imec攜手Nokia貝爾實驗室開發100G PON關鍵元件

作者 : imec

歐洲光通訊會議(ECOC)上,imec旗下的IDLab實驗室攜手Nokia貝爾實驗室,展示了全球首款上行突發模式線性轉阻放大器…

歐洲光通訊會議(ECOC)上,比利時微電子研究中心(imec)旗下的IDLab實驗室(其設於根特大學與安特衛普大學的研究團隊)攜手Nokia貝爾實驗室,展示了全球首款上行突發模式線性轉阻放大器(linear burst-mode transimpedance amplifier,TIA)。該晶片支援50Gbps不歸零訊號與100Gbps PAM-4訊號的位元傳輸速率。

藉此,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衰變的問題;新一代被動式光纖網路(passive optical network,PON)的超高速傳輸性能還能加乘這些效果。為了從技術面與經濟面實現新一代PON的彈性部署,這款創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。

被動式光纖網路技術帶給住宅與商業用戶高速寬頻網路,同時支援5G等行動網路的前傳與後傳服務。PON網路的特色是樹狀拓樸結構,開放多位網路用戶共用一條光纖鏈路來連接至中央機房內的單台OLT設備。這不僅可以實現具備成本效益的網路部署,還改變了封包在網路上的傳輸模式。下行流量會在網路上不斷傳輸,但上行流量會透過突發模式時脈傳輸,透過分時運作來避免碰撞。

隨著10G PON產品銷量竄升,首批25G PON商用解決方案即將上市,PON技術也在迅速發展。儘管如此,在推出下一代PON服務以前,仍有些挑戰需要面對,尤其是上行鏈路。

傳輸至OLT接收器的上行封包可能展現高動態的光功率範圍,因為光纖分配網路(ODN)具備差動路徑損失,光纖網路終端(ONT)的發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:「這些傳輸特性會因為新一代 PON的高速運作而增強,因此確保所有傳送到OLT的封包具備大致相同的訊號強度將是關鍵。另外,還必須把額外添加的資料傳輸時間降到最低,也就是控制在數十奈秒內。我們開發的創新晶片就能實現這點,善用每個封包,以及整體網路,將速度、傳輸範圍和流量發揮到極致。」

Gertjan Coudyzer分享:「在實驗過程中,我們已經驗證了這款晶片的線性突發模式運作;線性運作不僅能等化訊號,還能為未來PON採用PAM-4調變模式進行準備,其位元傳輸率是NRZ調變模式的兩倍。該晶片是全球首創的技術突破,將能促進未來大規模部署100G PON。」

IDLab高速發射器研究計畫組長Peter Ossieur補充:「架設光纖網路是一大投資,一旦開始部署,業者會希望能維持至少數十年的運作。此次發表證實了業界的網路系統已經為未來做好準備,在市場出現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盟標準化部門(ITU-T)來加速我們開發,並參與他們的標準化作業。」

Nokia貝爾實驗室的光學系統與元件實驗室主持人Tod Sizer表示:「此次能夠展示這款突發模式轉阻放大器是我們與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變模式的100G彈性位元率PON應用。」

該放大器採用0.13μm矽鍺(SiGe)製程,供應電壓為2.5V時,平均功耗為275mW,穩定時間都在150ns以內,符合一般PON的目標前置時間。

Peter Ossieur總結:「未來所要面臨的挑戰,與終端用戶與中央機房之間的距離越來越遠息息相關,因為電信業者會走向鄉村地區來拓展客群。因此,在相同的OLT設備上提供不同用戶不同PON服務的策略將會持續走強,這就需要採用新的數位訊號處理技術、改良光學接收器,以及開發更多的線性電路。這些都是我們研究的主要項目,我們也歡迎更多夥伴投入並參與。」

 

 

 

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