IT技术的迅速发展及各种网络应用的兴起,人们对网络带宽的需求越来越大,现有的带宽已经很难满足人们未来的需要,因此急需一种技术解决现在宽带接入网中的“最后一公里”的瓶颈。PON技术经过近二十年的发展,已经日臻完善,它提出的最新技术——GPON被业内人士公认为是解决宽带接入网的最佳解决方案之一。本文在介绍了PON的发展史之后,分析比较了三种主流PON技术——APON、EPON和GPON之间的优势和劣势,并且阐述了GPON的关键技术——GEM封装。随后分析比较了现在主要的三种GPON网络拓扑结构,根据现在GPON发展现状,采用了其中单纤双波网络结构作为可实现方案。本文根据ONU的协议分层,提出了GPON的ONU端的整体体系结构图,并根据结构图选择了芯片,做了相关的电路原理设计。ONU端的TC成帧子层的研究设计是本文的主要工作。文中根据自顶向下的基本思路,将TC成帧子层划分成几个基本模块,然后详细讨论了模块设计的原理和算法,随后根据ONU的具体情况对算法进行了改进,使之适合ONU的具体设计情况。根据这些原理和算法,设计出TC成帧子层的各个模块,并详细论述了各模块的功能、设计、实现方法以及模块的仿真波形。最后连接各个模块,给出了联调时序仿真结果。从波形仿真结果可以看出,无论是单独模块,还是整体模块的联调,文中的设计均可以正确实现ONU的TC成帧子层预定的逻辑功能。在文章的最后,探讨了课题下一步的工作。