第三章 物理介质相关（PMD）层：光接口参数、突发模式与激光器控制
各位同学，今天我们来聊聊GPON协议栈里最「硬核」的一层——PMD层。说白了，这就是光信号在光纤上怎么跑、怎么收发的那套物理规矩。我当年刚接触GPON时，总觉得这层就是调调光功率、开开关关激光器，没什么技术含量。直到有一次在实验室里，因为激光器开启时序没调好，直接把对端的光模块烧了……嗯，从那以后我再也不敢小看PMD层了。
3.1 光接口参数：波长、速率、功率
先说说最基础的光接口参数。GPON用的是单纤双向技术，上行和下行走不同波长。
- 下行波长：1490 nm（从OLT到ONU）
- 上行波长：1310 nm（从ONU到OLT）
为什么选这两个波长？其实是因为它们在普通单模光纤里的衰减最小。1490 nm的衰减大概0.2 dB/km，1310 nm稍微大一点，0.35 dB/km左右。我建议你在做系统设计时，一定要把光纤长度和衰减算清楚，否则光功率预算很容易超。
速率方面，GPON标准定义了下行2.488 Gbps、上行1.244 Gbps。注意，这是线路速率，不是用户实际能拿到的带宽。你想想看，光模块的带宽、接收机的灵敏度、色散容忍度，都得按这个速率来设计。
光功率参数是PMD层的关键。OLT的发射功率一般在+2 dBm到+7 dBm之间，ONU的发射功率在+0.5 dBm到+5 dBm之间。接收灵敏度呢？OLT的接收灵敏度要求≤-28 dBm，ONU的接收灵敏度要求≤-27 dBm。这些数字你最好记下来，做光路预算时经常要用到。
重要提示：光功率预算 = 发射功率 - 接收灵敏度 - 链路损耗 - 设计余量。一般建议留3 dB的余量，别卡得太死。
3.2 突发模式收发：GPON的独门绝技
GPON和传统的以太网不一样，它用的是突发模式（Burst Mode）。什么意思呢？就是ONU不是一直发数据的，只有在OLT分配给它的时隙里才发。这就带来一个麻烦——OLT接收到的光信号是断断续续的，每个ONU发过来的光功率还不一样。
我记得第一次调试突发模式接收机时，波形简直惨不忍睹。前一个ONU离OLT只有1公里，光功率-5 dBm；下一个ONU离了20公里，光功率-25 dBm。接收机要在几个纳秒内从大信号切换到小信号，还得把数据正确恢复出来。
突发模式的关键技术有两点：
- 快速AGC（自动增益控制）：接收机要在几个比特时间内完成增益调整。GPON标准要求AGC建立时间不超过32比特（约25.7 ns）。
- 突发时钟恢复（BCDR）：每个突发包前面都有前导码，用来快速恢复时钟。前导码长度一般是44比特或72比特，具体看实现。
避坑指南：我曾经在项目中遇到过前导码长度配置错误的问题。标准里写的是44比特，但某款光模块要求72比特。结果OLT一直收不到ONU的注册消息，排查了两天才发现是前导码不匹配。所以，做突发模式设计时，一定要先确认光模块的具体要求。
3.3 激光器控制（Laser On/Off）
激光器控制是PMD层里最容易出问题的地方。GPON要求ONU的激光器只能在分配给它的时隙里打开，其他时间必须关闭。为什么？因为多个ONU共享同一根光纤，如果两个ONU同时发光，光信号就撞车了。
激光器的开启和关闭时间有严格规定：
| 参数 | 最小值 | 典型值 | 最大值 |
|---|---|---|---|
| 激光器开启时间（Ton） | - | 10 ns | 50 ns |
| 激光器关闭时间（Toff） | - | 10 ns | 50 ns |
| 激光器稳定时间 | - | 20 ns | 100 ns |
你想想看，如果激光器关闭时间太长，就会侵占下一个ONU的时隙，造成数据冲突。我建议你在做驱动电路设计时，一定要用高速开关电路，比如用MOSFET或者专门的激光驱动器芯片。
另外，激光器的偏置电流也要注意。GPON标准要求ONU在关闭激光器时，偏置电流要降到阈值以下，否则会有微弱的光泄漏出去。我曾经见过一个案例，就是因为偏置电流没关干净，导致OLT误判为有ONU在发送数据，整个PON口都乱了。
警告：激光器开启瞬间会有浪涌电流，可能损坏激光器。建议在驱动电路里加软启动电路，或者用带缓启动功能的激光驱动器芯片。
3.4 光功率检测（RSSI）
RSSI（Received Signal Strength Indication）就是光功率检测功能。OLT和ONU都需要这个功能，用来监测链路质量、做故障定位。
GPON标准里，RSSI的精度要求是±3 dB。说实话，这个精度不算高，但够用了。实际项目中，我一般会要求±2 dB以内，这样在做光功率预算时更有把握。
RSSI的实现方式有两种：
- 模拟方式：用光电二极管检测光电流，然后通过ADC采样。优点是成本低，缺点是精度受温度影响大。
- 数字方式：在接收机芯片内部集成RSSI功能，直接读出数字值。优点是精度高、温度稳定性好，缺点是成本稍高。
我个人习惯用数字方式，虽然贵一点，但省心。有一次在户外机柜里，夏天温度到60度，模拟RSSI的读数漂了2 dB多，差点误报链路故障。从那以后，我对模拟RSSI就有点不放心了。
RSSI的读取时机也很重要。GPON标准规定，RSSI测量要在突发包的特定位置进行，一般是取前导码之后、数据开始之前的那段信号。为什么？因为前导码期间AGC还在调整，信号不稳定，测出来的功率不准。
核心要点：RSSI值可以用来做链路预算验证、故障定位、光模块老化监测。建议在系统里定期记录RSSI值，形成趋势图，这样能提前发现光模块性能劣化。
3.5 PMD层知识体系总览
好了，讲了这么多，我画一张图帮你理清PMD层的知识结构。
这张图把PMD层的四个核心模块串起来了。光接口参数是基础，突发模式是GPON的特色，激光器控制是安全底线，RSSI是运维保障。做PMD层开发时，这四个方面缺一不可。
好了，这一章的内容就到这里。PMD层虽然看起来是硬件的事，但作为协议栈开发者，你必须理解这些物理特性，否则上层协议调得再好，光信号发不出去也是白搭。下一章我们讲GTC层，到时候会看到PMD层的数据怎么被封装成帧的。
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