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随着现代通信技术的快速发展,通信网中的骨干网和局域网取得了巨大的发展,骨干网正向着数字化、宽带化飞速的靠近,局域网也逐步向着智能化、多媒体化的方向发展,然而连接骨干网和用户的纽带——接入网的发展却相对缓慢,成为制约信息高速公路发展的重要因素。作为接入网的解决方案的无源光网络(PON)技术有着良好的市场前景,特别是GPON技术,已成为业内人士公认的最佳解决方案之一。GPON作为由运营商驱动的技术标准,需要全面的考虑运营利益。ONU作为GPON系统中连接用户接口的网络设备,其实现的技术和成本将直接影响到光纤用户的经济承受能力,也是影响GPON技术发展和应用前景的重要因素。本文将GPON ONU分为物理媒介层、GTC层和管理控制层3个模块进行设计,特别是对核心层GTC层做出了详细的设计。物理媒介层由光纤收发器完成光电转换;GTC层,将一个低成本的FPGA和SERDES搭配使用,实现可编程或可升级低成本ONU,完成与物理媒介层的连接,并提供用户网络接口,完成以太网/IP业务和VoIP业务的承载;管理控制平面用嵌入式微处理器来实现,并在外部扩展了Flash、SDRAM、RS232和JTAG,构建嵌入式系统硬件平台。对用实现后的产品建立GPON系统进行吞吐量、过载丢包率和转发延时等性能的测试。本论文首先介绍了GPON技术的发展背景,研究了国内外的发展现状和应用情况,指出GPON的技术优势和发展前景;其次分析了GPON体系结构、协议模型及工作原理和关键技术;然后提出了ONU的功能要求和设计目标,并针对GPON的分层模型,ONU分为物理媒介层、GTC层和管理控制平面,并对比实现方案,选择最佳的方案,最后提出了ONU的整体设计方案;接下来对3个功能模块的芯片的工作原理和外围电路进行设计;最后用实现后的产品建立了GPON系统,对系统的吞吐量、过载丢包率和转发延时等性能进行了测试,以此验证设计方案的正确性,并总结设计中的工作和课题下一步的工作。