长距离EPON的设计研究方案

目前在电力、煤炭、铁路、部队等专网通信领域，开始越来越多的用到EPON技术，然而在这些应用领域经常会遇到传输距离以及差分传输距离超过20km的情形，但是在IEEE 802.3ah-2004（已被并入802.3-2008）中明确定义了EPON最长和差分传输距离不得超过20km。为了克服这一矛盾，本文就如何实现长距离的EPON进行了研究。

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的传输距离从根本上来说受限于两类因素：一类是物理层的光特性要求，一类是MPMC层的时序要求。前者和拓扑、物理层收发器、色散等相关，后者和EPON的带宽分配算法、DBA（动态带宽分配）周期以及注册开窗时间等息息相关。

1、 EPON的功率预算

按照IEEE 802.3ah-2004的约定：OLT侧发射功率大于2dBm，接收灵敏度-27dBm；对于ONU发射功率大于-1dBm，接收灵敏度-24dBm，整个光链路的损耗上行24dB，下行23.5dB。EPON上行1310nm和下行1490nm波长在G.652光纤中的损耗约为0.3dB/km。综上可见功率预算对于长距离EPON来说是最为重要的因素。为了提高传输距离，除了减少线路插入损耗外，还可以采用光放大的手段来提高光功率预算，具体包括以下两类方法：光放大器(图1)和中继器（OEO，optical-electrical-optical，光电光）（图2）。光放大器方案在上下行方向均需要使用到Diplexer（WDM 复用/解复用器）和OA（Optical Amplifier,光放大器），而OBF(Optical Bandpass Filter, 光带通滤波器)则是可选的，使用OBF主要是为了克服OA的自发辐射效应，以提供更好的性能。中继器方案则直接采用两个光模块背靠背互连，并使用本地的控制器来控制两个光模块的发光，从而达到简单的OEO中继的目的，成本较低。但图2的方案仍然不够精细，因为OEO会带来延时，而我们知道EPON上行方向是突发的，这样会带来一些时序上的轻微措施，在长距离的情形下，表现将更加明显。为此对于更长距离的应用将需要内置智能单元以截获MPMC层的消息，来计算分析并弥补突发开销。



图1 光放大器方案



图2 中继器（OEO）方案

上述均是基于采用标准的1000BASE-PX20的PMD进行的讨论，也可以使用非标准的PMD，通过加大OLT/ONU的发射光功率和/或提高OLT/ONU的接收灵敏度来提高EPON系统的光功率预算。采用该方法缺点是无法使用业界标准的光模块，定制成本较高，对于成本不是很敏感的应用领域又或使用光放大器/中继器成本更高的情形下可以使用定制光模块的方法。

2、 EPON的拓扑形式

EPON应用拓扑形式一般有树形（图3）和总线型（图4）两种拓扑，其中树形拓扑一般采用均分分光器，而总线事拓扑一般采用非均分分光器。表1和表2分别列出两类分光器的插入损耗参考值，以利于计算功耗。




图3 树形拓扑



图4 总线式拓扑

表1 分光器典型插入衰减参考值


表2 非均匀分光器的插入衰减参考值