接收數據的輸出；8.BiasCNT(n)是第8個(gè)引腳，控制ONU突發(fā)模式操作的負脈沖；9.TD(p)是第9個(gè)引腳，正向發(fā)送數據的輸入；10.TD(n)是第10個(gè)引腳，反向發(fā)送數據的輸入。

4.2 以太網(wǎng)模塊的工作流程

本系統配有4個(gè)10/100M Base-TX以太網(wǎng)業(yè)務(wù)接口，支持10 Mbps和100 Mbps自適應的網(wǎng)絡(luò )連接速度；以太網(wǎng)模塊的工作電壓為5 V。以太網(wǎng)業(yè)務(wù)接口可以根據需要擴展成8個(gè)、16個(gè)或者24個(gè)，充分滿(mǎn)足不同業(yè)務(wù)量的需要。

以太網(wǎng)模塊的功能連接圖如圖4所示，進(jìn)出以太網(wǎng)接口的信號都需要經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò )濾波器，網(wǎng)絡(luò )濾波器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)選頻電路，它的功能就是允許某一部分頻率的信號順利的通過(guò)，而另外一部分頻率的信號則受到較大的抑制。與網(wǎng)絡(luò )濾波器相連的是交換處理模塊中的Port’s MAC(M-edia Access Controllers)，用來(lái)解決在共用信道中產(chǎn)生競爭時(shí)分配信道的使用權問(wèn)題。

4.3 VOIP模塊的工作流程

本系統配有兩個(gè)POTS電話(huà)機接口，可以連接兩部電話(huà)機。普通電話(huà)撥打和接收網(wǎng)絡(luò )話(huà)音，必須通過(guò)POTS接口才能進(jìn)行，POTS接口是能夠連接普通電話(huà)與ISDN的接口設備，它能使兩部電話(huà)同時(shí)上網(wǎng)并與其他電話(huà)通信。

VOIP模塊的功能連接圖如圖5所示。Dual SMD PTC叫做雙重熱敏電阻，可對過(guò)熱和過(guò)流雙重作用導致的電路故障進(jìn)行保護；Tip and Ring(正極線(xiàn)和負極線(xiàn))表示組成電話(huà)配線(xiàn)電路的兩條電線(xiàn)，Tip是正極線(xiàn)的別稱(chēng)，Ring是負極電線(xiàn)的別稱(chēng)。

4.4 Wi—Fi模塊的工作流程

Wi—Fi模塊的功能連接圖如圖6所示。本系統的天線(xiàn)是外置天線(xiàn)，這樣能盡量穩定信號。天線(xiàn)與RF射頻模塊相連，RF射頻模塊大致可分為放大模塊、變頻模塊、調制解調模塊等有源部件，然后通過(guò)A/D、D/A轉換與Wi—Fi控制芯片相連。Wi—Fi控制芯片控制整個(gè)無(wú)線(xiàn)模塊的運行。

結語(yǔ)

ONU是EPON技術(shù)的關(guān)鍵組成部分，融合型的ONU所具有的高寬帶和無(wú)線(xiàn)靈活性是完全能滿(mǎn)足今后市場(chǎng)所需的。隨著(zhù)EPON技術(shù)的改進(jìn)和建設成本的降低，融合型ONU將具有廣闊的市場(chǎng)前景，因此Wi—Fi技術(shù)在光網(wǎng)絡(luò )單元中的應用研究是非常有實(shí)際意義的。