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比利時微電子研究中心(imec)旗下的IDLab實驗室(設(shè)于根特大學(xué)與安特衛(wèi)普大學(xué)的研究團(tuán)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(zhuǎn)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(shè)備就能處理上行封包訊號強(qiáng)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(shù)面與經(jīng)濟(jì)面實現(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(guān)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(shù)，同時也能支援5G等行動網(wǎng)路的前傳與后傳服務(wù)。PON網(wǎng)路的特色是樹狀拓樸結(jié)構(gòu)，開放多位網(wǎng)路用戶共用一條光纖鏈路來連接至中央機(jī)房內(nèi)的單臺OLT設(shè)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(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，尤其是上行鏈路?？焖僮罴鸦闲蟹獍挠嵦枏?qiáng)度，讓傳輸至OLT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(shè)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(dá)到幾十公里。
IDLab類比/混合訊號晶片設(shè)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(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間降到最低，也就是控制在數(shù)十奈秒內(nèi)。研究團(tuán)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(tuán)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(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)未來大規(guī)模部署100G PON。
IDLab高速發(fā)射器研究計畫組長Peter Ossieur補(bǔ)充，架設(shè)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(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)化部門(ITU-T)來加速我們開發(fā)，并參與他們的標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)。
Nokia貝爾實驗室的光學(xué)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(zhuǎn)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(shù)上的領(lǐng)導(dǎo)地位。這些成果來得及時，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(yīng)用。
這次展示的放大器採用0.13μm硅鍺(SiGe)製程，供應(yīng)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(biāo)前置時間。
Peter Ossieur總結(jié)稱，PON未來所要面臨的挑戰(zhàn)，主要在于終端用戶與中央機(jī)房之間的距離越來越遠(yuǎn)。因為電信業(yè)者會走向鄉(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、不同PON服務(wù)的需求，將會持續(xù)走強(qiáng)，這就需要採用新的數(shù)位訊號處理技術(shù)、改良光學(xué)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。
