随着通信技术的发展,骨干网和局域网取得了巨大的发展,而连接骨干网和用户的接入网却发展缓慢,成为信息高速公路发展的瓶颈。在有线接入领域,由于光纤的宽带优势,无源光网络(PON)技术有着良好的市场前景。GPON作为一种旨在实现全业务接入的宽带接入技术,相对于其它PON技术,在带宽能力、安全性和可管理性等方面具有更大的优势,被业内人士公认为是宽带接入网的最佳解决方案之一。ONU作为GPON系统中面向用户端的核心单元,其实现技术和成本将直接影响到光纤用户的承受能力,从而影响到GPON技术的发展和应用前景。因此,对ONU的研究具有重要意义。本文首先概述了宽带接入网的现状和发展趋势,介绍了PON的发展史并比较了目前三种主流PON技术,指出GPON的技术优势和发展前景。其次研究了ITU-T G.984规范的GPON光接入系统,分析了GPON系统的网络结构和协议分层结构,在此基础上探讨了GPON系统各层功能、工作原理和关键技术。本文重点部分是ONU系统的硬件设计与实现。通过对ONU分层结构和各层功能分析,提出了基于FPGA+MPU架构的ONU系统的硬件设计方案,将ONU系统分为物理媒介层、GTC层、用户接口和管理控制平面四个部分。通过市场调研,选取最合适的器件,然后从核心芯片的工作原理和外围设备入手介绍了各个子模块的功能与电路实现,分析了系统中高速差分接口互连的设计原理,并采用OrCAD、Allegro电路设计工具完成ONU系统原理图和PCB设计。最后,本文结合自己设计实现ONU系统的实践经验,总结了几点关于PCB设计中的注意事项,并采用Cadence软件中的信号完整性仿真设计工具SpecctraQuest对系统中的关键信号进行仿真,分析了ONU系统的调试过程。