imec/Nokia貝爾實(shí)驗(yàn)室聯(lián)手展示100G PON關(guān)鍵元件

比利時(shí)微電子研究中心(imec)旗下的IDLab實(shí)驗(yàn)室(設(shè)于根特大學(xué)與安特衛(wèi)普大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì))，在近日舉行的歐洲光通訊會(huì)議(ECOC)中，與Nokia貝爾實(shí)驗(yàn)室合作，展示了全球首款上行突發(fā)模式線性轉(zhuǎn)阻放大器(Linear Burst-mode Transimpedance Amplifier, TIA)。該晶片支援50Gbps NRZ訊號(hào)與100Gbps PAM-4訊號(hào)的位元傳輸速率。借此，光纖線路終端(OLT)設(shè)備就能處理上行封包訊號(hào)強(qiáng)度變動(dòng)與品質(zhì)衰變的問(wèn)題；新一代被動(dòng)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(shù)面與經(jīng)濟(jì)面實(shí)現(xiàn)新一代PON的彈性部署，這款創(chuàng)新的轉(zhuǎn)阻放大器至關(guān)重要，尤其是對(duì)100G等級(jí)的超高速PON而言。

imec與Nokia貝爾實(shí)驗(yàn)室共同展示的100G PON關(guān)鍵元件

PON是將高速寬頻網(wǎng)路帶給住宅與商業(yè)用戶(hù)的重要技術(shù)，同時(shí)也能支援5G等行動(dòng)網(wǎng)路的前傳與后傳服務(wù)。PON網(wǎng)路的特色是樹(shù)狀拓樸結(jié)構(gòu)，開(kāi)放多位網(wǎng)路用戶(hù)共用一條光纖鏈路來(lái)連接至中央機(jī)房?jī)?nèi)的單臺(tái)OLT設(shè)備。這不僅可以實(shí)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(huì)在網(wǎng)路上不斷傳輸，但上行流量會(huì)透過(guò)突發(fā)模式時(shí)脈傳輸，透過(guò)分時(shí)運(yùn)作來(lái)避免碰撞。

隨著10G PON產(chǎn)品銷(xiāo)量竄升，首批25G PON商用解決方案即將上市，PON技術(shù)也在迅速發(fā)展。儘管如此，在推出下一代PON服務(wù)以前，仍有些挑戰(zhàn)需要面對(duì)，尤其是上行鏈路?？焖僮罴鸦闲蟹獍挠嵦?hào)強(qiáng)度，讓傳輸至OLT接收器的上行封包具有展現(xiàn)高動(dòng)態(tài)光功率范圍的潛力，因?yàn)楣饫w分配網(wǎng)路(ODN)具備差動(dòng)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(shè)備之間的距離也會(huì)帶來(lái)影響，短的可能只有數(shù)百公尺，長(zhǎng)的達(dá)到幾十公里。

IDLab類(lèi)比/混合訊號(hào)晶片設(shè)計(jì)的資深研究員Gertjan Coudyzer表示，因?yàn)樯厦嫣岬降囊蛩?，確保所有傳送到OLT的封包具備大致相同的訊號(hào)強(qiáng)度，是非常關(guān)鍵的。另外，還必須把額外添加的資料傳輸時(shí)間降到最低，也就是控制在數(shù)十奈秒內(nèi)。研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的創(chuàng)新晶片就能實(shí)現(xiàn)這點(diǎn)，善用每個(gè)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(shí)驗(yàn)過(guò)程中，研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)驗(yàn)證了這款晶片的線性突發(fā)模式運(yùn)作；線性運(yùn)作不僅能等化訊號(hào)，還能為未來(lái)PON採(cǎi)用PAM-4調(diào)變模式進(jìn)行準(zhǔn)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(shù)突破，將能促進(jìn)未來(lái)大規(guī)模部署100G PON。

IDLab高速發(fā)射器研究計(jì)畫(huà)組長(zhǎng)Peter Ossieur補(bǔ)充，架設(shè)光纖網(wǎng)路是一大投資，一旦開(kāi)始部署，業(yè)者會(huì)希望能維持至少數(shù)十年的運(yùn)作。此次發(fā)表證實(shí)了業(yè)界的網(wǎng)路系統(tǒng)已經(jīng)為未來(lái)做好準(zhǔn)備，在市場(chǎng)出現(xiàn)需求時(shí)就能支援更高頻寬。接下來(lái)，我們也在考慮加入國(guó)際通訊聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)化部門(mén)(ITU-T)來(lái)加速我們開(kāi)發(fā)，并參與他們的標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)。

Nokia貝爾實(shí)驗(yàn)室的光學(xué)系統(tǒng)與元件實(shí)驗(yàn)室主持人Tod Sizer則指出，此次能夠展示這款突發(fā)模式轉(zhuǎn)阻放大器，是Nokia貝爾實(shí)驗(yàn)室與imec長(zhǎng)期合作的成果，同時(shí)再次驗(yàn)證了Nokia在高速被動(dòng)式光纖網(wǎng)路技術(shù)上的領(lǐng)導(dǎo)地位。這些成果來(lái)得及時(shí)，ITU G.9804標(biāo)準(zhǔn)還在定義50G PON上行鏈路的規(guī)格。而這款放大器因?yàn)榫邆渚€性化處理能力，所以還能支援採(cǎi)用更高階調(diào)變模式的100G彈性位元率PON應(yīng)用。

這次展示的放大器採(cǎi)用0.13μm硅鍺(SiGe)製程，供應(yīng)電壓為2.5V時(shí)，平均功耗為275mW，穩(wěn)定時(shí)間都在150ns以?xún)?nèi)，符合一般PON的目標(biāo)前置時(shí)間。

Peter Ossieur總結(jié)稱(chēng)，PON未來(lái)所要面臨的挑戰(zhàn)，主要在于終端用戶(hù)與中央機(jī)房之間的距離越來(lái)越遠(yuǎn)。因?yàn)殡娦艠I(yè)者會(huì)走向鄉(xiāng)村地區(qū)，進(jìn)一步拓展客群。因此，在相同的OLT設(shè)備上提供不同用戶(hù)、不同PON服務(wù)的需求，將會(huì)持續(xù)走強(qiáng)，這就需要採(cǎi)用新的數(shù)位訊號(hào)處理技術(shù)、改良光學(xué)接收器，以及開(kāi)發(fā)更多的線性電路。這些都是我們研究的主要項(xiàng)目，我們也歡迎更多伙伴投入并參與。