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比利時微電子研究中心(imec)旗下的IDLab實驗室(設于根特大學與安特衛(wèi)普大學的研究團隊)，在近日舉行的歐洲光通訊會議(ECOC)中，與Nokia貝爾實驗室合作，展示了全球首款上行突發(fā)模式線性轉阻放大器(Linear Burst-mode Transimpedance Amplifier, TIA)。該晶片支援50Gbps NRZ訊號與100Gbps PAM-4訊號的位元傳輸速率。借此，光纖線路終端(OLT)設備就能處理上行封包訊號強度變動與品質(zhì)衰變的問題；新一代被動式光纖網(wǎng)路(Passive Optical Network, PON)的超高速傳輸性能還能加乘這些效果。為了從技術面與經(jīng)濟面實現(xiàn)新一代PON的彈性部署，這款創(chuàng)新的轉阻放大器至關重要，尤其是對100G等級的超高速PON而言。
imec與Nokia貝爾實驗室共同展示的100G PON關鍵元件
PON是將高速寬頻網(wǎng)路帶給住宅與商業(yè)用戶的重要技術，同時也能支援5G等行動網(wǎng)路的前傳與后傳服務。PON網(wǎng)路的特色是樹狀拓樸結構，開放多位網(wǎng)路用戶共用一條光纖鏈路來連接至中央機房內(nèi)的單臺OLT設備。這不僅可以實現(xiàn)具備成本效益的網(wǎng)路部署，還改變了封包在網(wǎng)路上的傳輸模式。下行流量會在網(wǎng)路上不斷傳輸，但上行流量會透過突發(fā)模式時脈傳輸，透過分時運作來避免碰撞。
隨著10G PON產(chǎn)品銷量竄升，首批25G PON商用解決方案即將上市，PON技術也在迅速發(fā)展。儘管如此，在推出下一代PON服務以前，仍有些挑戰(zhàn)需要面對，尤其是上行鏈路?？焖僮罴鸦闲蟹獍挠嵦枏姸龋寕鬏斨罯LT接收器的上行封包具有展現(xiàn)高動態(tài)光功率范圍的潛力，因為光纖分配網(wǎng)路(ODN)具備差動路徑損失，光纖網(wǎng)路終端(ONT)的發(fā)射器也具備不同的輸出功率。此外，OLT與ONT設備之間的距離也會帶來影響，短的可能只有數(shù)百公尺，長的達到幾十公里。
IDLab類比/混合訊號晶片設計的資深研究員Gertjan Coudyzer表示，因為上面提到的因素，確保所有傳送到OLT的封包具備大致相同的訊號強度，是非常關鍵的。另外，還必須把額外添加的資料傳輸時間降到最低，也就是控制在數(shù)十奈秒內(nèi)。研究團隊開發(fā)的創(chuàng)新晶片就能實現(xiàn)這點，善用每個封包以及整體網(wǎng)路，將速度、傳輸范圍和流量發(fā)揮到極致。在實驗過程中，研究團隊已經(jīng)驗證了這款晶片的線性突發(fā)模式運作；線性運作不僅能等化訊號，還能為未來PON採用PAM-4調(diào)變模式進行準備，其位元傳輸率是NRZ調(diào)變模式的兩倍。該晶片是全球首創(chuàng)的技術突破，將能促進未來大規(guī)模部署100G PON。
IDLab高速發(fā)射器研究計畫組長Peter Ossieur補充，架設光纖網(wǎng)路是一大投資，一旦開始部署，業(yè)者會希望能維持至少數(shù)十年的運作。此次發(fā)表證實了業(yè)界的網(wǎng)路系統(tǒng)已經(jīng)為未來做好準備，在市場出現(xiàn)需求時就能支援更高頻寬。接下來，我們也在考慮加入國際通訊聯(lián)盟標準化部門(ITU-T)來加速我們開發(fā)，并參與他們的標準化作業(yè)。
Nokia貝爾實驗室的光學系統(tǒng)與元件實驗室主持人Tod Sizer則指出，此次能夠展示這款突發(fā)模式轉阻放大器，是Nokia貝爾實驗室與imec長期合作的成果，同時再次驗證了Nokia在高速被動式光纖網(wǎng)路技術上的領導地位。這些成果來得及時，ITU G.9804標準還在定義50G PON上行鏈路的規(guī)格。而這款放大器因為具備線性化處理能力，所以還能支援採用更高階調(diào)變模式的100G彈性位元率PON應用。
這次展示的放大器採用0.13μm硅鍺(SiGe)製程，供應電壓為2.5V時，平均功耗為275mW，穩(wěn)定時間都在150ns以內(nèi)，符合一般PON的目標前置時間。
Peter Ossieur總結稱，PON未來所要面臨的挑戰(zhàn)，主要在于終端用戶與中央機房之間的距離越來越遠。因為電信業(yè)者會走向鄉(xiāng)村地區(qū)，進一步拓展客群。因此，在相同的OLT設備上提供不同用戶、不同PON服務的需求，將會持續(xù)走強，這就需要採用新的數(shù)位訊號處理技術、改良光學接收器，以及開發(fā)更多的線性電路。這些都是我們研究的主要項目，我們也歡迎更多伙伴投入并參與。
