長距離EPON的設計研究方案

目前在電力、煤炭、鐵路、部隊等專網通信領域，開始越來越多的用到EPON技術，然而在這些應用領域經常會遇到傳輸距離以及差分傳輸距離超過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最長和差分傳輸距離不得超過20km。為了克服這一矛盾，本文就如何實現長距離的EPON進行了研究。

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說受限于兩類因素：一類是物理層的光特性要求，一類是MPMC層的時序要求。前者和拓撲、物理層收發器、色散等相關，后者和EPON的帶寬分配算法、DBA（動態帶寬分配）周期以及注冊開窗時間等息息相關。

1、 EPON的功率預算

按照IEEE 802.3ah-2004的約定：OLT側發射功率大于2dBm，接收靈敏度-27dBm；對于ONU發射功率大于-1dBm，接收靈敏度-24dBm，整個光鏈路的損耗上行24dB，下行23.5dB。EPON上行1310nm和下行1490nm波長在G.652光纖中的損耗約為0.3dB/km。綜上可見功率預算對于長距離EPON來說是最為重要的因素。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提高光功率預算，具體包括以下兩類方法：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 復用/解復用器）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的自發輻射效應，以提供更好的性能。中繼器方案則直接采用兩個光模塊背靠背互連，并使用本地的控制器來控制兩個光模塊的發光，從而達到簡單的OEO中繼的目的，成本較低。但圖2的方案仍然不夠精細，因為OEO會帶來延時，而我們知道EPON上行方向是突發的，這樣會帶來一些時序上的輕微措施，在長距離的情形下，表現將更加明顯。為此對于更長距離的應用將需要內置智能單元以截獲MPMC層的消息，來計算分析并彌補突發開銷。



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準的1000BASE-PX20的PMD進行的討論，也可以使用非標準的PMD，通過加大OLT/ONU的發射光功率和/或提高OLT/ONU的接收靈敏度來提高EPON系統的光功率預算。采用該方法缺點是無法使用業界標準的光模塊，定制成本較高，對于成本不是很敏感的應用領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的拓撲形式

EPON應用拓撲形式一般有樹形（圖3）和總線型（圖4）兩種拓撲，其中樹形拓撲一般采用均分分光器，而總線事拓撲一般采用非均分分光器。表1和表2分別列出兩類分光器的插入損耗參考值，以利于計算功耗。




圖3 樹形拓撲



圖4 總線式拓撲

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