帶服務能夠支持三重應用（即支持語音、視頻和數據）至第一英里的客戶，例如持續發展的小商業和住宅。FTTx中的主角是GPON（吉比特無源光網絡，Gigabit Passive Optical Network），它提供較高的帶寬替代DSL和電纜的基于光纖的網絡。FTTx為家庭的第一英里應用，諸如光纖到戶（FTTH），光纖到樓（FTTB），光纖到路邊（FTTC）等。隨著下行數據速率高達2.5Gbps，以及改進現存的電信設施的需求，針對這些第一英里的應用，GPON網絡是受歡迎的選擇。由于有效地增加了帶寬，預計GPON會超過EPON（以太無源光網絡，Ethernet Passive Optical Network），因此會選擇GPON作為將來第一英里網絡的技術。

GPON功能一覽

GPON是時分復用（TDM）系統，基于現存設施的再使用，從遠端傳送數據時，時隙分配給了終端用戶。如圖1所示，在GPON中有兩個主要的數據流。下行方向從OLT（光線路終端，Optical Line Terminal）到光分路器，傳播數據到多個ONU（光網絡單元，Optical Network Units）。在上行方向，這個過程相反。給每個用戶（ONU）分配一個時隙以便傳送數據，隨后在單根光纖上與其它數據結合在一起發送到中央辦公設備（OLT）。ONU是互相分開的，ONU源數據是由突發數據組成的，由于多個ONU的不同光長度，在上行數據里內部的相位有變化，并將發生沖突。OLT的挑戰是修正每個ONU的排列，并確保在上行光鏈路中每個突發數據同步。

在OLT中，上行通路處理這些高速突發數據的鎖定時間要求是很有挑戰性的（對GPON的典型值為50比特），然而傳統的XAUI或基于SERDES的SONET/SDH的鎖定時間很長（數千比特）。結果客戶不得不使用特殊的，分立的突發模式接收器（BMR）。然而傳統的BMR消耗很大的功率，且難以升級，導致無法優化體積，最終增加了系統的成本。

迄今為止對這些特殊的BMR還沒有特殊的解決方案。然而隨著FPGA的出現，它們支持快速鎖定，執行時間短，集成的BMR功能支持達2Gbps的速度。

理想的BMR

如前所述，為了處理上行通路的動態性質，BMR必須滿足一組特定的要求。理想的BMR應有非常快的鎖定時間，支持高速串行數據速率，同時又保持最小的尺寸和最小的功耗。傳統的BMR已提供了針對GPON的數據速率，但在成本、功耗和電路板的面積方面做了一些折衷。另外一方面，過去FPGA提供靈活性和很高的集成度，但這些FPGA的SERDES不能滿足GPON所要求的鎖定時間和數據速率的要求。理想的解決方案取決于BMR和FPGA。現在的解決方案是目前FPGA的I/O能力。這些編程平臺的獨特功能是在每個引腳上端接上行PON通路，與傳統的BMR器件相比較，提供了節省成本和可升級的解決方案。目前使用的最普通的方法是用FPGA采樣輸入數據。

這個方法所關注的是性能和功耗。FPGA對PON終端提供了另外一種方法，這種FPGA是LatticeSC系列。這些器件通過合并每個I/O內的特殊邏輯來應對BMR的挑戰，可動態地適應不同的線而無需使用FPGA邏輯。

如圖2所示，嵌入在每個I/O中的是輸入延時塊（INDEL）和自適應輸入邏輯（AIL），動態地補償時序相位變化，使每個引腳的速度達2Gbps。終端的結果是完整的I/O系統，支持快速鎖定時間和傳統BMR的性能，但具有很高的集成度，而且是低功耗的編程平臺。

如何進行AIL相位修正

傳統的BMR使用時鐘數據恢復（CDR）在OLT中產生上行采樣時鐘。如前所述，用于GPON應用的時鐘方法要求專用的大功率電路，以滿足挑戰性的速度和上行通路的鎖定時間要求。因為GPON的物理層是基于現有的TDM設備，GPON其本身的性質是時間環，意為在OLT本地的參考時鐘可以作為參考時鐘來采樣輸入數據。AIL利用這個本地OLT時鐘源產生本地的625MHz時鐘。這個時鐘用來對輸入數據采樣，對連續突發模式進行動態延時，端接多個ONU時補償上行通路的相位變化。

128個抽頭的延時（每個45ps）使能多個輸入數據的連續周期，在延時鏈路中任何時間都能進行采樣。自適應輸入邏輯（AIL）監控這個輸入數據的多個采樣，動態調整時鐘，數據相位關系，直到找到有效的采樣點。含有數據、轉換、抖動和噪聲的輸入數據信號通過延時鏈路。于是AIL通過延時鏈滑動捕獲窗，根據單獨的數據轉換尋找穩定的數據。一旦發現穩定的數據，AIL將繼續監控輸入和數據，動態補償由于工藝、電壓和溫度而引起的低頻抖動，漂移和變化。用延時鏈建立數據的多個復本的新方法提供了比用高速時鐘采樣數據功耗低的解決方案。圖3為對AIL方法的觀察。

AIL窗用來從延時鏈獲取采樣數據。這個窗含有邊沿檢測寄存器和中心抽頭采樣寄存器。中心抽頭寄存器是采樣到數據的實際寄存器，隨后再送到FPGA。邊沿檢測寄存器是窗的“眼睛和耳朵”，因為其反饋提供了進行研究算法的信息。在最大的窗，采樣寄存器的每個邊有4個邊沿檢測寄存器。圖4展示了AIL窗的寄存器分布和窗的大小。

最壞的捕獲時間是窗口的中心正對數據轉換時。于是窗口開始搜索無噪聲的數據，比較從邊沿檢測采樣到的數據和中心抽頭寄存器的數據。根據這些值，窗口以90ps步長單方向地連續移動，直到找到穩定的數據。一旦找到穩定的數據，AIL繼續跟蹤時鐘，數據相位關系，補償低速抖動，漂移以及工藝、電壓和溫度的變化。圖5展示了搜索過程。

通過計算最差情況的數據有效時期來確定窗口的大小，如圖6所示。用戶選擇最大的窗以適配計算出最壞情況窗。例如，上行GPON應用中數據時期為800ps。GPON規范允許的抖動為0.4UI，結果數據有效時期為480ps （800ps“320ps）。因此，從所提供的GUI中選擇400ps的窗口尺寸。

一旦確定了窗口大小，就可以考慮窗口的移動。對AIL捕獲的最差情況是必須解決160ps抖動，即轉換中心的起始點，如圖7所示。根據90ps步長，針對AIL采用有效數據的中心抽頭寄存器要用2個延時步長（180ps），針對在無噪聲環境中的整個窗口，要4個延時步長。記住用戶從中心抽頭寄存器看到數據，因此對于用戶接收，檢測有效數據，不需要整個窗在在無噪聲的環境中。因為每個延時步長，AIL需要4個轉換，在8個數據轉換之后，用戶會看到有效的中心抽頭數據，在16個數據轉換內整個窗在無噪聲的環境中。針對初始數據采集時間，兩者皆好且符合GPON規范。

抖動容忍

基于數據轉換，AIL繼續監控和移動窗口。算法與窗口設計使AIL容忍高頻抖動，通過連續監控相位關系移動窗口以保持無噪聲的環境對低頻抖動做出反應。

一旦窗口發現數據轉換的位置，邊沿檢測寄存器擔當緩沖器的功能對付高頻抖動。圖8展示了高頻抖動的發生，并且侵入了AIL窗。如果檢測到4個連續時間的傳送，窗口將發生移動，如果首個傳送全部能看見，AIL會對此容忍，因為這不足以影響在窗中間的中心抽頭寄存器的采樣數據。

圖8還顯示了在低頻抖動、漂移的情況下， AIL是如何補償相移的。在移動窗口之前用4個內置邊沿寄存器使AIl緩慢地調整低頻抖動（或漂移）。針對數據轉換，用內置的滯后算法，針對抖動和漂移AIL起低通濾波器的作用，能跟蹤由于工藝、電壓和溫度改變而產生的變化。

結論

把更高的帶寬帶給第一英里客戶的技術革新導致了GPON技術的流行。如今有各種可行的解決方案，不斷進步的技術將取決于將來能實現多快，節省成本的解決方案。具有穩定性能用于BMR的集成OLT接收器用單個、可升級的小尺寸封裝，且只有現在解決方案一半功率的解決方案最終將加速GPON技術的流行。