《电子技术应用》
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WiFi技术在光网络单元中的应用
摘要: 将Wi—Fi无线接入与EPON系统有线接入融合起来,这极大丰富了EPON的应用范围,而且可以弥补各自技术上的不足,充分发挥光纤接入技术的高带宽与无线技术的灵活性,使得家庭和办公用户在享受高效、优质、低成本的宽带接入服务外,还能随时随地轻松实现移动办公和娱乐。但是Wi—Fi的缺点和成本等原因决定了它无法取代有线接入网而独立存在,因此将Wi—Fi无线与EPON有线融合,将是未来接入网的合理趋势。
Abstract:
Key words :

 Wi—Fi(Wireless Fidelity)技术是基于IEEE 802.11协议的。无线接入和高速传输是Wi—Fi的主要技术优点。其中IEEE 802.11b最高速度为11 Mbps,IEEE 802.11a与IEEE 802.11g的最高速度为54 Mbps。因此Wi—Fi技术可以在其覆盖范围内实现远程教育、远程医疗、视频会议、网络游戏等无线接入服务,并且可以实现移动化办公。

  将Wi—Fi无线接入与EPON系统有线接入融合起来,这极大丰富了EPON的应用范围,而且可以弥补各自技术上的不足,充分发挥光纤接入技术的高带宽与无线技术的灵活性,使得家庭和办公用户在享受高效、优质、低成本的宽带接入服务外,还能随时随地轻松实现移动办公和娱乐。但是Wi—Fi的缺点和成本等原因决定了它无法取代有线接入网而独立存在,因此将Wi—Fi无线与EPON有线融合,将是未来接入网的合理趋势。

  1 系统总体结构

  系统的总体结构如图1所示。它与传统的EPON系统的主要区别在于本系统在普通ONU中融合了Wi—Fi无线组网方式,同时为终端用户提供有线和无线两种方式的服务。这里将本系统命名为融合型ONU。

  

   1.1 EPON各部分功能

  一个典型的EPON系统主要由OLT(光线路终端)、ODN(光分配网)、ONU(光网络单元)三部分组成,采用树形拓扑结构。上行使用 1310nm,下行使用1 490 nm的波长传送数据和语音,CATV业务则使用1 550 nm波长传送。OLT放置在中心局端,分配和控制信道的连接,起到汇聚数据(TDM)和下发数据(广播)的作用;ODN是无源分光器,它将一个OLT和多个ONU连接起来,一般分光比为1:16、1:32、1:64。ONU是EPON系统的用户端接入设备,其主要的功能有:

  ①选择接收OLT发送的广播数据;

  ②响应OLT发出的测距及功率控制命令,并作相应的调整;

  ③对用户的以太网数据进行缓存,并在OLT分配的发送窗口中向上行方向发送;

  ④根据OLT发出的OAM帧,执行相应的OAM功能;

  ⑤其他相关的以太网功能。

  1.2 融合型ONU的应用场景

  融合型ONU被设计应用在FTTX中,FTTX根据光纤到用户的距离来分类,如图1所示,可分成光纤到交换箱(FTTCab)、光纤到路边 (FTTC)、光纤到大楼(FTTB)和光纤到户(FTTH)4种应用方式。这里简要介绍融合型ONU在FTTH和FTTB中的应用方式。

  对于FTTH住宅用户,将融合型ONU设备放置于用户家中或商业用户办公室,在光纤入户后由融合型ONU将光信号终结,将光接口转换为多种电接口,为电接口终端(电话机、综合接入设备(IAD)、计算机和IPTV机顶盒)提供有线接入,同时搭配Wi—Fi无线接入,将使得宽带与移动结合,则可以达到未来宽带数字家庭的愿景。

  对FTTB住宅用户,将融合型ONU设备放置于楼道,一般4个用户共用一个融合型ONU,利用用户新建或原有的5类线和Wi—Fi无线入户,利用用户家中配置的综合接入设备(IAD)所提供的RJ11接口和RJ45接口分别连接电话机、计算机和IPTV机顶盒等终端设备,同样也搭配Wi—Fi无线接入,将使得宽带与移动结合。

  2 Wi-Fi技术特点

  Wi—Fi技术具有如下优点:

  ①覆盖范围广。Wi—Fi的半径可达100 m,很适合在家庭、办公室及单位楼层内部使用;而Bluetooth技术只能覆盖15 m范围内。

  ②带宽大。802.1lg和802.11n的设备,前者的理论带宽是54Mbps,后者的理论带宽是300 Mbps,都远高于传输CD级信号需要的1.411 2 Mbps。

  ③速度快,可靠性高。在信号较弱或有干扰的情况下,带宽可调整为11 Mbps、5.5 Mbps、2 Mbps等,带宽的自动调整,有效地保障了网络的可靠性。

  ④无需布线。Wi—Fi可以在覆盖范围的任何地方使用带有Wi—Fi功能的设备进行宽带业务。

  ⑤绿色健康。IEEE 802.11规定的发射功率不可超过100 mW,实际发射功率约60~70 mW,手机的发射功率约200 mW~1 W,手持式对讲机高达5 W,而且无线网络使用方式并非像手机直接接触人体,是绝对安全的。

  但同样Wi—Fi相对于有线接入也存在缺点:

  ①系统开销和频率干扰等使传输速率大大减小。

  ②同频段无线电波的相互影响和障碍物使得稳定性不如有线接入方式。

  ③安全性和数据的保密性都不如有线接入方式。

  3 融合型ONU的硬件结构设计

  融合型ONU的硬件结构图如图2所示。

  

   主控芯片S3C2440是三星公司近年来开发的一款基于ARM920T内核的16/32位RISC嵌入式微处理器,其高性能、低功耗、小体积、接口丰富的特点能满足嵌入式系统的要求。其核心RISC处理器实现了MMU、AMBABUS、Haryard高速缓冲。CPU内部集成了数据分开的16 KB Cache、SDRAM控制器、LCD控制器、4通道DMA、3通道UART、I2C总线、I2S总线、SD接口、触摸屏接口、8通道10位A/D控制器等,非常方便系统开发,因此十分广泛地应用于PDA、便携媒体播放器、卫星导航仪以及嵌入式控制器等设备。

  光收发模块作为上下行网络侧接口,其作用是进行光电/电光转换并实现融合型ONU上行数据的发送和下行数据的接收。SerDes作用是进行串并/并串转换。交换处理模块负责处理数据包的交换转发。Wi—Fi控制芯片用来控制RF射频模块。Flash用来存放Bootloader引导程序和应用程序。 SDRAM作为内存。UART作为调试接口对融合型ONU进行调试。电源电路提供融合型ONU系统内部所需要的电源。FPGA(现场可编程门阵列)独立完成信息加密的大量运算,相比软件可以提高速度、节省时间。
4 融合型ONU的工作流程

  4.1 光收发模块的工作流程

  光收发模块的核心部分采用的是Delta公司的一款EPON ONU收发器——OPEP-33-A4K1RH,该收发器主要包括1 310 nm的激光器、InGaAs PIN二极管、前置放大器等,可以接收1 490 nm的连续数据和传送1 310 nm的突发数据,它所需的工作电压是+3.3 V。

  光收发模块的功能连接图如图3所示。其中3.SD是光收发模块的第3个引脚,它的功能可以描述为有光输入时为逻辑高,否则为逻辑低;4.RD(n)是第4个引脚,反向接收数据的输出;5.RD(p)是第5个引脚,正向接收数据的输出;8.BiasCNT(n)是第8个引脚,控制ONU突发模式操作的负脉冲;9.TD(p)是第9个引脚,正向发送数据的输入;10.TD(n)是第10个引脚,反向发送数据的输入。

  

   4.2 以太网模块的工作流程

  本系统配有4个10/100M Base-TX以太网业务接口,支持10 Mbps和100 Mbps自适应的网络连接速度;以太网模块的工作电压为5 V。以太网业务接口可以根据需要扩展成8个、16个或者24个,充分满足不同业务量的需要。

  以太网模块的功能连接图如图4所示,进出以太网接口的信号都需要经过网络滤波器,网络滤波器实质上是一个选频电路,它的功能就是允许某一部分频率的信号顺利的通过,而另外一部分频率的信号则受到较大的抑制。与网络滤波器相连的是交换处理模块中的Port’s MAC(M-edia Access Controllers),用来解决在共用信道中产生竞争时分配信道的使用权问题。

  

   4.3 VOIP模块的工作流程

  本系统配有两个POTS电话机接口,可以连接两部电话机。普通电话拨打和接收网络话音,必须通过POTS接口才能进行,POTS接口是能够连接普通电话与ISDN的接口设备,它能使两部电话同时上网并与其他电话通信。

  VOIP模块的功能连接图如图5所示。Dual SMD PTC叫做双重热敏电阻,可对过热和过流双重作用导致的电路故障进行保护;Tip and Ring(正极线和负极线)表示组成电话配线电路的两条电线,Tip是正极线的别称,Ring是负极电线的别称。

  

   4.4 Wi—Fi模块的工作流程

  Wi—Fi模块的功能连接图如图6所示。本系统的天线是外置天线,这样能尽量稳定信号。天线与RF射频模块相连,RF射频模块大致可分为放大模块、变频模块、调制解调模块等有源部件,然后通过A/D、D/A转换与Wi—Fi控制芯片相连。Wi—Fi控制芯片控制整个无线模块的运行。

  

   结语

  ONU是EPON技术的关键组成部分,融合型的ONU所具有的高宽带和无线灵活性是完全能满足今后市场所需的。随着EPON技术的改进和建设成本的降低,融合型ONU将具有广阔的市场前景,因此Wi—Fi技术在光网络单元中的应用研究是非常有实际意义的。