10GEPoC系统MAC层的FPGA设计与验证

摘要

在―三网融合快速推进的背景下，EPON+EoC的接入网技术方案由于架构简单廉价，是我国接入网双向化技术改造的主流方案之一。但长久以来EoC没有形成统一的接入网标准，同时EPON+EoC并不是端到端的解决方案。国际社会均在寻求新一代低成本、全IP、统一管理的端到端解决方案。EPoC（Ethernet Passive network Over Coax）作为一种能兼容EPON系统的解决方案得到了大多数运营商的大力支持，其协议的标准化工作正在紧张有序的进行当中，成为下一代HFC接入网的发展方向。此时，设计并推出一个EPoC参考样机有着重要意义。本文针对EPoC系统的特性设计了基于FPGA的系统实现方案，并成功完成了样机开发以及样机展示工作。
　　本文首先对EPoC系统网络架构进行了分析与设计。在EPoC系统网络中包含OLT设备、CLT设备以及CNU设备，同时支持EPON协议。引入了增强型多点控制协议来支持EPoC系统新特性，并对系统设计中的关键技术如资源分配DBA以及测距过程进行了设计与介绍。
　　其次，本文完成了基于FPGA设计的MAC子层以及PCS子层的功能模块划分，并提供了PHY子层的参考设计模型。通过协议分析以及逻辑实现的特性，对MAC子层以及PCS子层进行了模块化分以及接口定义。同时对系统的硬件实现环境进行了简单介绍。
　　然后，本文对EPoC系统设计中关键模块进行了详细设计与实现。创新设计了基于比特位图的FEC码字快速同步机制，并行快速完成比特流同步；开发设计10G处理能力的RS编码器以及解码器IPcore，满足系统10Gbps的数据处理能力；同时，将多点控制协议进行详细设计实现，完成EPoC系统的自动发现注册、带宽申请等控制流程。
　　最后，设计基于BFM模型的仿真平台，并对系统进行全面仿真验证。设计扩展性强、易重用、操作简单的Testbench架构，使用Modelsim软件完成模块级以及系统级仿真验证。

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1 绪论

1.1 10G EPoC研究背景与意义

1.2 10G EPoC国内外研究现状

1.3 10G EPoC的应用场景分析

1.4 本文的主要研究工作及论文结构

2 EPoC系统设计及关键技术分析

2.1 EPoC系统概述

2.2 EPoC系统网络结构

2.3 DBA过程

2.4 测距过程

2.5 本章小结

3 EPoC系统MAC层整体方案设计

3.1 EPoC MAC层功能

3.2 EPoC MAC层硬件结构

3.3 EPoC MAC增强型MPCP

3.4 EPoC MAC层设计

3.5 EPoC PCS层设计

3.6 EPoC PHY层参考设计

3.7本章小结

4 EPoC系统关键模块设计与实现

4.1 EPoC前向纠错（FEC）

4.2 EPoC增强型多点控制（MPCP）

4.3 本章小结

5 EPoC系统仿真与验证

5.1 仿真工程建立

5.2 仿真平台结构设计

5.3 EPoC下行数据链路仿真验证

5.4 EPoC上行数据链路仿真验证

5.5 EPoC协议控制仿真验证

5.6 本章小结

6 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 未来工作展望

致谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间参与的科研项目