長(zhǎng)距離EPON的設(shè)計(jì)研究方案

目前在電力、煤炭、鐵路、部隊(duì)等專(zhuān)網(wǎng)通信領(lǐng)域，開(kāi)始越來(lái)越多的用到EPON技術(shù)，然而在這些應(yīng)用領(lǐng)域經(jīng)常會(huì)遇到傳輸距離以及差分傳輸距離超過(guò)20km的情形，但是在IEEE 802.3ah-2004（已被并入802.3-2008）中明確定義了EPON最長(zhǎng)和差分傳輸距離不得超過(guò)20km。為了克服這一矛盾，本文就如何實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離的EPON進(jìn)行了研究。

Abstract: The maxim and difference distance of EPON was specified no more than 20km in IEEE802.3-2008. This paper discusses the long-distance EPON implementations. Through change EPON physical sub-layer and MPMC (Multi-point MAC Conrtoll) sub-layer , transmission distance of 60km or 80km is achievable.


EPON的傳輸距離從根本上來(lái)說(shuō)受限于兩類(lèi)因素：一類(lèi)是物理層的光特性要求，一類(lèi)是MPMC層的時(shí)序要求。前者和拓?fù)?、物理層收發(fā)器、色散等相關(guān)，后者和EPON的帶寬分配算法、DBA（動(dòng)態(tài)帶寬分配）周期以及注冊(cè)開(kāi)窗時(shí)間等息息相關(guān)。

1、 EPON的功率預(yù)算

按照IEEE 802.3ah-2004的約定：OLT側(cè)發(fā)射功率大于2dBm，接收靈敏度-27dBm；對(duì)于ONU發(fā)射功率大于-1dBm，接收靈敏度-24dBm，整個(gè)光鏈路的損耗上行24dB，下行23.5dB。EPON上行1310nm和下行1490nm波長(zhǎng)在G.652光纖中的損耗約為0.3dB/km。綜上可見(jiàn)功率預(yù)算對(duì)于長(zhǎng)距離EPON來(lái)說(shuō)是最為重要的因素。為了提高傳輸距離，除了減少線路插入損耗外，還可以采用光放大的手段來(lái)提高光功率預(yù)算，具體包括以下兩類(lèi)方法：光放大器(圖1)和中繼器（OEO，optical-electrical-optical，光電光）（圖2）。光放大器方案在上下行方向均需要使用到Diplexer（WDM 復(fù)用/解復(fù)用器）和OA（Optical Amplifier,光放大器），而OBF(Optical Bandpass Filter, 光帶通濾波器)則是可選的，使用OBF主要是為了克服OA的自發(fā)輻射效應(yīng)，以提供更好的性能。中繼器方案則直接采用兩個(gè)光模塊背靠背互連，并使用本地的控制器來(lái)控制兩個(gè)光模塊的發(fā)光，從而達(dá)到簡(jiǎn)單的OEO中繼的目的，成本較低。但圖2的方案仍然不夠精細(xì)，因?yàn)镺EO會(huì)帶來(lái)延時(shí)，而我們知道EPON上行方向是突發(fā)的，這樣會(huì)帶來(lái)一些時(shí)序上的輕微措施，在長(zhǎng)距離的情形下，表現(xiàn)將更加明顯。為此對(duì)于更長(zhǎng)距離的應(yīng)用將需要內(nèi)置智能單元以截獲MPMC層的消息，來(lái)計(jì)算分析并彌補(bǔ)突發(fā)開(kāi)銷(xiāo)。



圖1 光放大器方案



圖2 中繼器（OEO）方案

上述均是基于采用標(biāo)準(zhǔn)的1000BASE-PX20的PMD進(jìn)行的討論，也可以使用非標(biāo)準(zhǔn)的PMD，通過(guò)加大OLT/ONU的發(fā)射光功率和/或提高OLT/ONU的接收靈敏度來(lái)提高EPON系統(tǒng)的光功率預(yù)算。采用該方法缺點(diǎn)是無(wú)法使用業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的光模塊，定制成本較高，對(duì)于成本不是很敏感的應(yīng)用領(lǐng)域又或使用光放大器/中繼器成本更高的情形下可以使用定制光模塊的方法。

2、 EPON的拓?fù)湫问?br />
EPON應(yīng)用拓?fù)湫问揭话阌袠?shù)形（圖3）和總線型（圖4）兩種拓?fù)?，其中?shù)形拓?fù)湟话悴捎镁址止馄鳎偩€事拓?fù)湟话悴捎梅蔷址止馄?。?和表2分別列出兩類(lèi)分光器的插入損耗參考值，以利于計(jì)算功耗。




圖3 樹(shù)形拓?fù)?br />


圖4 總線式拓?fù)?br />
表1 分光器典型插入衰減參考值


表2 非均勻分光器的插入衰減參考值