易飛揚(yáng)在2018年完成了100G CFP DCO相干模塊的研發(fā)，成功解決了線路側(cè)80km以上的應(yīng)用難題，這是易飛揚(yáng)在城域網(wǎng)解決方案上邁出的重要一步。當(dāng)前業(yè)內(nèi)能夠設(shè)計(jì)相干模塊的企業(yè)并不多，本文主要以相干模塊為背景，簡要介紹其中的DSP部分的作用以及應(yīng)用前景。

相干技術(shù)的歷史和應(yīng)用

在遙遠(yuǎn)的上世紀(jì)80年代，研究超快光通信的科學(xué)家們開始研究相干光通信。相干傳輸?shù)膬?yōu)勢很明顯：靈敏度高（傳得遠(yuǎn)），帶寬大。但是在之后的90年代，摻鉺光纖放大器（EDFA）和WDM（波分復(fù)用）等技術(shù)閃亮登場，分別取代了相干傳輸原有的優(yōu)勢。相干技術(shù)從此被打入了冷宮。

但是相干技術(shù)并沒有就此被埋沒，在當(dāng)前的城域網(wǎng)光互連系統(tǒng)中，大規(guī)模鋪設(shè)的DWDM系統(tǒng)正逐漸耗盡其波長優(yōu)勢，通過壓縮光脈沖提升時(shí)分復(fù)用（TDM）系統(tǒng)的效率也有很大的技術(shù)瓶頸。怎么辦呢？小弟們不行了，看來還是得靠老大哥啊。So，相干光通信系統(tǒng)又再次重出江湖。

光傳輸技術(shù)演進(jìn)歷史

比如易飛揚(yáng)（Gigalight）的100G CFP DCO光模塊就是在新的歷史機(jī)遇下的研究成果。100G相干光模塊屬于100G DWDM長距離傳輸?shù)募夹g(shù)研究領(lǐng)域，主要用于100G波分復(fù)用系統(tǒng)線路側(cè)光傳輸，相比于其它各種形式的線路側(cè)光模塊，具有良好的OSNR性能、靈敏度、色散容限、DGD容限，因此成為業(yè)界的普遍選擇。

相干模塊主要應(yīng)用于線路側(cè)

DSP的主要作用

相干傳輸系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)主要包括DP-QPSK、相干檢測和DSP高速數(shù)字處理等。除了DSP環(huán)節(jié)，大都是采用商用器件；如果不是采購特別差的器件產(chǎn)品，各家的性能都差不多。影響最終性能的就在DSP環(huán)節(jié)，各廠家采用了不同的專利算法。

DSP就是高速數(shù)字處理芯片，主要作用是色散補(bǔ)償，去除噪聲、非線性等干擾因素，提供數(shù)字時(shí)鐘恢復(fù)，還原從發(fā)端發(fā)出的100G信號。

1、支持高階調(diào)制格式以提高頻譜效率；

2、解決器件及信道傳輸效應(yīng)；

3、處理信噪比問題。

DSP處理數(shù)據(jù)的過程(來自Gigalight內(nèi)部資料）

DSP在客戶側(cè)和線路側(cè)都有相關(guān)處理，其內(nèi)部帶有Framer，可以按照G.709協(xié)議進(jìn)行解幀和成幀處理。

DSP的結(jié)構(gòu)組成

那DSP的具體結(jié)構(gòu)又是什么呢？光通信領(lǐng)域的DSP一般由幾個(gè)部分組成：前端模擬數(shù)字混合部分包括ADC（數(shù)模轉(zhuǎn)換器）、DAC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）以及Serdes，數(shù)字信號處理部分主要包括FEC和PHY部分。

1、模擬數(shù)字混合部分

ADC和DAC的主要功能是在模擬信號與數(shù)字信號之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，是調(diào)制器件與數(shù)字信號處理部分的橋梁。ADC和DAC主要由四個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)：采樣率、采樣有效位寬、模擬帶寬以及功耗，其中模擬帶寬是面臨的主要技術(shù)挑戰(zhàn)，并且在使用DSP的條件下，一般系統(tǒng)的帶寬限制不再是光器件，而是ADC和DAC。

2、數(shù)字信號處理單元

在數(shù)據(jù)中心內(nèi)部應(yīng)用，數(shù)字信號處理單元相對簡單。比如對于100G PAM4應(yīng)用，在發(fā)端主要完成對發(fā)送信號的頻譜壓縮、非線性補(bǔ)償、FEC編碼等，在收端ADC之后對信號使用自適應(yīng)濾波器對信號進(jìn)行補(bǔ)償。在數(shù)字信號處理單元中一般會使用FIR濾波器對信號進(jìn)行補(bǔ)償，F(xiàn)IR濾波器的Tap數(shù)與判決函數(shù)的設(shè)計(jì)直接決定了補(bǔ)償DSP的性能和功耗。

易飛揚(yáng)的100G CFP-DCO相干模塊（來自Gigalight產(chǎn)品冊）

DSP的功耗和成本問題

毫無疑問，DSP在提升了性能的同時(shí)增加了功耗。由于DSP引入了DAC/ADC與算法，其功耗一定高于傳統(tǒng)基于模擬技術(shù)的CDR芯片。目前基于16nm的DSP解決方案的400G OSFP/QSFP-DD的設(shè)計(jì)功耗在12W左右，無論對于模塊本身或是未來交換機(jī)的面板熱設(shè)計(jì)都是巨大挑戰(zhàn)。另外成本永遠(yuǎn)是數(shù)據(jù)中心和5G運(yùn)營商們關(guān)心的話題，與傳統(tǒng)光器件不同，對于DSP芯片來說，由于是基于成熟的半導(dǎo)體工藝，在海量應(yīng)用的支撐下，可以預(yù)期較大的芯片成本下降空間。

小結(jié)
相干模塊由于其技術(shù)優(yōu)勢（帶寬、靈敏度），將在未來光通信市場大有用武之地。而作為相干中模塊中最重要的部分，DSP功能繁多，包括DAC/ADC采樣、Frame匹配和檢測、差分解編碼、脈沖整形、時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)以及偏振均衡等。易飛揚(yáng)（Gigalight）于近年成立了武漢研發(fā)中心，高度重視對人才的培養(yǎng)，并且在相干模塊的研究上取得一系列領(lǐng)先成果，欲知更多詳情，可訪問我們的官網(wǎng)：wzyml.cn