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比利时微电子研究中心(imec)旗下的IDLab实验室(设于根特大学与安特卫普大学的研究团队)，在近日举行的欧洲光通讯会议(ECOC)中，与Nokia贝尔实验室合作，展示了全球首款上行突发模式线性转阻放大器(Linear Burst-mode Transimpedance Amplifier, TIA)。该晶片支援50Gbps NRZ讯号与100Gbps PAM-4讯号的位元传输速率。借此，光纤线路终端(OLT)设备就能处理上行封包讯号强度变动与品质衰变的问题；新一代被动式光纤网路(Passive Optical Network, PON)的超高速传输性能还能加乘这些效果。为了从技术面与经济面实现新一代PON的弹性部署，这款创新的转阻放大器至关重要，尤其是对100G等级的超高速PON而言。
imec与Nokia贝尔实验室共同展示的100G PON关键元件
PON是将高速宽频网路带给住宅与商业用户的重要技术，同时也能支援5G等行动网路的前传与后传服务。PON网路的特色是树状拓朴结构，开放多位网路用户共用一条光纤链路来连接至中央机房内的单台OLT设备。这不仅可以实现具备成本效益的网路部署，还改变了封包在网路上的传输模式。下行流量会在网路上不断传输，但上行流量会透过突发模式时脉传输，透过分时运作来避免碰撞。
随著10G PON产品销量窜升，首批25G PON商用解决方案即将上市，PON技术也在迅速发展。儘管如此，在推出下一代PON服务以前，仍有些挑战需要面对，尤其是上行链路。快速最佳化上行封包的讯号强度，让传输至OLT接收器的上行封包具有展现高动态光功率范围的潜力，因为光纤分配网路(ODN)具备差动路径损失，光纤网路终端(ONT)的发射器也具备不同的输出功率。此外，OLT与ONT设备之间的距离也会带来影响，短的可能只有数百公尺，长的达到几十公里。
IDLab类比/混合讯号晶片设计的资深研究员Gertjan Coudyzer表示，因为上面提到的因素，确保所有传送到OLT的封包具备大致相同的讯号强度，是非常关键的。另外，还必须把额外添加的资料传输时间降到最低，也就是控制在数十奈秒内。研究团队开发的创新晶片就能实现这点，善用每个封包以及整体网路，将速度、传输范围和流量发挥到极致。在实验过程中，研究团队已经验证了这款晶片的线性突发模式运作；线性运作不仅能等化讯号，还能为未来PON採用PAM-4调变模式进行准备，其位元传输率是NRZ调变模式的两倍。该晶片是全球首创的技术突破，将能促进未来大规模部署100G PON。
IDLab高速发射器研究计画组长Peter Ossieur补充，架设光纤网路是一大投资，一旦开始部署，业者会希望能维持至少数十年的运作。此次发表证实了业界的网路系统已经为未来做好准备，在市场出现需求时就能支援更高频宽。接下来，我们也在考虑加入国际通讯联盟标准化部门(ITU-T)来加速我们开发，并参与他们的标准化作业。
Nokia贝尔实验室的光学系统与元件实验室主持人Tod Sizer则指出，此次能够展示这款突发模式转阻放大器，是Nokia贝尔实验室与imec长期合作的成果，同时再次验证了Nokia在高速被动式光纤网路技术上的领导地位。这些成果来得及时，ITU G.9804标准还在定义50G PON上行链路的规格。而这款放大器因为具备线性化处理能力，所以还能支援採用更高阶调变模式的100G弹性位元率PON应用。
这次展示的放大器採用0.13μm硅锗(SiGe)製程，供应电压为2.5V时，平均功耗为275mW，稳定时间都在150ns以内，符合一般PON的目标前置时间。
Peter Ossieur总结称，PON未来所要面临的挑战，主要在于终端用户与中央机房之间的距离越来越远。因为电信业者会走向乡村地区，进一步拓展客群。因此，在相同的OLT设备上提供不同用户、不同PON服务的需求，将会持续走强，这就需要採用新的数位讯号处理技术、改良光学接收器，以及开发更多的线性电路。这些都是我们研究的主要项目，我们也欢迎更多伙伴投入并参与。
