世界上第一颗用于下一代灵活的PON上行100Gbit/s PAM-4线性突发模式跨阻放大器(TIA)芯片
比利时，2022年9月22日 -- 在本周的欧洲光通信会议（ECOC）上，来自IDLab（比利时根特大学和安特卫普大学的imec研究小组）和诺基亚贝尔实验室的研究人员展示了首款上行线性突发模式跨阻放大器（TIA）（transimpedance amplifier）芯片，它可容纳50Gbit/s NRZ和100Gbit/s PAM-4调制。该芯片使得光线路终端（OLT）能够应对上行数据包的不同信号强度和质量下降；而这种情况会出现在下一代无源光网络（PON）高速运行的时候。这种新型的TIA芯片对于部署下一代灵活的PON（尤其是100G PON网络），在技术上和经济上的可行至关重要。
无源光网络（PON）技术可以为住宅和商业用户提供高速宽带，同时支持（5G）移动前传/回传（fronthaul/backhaul）等服务。
PON网络的特点是其树状网络拓扑结构，可以用连接到运营商中央办公室的一个光线路终端（OLT）的共同光纤股为多个客户提供服务。这有效地降低了部署方案的成本，但它也影响了数据包在网络上的传输方式：下行流量在网络上连续发送，而上行流量则以突发方式传输（在分配的时隙内，以便防止发生碰撞）。
随着10G PON销售量的激增和第一个25G PON解决方案的商业化，PON技术正在快速发展。然而，特别是在上游方向，在下一代（50G和100G）PON推出之前，仍有几个挑战需要解决。
01. 快速、动态地优化上行数据包的信号强度
到达OLT接收器的上行数据包可能表现出很大的光功率动态范围。这是由于光分配网络的不同路径损耗，以及光网络终端（ONT）发射器的发射功率的变动造成的。其次，OLT和其ONT之间的距离也是一个决定性因素（范围在几百米到几十公里之间）。
"由于这些影响在下一代PON的高速运行中进一步加剧，确保所有到达OLT的数据包最终具有大致相同的信号强度将是至关重要的。此外，这必须以最小的开销完成，即不超过几十纳秒，"根特大学和安特卫普大学（比利时）的imec研究小组IDLab的模拟/混合信号IC设计高级研究员Gertjan Coudyzer说。"我们的新型芯片正是这样做的，使我们能够充分利用每个数据包-- 以及整个网络 -- 最大限度地提高其速度、范围和吞吐量"。
推出了世界首款上行线性突发模式跨阻放大器（TIA）（transimpedance amplifier）芯片，它可容纳50Gbit/s NRZ和100Gbit/s PAM-4调制。
Gertjan Coudyzer说："在我们的实验中，我们已经能够验证该芯片的线性突发模式操作；这种线性不仅能够实现信号均衡，而且还为PAM-4作为未来的PON调制格式铺平了道路 -- 与使用NRZ相比，比特率提高了一倍。这是世界上的第一次突破，将会促进未来大规模100G PON的推广。"
"铺设光纤网络是一项巨大的投资。一旦部署完毕，运营商希望他们的网络至少在几十年内不要改动。IDLab高速收发器项目经理Peter Ossieur补充说："今天的公告证实了运营商的网络已经为未来做好了准备，并且能够在出现需要时支持更高的带宽。展望未来，我们希望ITU-T能够接手我们的开发工作，并将其纳入他们的标准化工作。"
诺基亚贝尔实验室光学系统和设备实验室负责人Tod Sizer说："我们的突发模式跨阻放大器芯片的面世，是与imec长期合作的成果，再次证实了诺基亚在更高速的无源光网络方面的技术领先地位。这些结果很及时，因为50G上游PON的目标正在ITU G.9804中定义。由于其线性度，TIA芯片还支持使用高阶调制的100G柔性PON。"
TIA芯片是采用0.13微米的SiGe工艺制造的。它的功耗为275毫瓦（平均），采用2.5伏电源。它的总稳定时间远低于150纳秒，符合典型的PON目标前置时间（preamble time）。
02. 终端用户和中心局之间不断增长的距离
"未来的挑战会继续与终端用户和中心局之间（不断增长的）的距离密切相关-- 因为电信运营商试图将其客户群扩展到更多的乡村地区。因此，从同一个OLT灵活地为不同客户提供不同口味的PON的策略将继续获得动力，这需要新的数字信号处理方法，更新光接收器，以及开发越来越多的线性电路“。Peter Ossieur总结说："这些正是我们研究议程上的重要课题；我们将继续欢迎合作伙伴的投入和参与。”
这项工作得到了VLAIO项目SPIC（HBC.2020.2197）的支持。
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