Op de European Conference on Optical Communication (ECOC) van deze week presenteerden onderzoekers van IDLab (een imec-onderzoeksgroep aan de Universiteit Gent en de Universiteit Antwerpen, België) en Nokia Bell Labs de eerste upstream lineaire burst-mode transimpedantieversterker (TIA) chip die plaats biedt aan 50 Gbit/s NRZ en 100 Gbit/s PAM-4 modulatie. De chip stelt optische lijnterminals (OLT’s) in staat om de variërende signaalsterkte en kwaliteitsvermindering van upstream-pakketten aan te kunnen; effecten die worden verergerd door de zeer hoge snelheden waarmee passieve optische netwerken (PON’s) van de volgende generatie werken. Deze nieuwe TIA-chip zal van cruciaal belang zijn om de volgende generatie flexibele PON-implementaties (en 100G PON-netwerken in het bijzonder) technisch en economisch haalbaar te maken.
Passieve optische netwerktechnologie (PON) brengt snelle breedband naar residentiële en zakelijke abonnees, terwijl diensten zoals (5G) mobiele fronthaul / backhaul worden ondersteund.
PON-netwerken worden gekenmerkt door een boomachtige netwerktopologie die het mogelijk maakt om meerdere klanten te bedienen met een gemeenschappelijke vezelstreng die is verbonden met een enkele optische lijnterminal (OLT) in het centrale kantoor van de operator. Dit zorgt voor een kosteneffectief implementatiescenario, maar het heeft ook invloed op hoe pakketten door het netwerk reizen: downstream-verkeer wordt continu over het netwerk verzonden, terwijl upstream-verkeer in bursts wordt verzonden (binnen toegewezen tijdslots, waardoor botsingen worden voorkomen).
Nu de verkoop van 10G PON omhoog schiet en de eerste 25G PON-oplossingen commercieel worden geïntroduceerd, evolueert pon-technologie snel. Toch, vooral in de stroomopwaartse richting, moeten er nog verschillende uitdagingen worden aangepakt voordat next-gen (50G en 100G) PON’s kunnen worden uitgerold.
De signaalsterkte van upstream-pakketten snel en dynamisch optimaliseren
Stroomopwaartse pakketten die bij de ontvanger van een OLT aankomen, kunnen een groot dynamisch bereik van optische vermogens vertonen. Dit komt door het differentiële padverlies van het optische distributienetwerk, evenals de variatie in de lanceervermogens van optische netwerkterminals (ONT). Ten tweede is de afstand tussen een OLT en zijn ONTs ook een bepalende factor (variërend van een paar honderd meter, tot enkele tientallen kilometers).
“Aangezien die effecten nog worden verergerd door de hoge snelheden waarmee pon’s van de volgende generatie werken, is het cruciaal om ervoor te zorgen dat alle pakketten die bij de OLT aankomen uiteindelijk ongeveer dezelfde signaalsterkte hebben. Bovendien moet dit gebeuren met minimale overhead – d.w.z. niet meer dan enkele tientallen nanoseconden”, zegt Gertjan Coudyzer, senior onderzoeker in analoog/gemengd signaal IC-ontwerp bij IDLab, een imec-onderzoeksgroep aan de Universiteit Gent en de Universiteit Antwerpen (België). “Onze nieuwe chip doet precies dat, waardoor we elk pakket – en het netwerk als geheel – ten volle kunnen gebruiken, waardoor de snelheid, het bereik en de doorvoer worden gemaximaliseerd.”
Presentatie van ’s werelds eerste upstream lineaire burst-mode TIA-chip, geschikt voor 50 Gbit/s NRZ en 100 Gbit/s PAM-4 modulatie
Gertjan Coudyzer: “Tijdens onze experimenten hebben we de lineaire burst-mode werking van de chip kunnen valideren; een lineariteit die niet alleen signaalvereffening mogelijk maakt, maar ook de weg vrijmaakt voor PAM-4 als een toekomstig PON-modulatieformaat – een verdubbeling van de bitrate in vergelijking met het gebruik van NRZ. De eerste ter wereld is een doorbraak om de toekomstige uitrol van grootschalige 100G PON’s te vergemakkelijken.”
Link magazine editie september 2022 thema Arbeidsmarktkrapte: een zorg, maar ook kansrijk. Lees Link digitaal of vraag een exemplaar op: mireille.vanginkel@linkmagazine.nl’
“Het uitrollen van een glasvezelnetwerk is een enorme investering. Zodra het is geïmplementeerd, willen operators hun netwerk minstens een paar decennia onaangeroerd laten. De aankondiging van vandaag bevestigt dat de netwerken van operators klaar zijn voor de toekomst en in staat zijn om hogere bandbreedtes te ondersteunen als dat nodig is”, voegt Peter Ossieur, programmamanager high-speed transceivers bij IDLab, toe. “In de toekomst kijken we naar de ITU-T om onze ontwikkeling op te pakken en op te nemen in hun standaardisatie-inspanningen.”
“De demonstratie van onze burst-mode transimpedantieversterkerchip, die het resultaat is van een vruchtbare en langdurige samenwerking met imec, bevestigt opnieuw Nokia’s technische leiderschap in passieve optische netwerken met hogere snelheid”, aldus Tod Sizer, Optical System and Device Lab Leader, Nokia Bell Labs. “De resultaten komen op het juiste moment, aangezien doelen voor 50G upstream PON worden gedefinieerd in ITU G.9804. Dankzij de lineariteit ondersteunt de TIA-chip ook 100G flexrate PON met behulp van modulatie van hogere orde.”
De TIA-chip wordt vervaardigd in een SiGe-proces van 0,13 μm. Hij wordt geleverd met een stroomverbruik van 275 mW (gemiddeld) uit een 2,5 V-voeding. De totale bezinktijd is ruim onder de 150 ns, wat voldoet aan de typische PON-streeftijd.
De steeds groter wordende afstand tussen eindgebruikers en het centrale kantoor
“Toekomstige uitdagingen zullen nauw verbonden blijven met de (groeiende) afstand tussen eindgebruikers en het centrale kantoor – nu telecomoperatoren proberen hun klantenbestand uit te breiden naar meer landelijke gebieden. Vandaar dat strategieën om verschillende klanten flexibel te voorzien van verschillende PON-smaken van dezelfde OLT in een stroomversnelling zullen blijven komen, waardoor nieuwe benaderingen voor digitale signaalverwerking, updates voor de optische ontvangers en de ontwikkeling van steeds meer lineaire circuits nodig zijn. Dat zijn precies de onderwerpen die hoog op onze onderzoeksagenda staan; onderwerpen waarover we de inbreng en betrokkenheid van partners blijven verwelkomen”, besluit Peter Ossieur.
