隨著互聯網業務的快速發展，現有的以銅纜為傳輸媒質、基于不對稱數字用戶線(ADSL)技術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務的需求。以太網無源光網絡(EPON)是一種點到多點拓撲結構的光接入網技術，能在同一EPON網絡體系中實現高速數據、語音、視頻等多業務的接入，實現以太網業務的透明傳輸。

Wi—Fi(Wireless Fidelity)技術是基于IEEE 802．11協議的。無線接入和高速傳輸是Wi—Fi的主要技術優點。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技術可以在其覆蓋范圍內實現遠程教育、遠程醫療、視頻會議、網絡游戲等無線接入服務，并且可以實現移動化辦公。

將Wi—Fi無線接入與EPON系統有線接入融合起來，這極大豐富了EPON的應用范圍，而且可以彌補各自技術上的不足，充分發揮光纖接入技術的高帶寬與無線技術的靈活性，使得家庭和辦公用戶在享受高效、優質、低成本的寬帶接入服務外，還能隨時隨地輕松實現移動辦公和娛樂。但是Wi—Fi的缺點和成本等原因決定了它無法取代有線接入網而獨立存在，因此將Wi—Fi無線與EPON有線融合，將是未來接入網的合理趨勢。

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無線組網方式，同時為終端用戶提供有線和無線兩種方式的服務。這里將本系統命名為融合型ONU。



1．1 EPON各部分功能

一個典型的EPON系統主要由OLT(光線路終端)、ODN(光分配網)、ONU(光網絡單元)三部分組成，采用樹形拓撲結構。上行使用1310nm，下行使用1 490 nm的波長傳送數據和語音，CATV業務則使用1 550 nm波長傳送。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)和下發數據(廣播)的作用；ODN是無源分光器，它將一個OLT和多個ONU連接起來，一般分光比為1：16、1：32、1：64。ONU是EPON系統的用戶端接入設備，其主要的功能有：

①選擇接收OLT發送的廣播數據；

②響應OLT發出的測距及功率控制命令，并作相應的調整；

③對用戶的以太網數據進行緩存，并在OLT分配的發送窗口中向上行方向發送；

④根據OLT發出的OAM幀，執行相應的OAM功能；

⑤其他相關的以太網功能。

1．2 融合型ONU的應用場景

融合型ONU被設計應用在FTTX中，FTTX根據光纖到用戶的距離來分類，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(FTTH)4種應用方式。這里簡要介紹融合型ONU在FTTH和FTTB中的應用方式。

對于FTTH住宅用戶，將融合型ONU設備放置于用戶家中或商業用戶辦公室，在光纖入戶后由融合型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(電話機、綜合接入設備(IAD)、計算機和IPTV機頂盒)提供有線接入，同時搭配Wi—Fi無線接入，將使得寬帶與移動結合，則可以達到未來寬帶數字家庭的愿景。

對FTTB住宅用戶，將融合型ONU設備放置于樓道，一般4個用戶共用一個融合型ONU，利用用戶新建或原有的5類線和Wi—Fi無線入戶，利用用戶家中配置的綜合接入設備(IAD)所提供的RJ11接口和RJ45接口分別連接電話機、計算機和IPTV機頂盒等終端設備，同樣也搭配Wi—Fi無線接入，將使得寬帶與移動結合。

2 Wi-Fi技術特點

Wi—Fi技術具有如下優點：

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Bluetooth技術只能覆蓋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，帶寬的自動調整，有效地保障了網絡的可靠性。

④無需布線。Wi—Fi可以在覆蓋范圍的任何地方使用帶有Wi—Fi功能的設備進行寬帶業務。

⑤綠色健康。IEEE 802．11規定的發射功率不可超過100 mW，實際發射功率約60～70 mW，手機的發射功率約200 mW～1 W，手持式對講機高達5 W，而且無線網絡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相對于有線接入也存在缺點：

①系統開銷和頻率干擾等使傳輸速率大大減小。

②同頻段無線電波的相互影響和障礙物使得穩定性不如有線接入方式。

③安全性和數據的保密性都不如有線接入方式。

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是三星公司近年來開發的一款基于ARM920T內核的16／32位RISC嵌入式微處理器，其高性能、低功耗、小體積、接口豐富的特點能滿足嵌入式系統的要求。其核心RISC處理器實現了MMU、AMBABUS、Haryard高速緩沖。CPU內部集成了數據分開的16 KB Cache、SDRAM控制器、LCD控制器、4通道DMA、3通道UART、I2C總線、I2S總線、SD接口、觸摸屏接口、8通道10位A／D控制器等，非常方便系統開發，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。

光收發模塊作為上下行網絡側接口，其作用是進行光電／電光轉換并實現融合型ONU上行數據的發送和下行數據的接收。SerDes作用是進行串并／并串轉換。交換處理模塊負責處理數據包的交換轉發。Wi—Fi控制芯片用來控制RF射頻模塊。Flash用來存放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(現場可編程門陣列)獨立完成信息加密的大量運算，相比軟件可以提高速度、節省時間。

4 融合型ONU的工作流程

4．1 光收發模塊的工作流程

光收發模塊的核心部分采用的是Delta公司的一款EPON ONU收發器——OPEP-33-A4K1RH，該收發器主要包括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的突發數據，它所需的工作電壓是+3．3 V。

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



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，帶寬的自動調整，有效地保障了網絡的可靠性。

④無需布線。Wi—Fi可以在覆蓋范圍的任何地方使用帶有Wi—Fi功能的設備進行寬帶業務。

⑤綠色健康。IEEE 802．11規定的發射功率不可超過100 mW，實際發射功率約60～70 mW，手機的發射功率約200 mW～1 W，手持式對講機高達5 W，而且無線網絡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相對于有線接入也存在缺點：

①系統開銷和頻率干擾等使傳輸速率大大減小。

②同頻段無線電波的相互影響和障礙物使得穩定性不如有線接入方式。

③安全性和數據的保密性都不如有線接入方式。

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是三星公司近年來開發的一款基于ARM920T內核的16／32位RISC嵌入式微處理器，其高性能、低功耗、小體積、接口豐富的特點能滿足嵌入式系統的要求。其核心RISC處理器實現了MMU、AMBABUS、Haryard高速緩沖。CPU內部集成了數據分開的16 KB Cache、SDRAM控制器、LCD控制器、4通道DMA、3通道UART、I2C總線、I2S總線、SD接口、觸摸屏接口、8通道10位A／D控制器等，非常方便系統開發，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。

光收發模塊作為上下行網絡側接口，其作用是進行光電／電光轉換并實現融合型ONU上行數據的發送和下行數據的接收。SerDes作用是進行串并／并串轉換。交換處理模塊負責處理數據包的交換轉發。Wi—Fi控制芯片用來控制RF射頻模塊。Flash用來存放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(現場可編程門陣列)獨立完成信息加密的大量運算，相比軟件可以提高速度、節省時間。

4 融合型ONU的工作流程

4．1 光收發模塊的工作流程

光收發模塊的核心部分采用的是Delta公司的一款EPON ONU收發器——OPEP-33-A4K1RH，該收發器主要包括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的突發數據，它所需的工作電壓是+3．3 V。

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

4．2 以太網模塊的工作流程
    本系統配有4個10／100M Base-TX以太網業務接口，支持10 Mbps和100 Mbps自適應的網絡連接速度；以太網模塊的工作電壓為5 V。以太網業務接口可以根據需要擴展成8個、16個或者24個，充分滿足不同業務量的需要。
    以太網模塊的功能連接圖如圖4所示，進出以太網接口的信號都需要經過網絡濾波器，網絡濾波器實質上是一個選頻電路，它的功能就是允許某一部分頻率的信號順利的通過，而另外一部分頻率的信號則受到較大的抑制。與網絡濾波器相連的是交換處理模塊中的Port's MAC(M-edia Access Controllers)，用來解決在共用信道中產生競爭時分配信道的使用權問題。

4．3 VOIP模塊的工作流程
    本系統配有兩個POTS電話機接口，可以連接兩部電話機。普通電話撥打和接收網絡話音，必須通過POTS接口才能進行，POTS接口是能夠連接普通電話與ISDN的接口設備，它能使兩部電話同時上網并與其他電話通信。
    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，可對過熱和過流雙重作用導致的電路故障進行保護；Tip and Ring(正極線和負極線)表示組成電話配線電路的兩條電線，Tip是正極線的別稱，Ring是負極電線的別稱。

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。本系統的天線是外置天線，這樣能盡量穩定信號。天線與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控制芯片控制整個無線模塊的運行。

結語
    ONU是EPON技術的關鍵組成部分，融合型的ONU所具有的高寬帶和無線靈活性是完全能滿足今后市場所需的。隨著EPON技術的改進和建設成本的降低，融合型ONU將具有廣闊的市場前景，因此Wi—Fi技術在光網絡單元中的應用研究是非常有實際意義的。