隨著科研工作者在光器件方面取得了很大的進步，比如，激光器的輸出功率，線寬，穩(wěn)定性和噪聲，以及光電探測器的帶寬，功率容量和共模抑制比都得到了很大的改善，微波電子器件的性能也大幅提高。相干光通信技術(shù)逐漸成為當前100G線路側(cè)提升容量的重要解決方案。

相干光通信的市場需求

當前通信市場最大的增長驅(qū)動因素之一在于城域網(wǎng)、核心網(wǎng)和數(shù)據(jù)中心互聯(lián)(DCI)領(lǐng)域從10G到100G的轉(zhuǎn)變。

伴隨著視頻會議等通信技術(shù)的應(yīng)用和互聯(lián)網(wǎng)普及產(chǎn)生的信息爆炸式增長，市場對作為整個通信系統(tǒng)基礎(chǔ)的物理層提出了更高的傳輸性能要求。

在數(shù)字通信方面，如何擴大C波段放大器的容量，克服光纖色散效應(yīng)的惡化，以及增加自由空間傳輸?shù)娜萘亢头秶殉蔀榭蒲泄ぷ髡邆兊闹匾紤]因素；模擬通信方面，靈敏度和動態(tài)范圍是系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)。

伴隨著強大的需求驅(qū)動，大規(guī)模鋪設(shè)的DWDM系統(tǒng)正在逐漸耗盡其波長資源，通過壓縮光脈沖提升時分復(fù)用(TDM)系統(tǒng)的效率也有很大的技術(shù)瓶頸。人們開始考慮用相干光通信系統(tǒng)代替原有的波分復(fù)用系統(tǒng)。

相干光模塊的優(yōu)勢

相干光通信系統(tǒng)在發(fā)送端采用外光調(diào)制（比如DP-QPSK）的方式將信號以調(diào)節(jié)振幅、相位、頻率的方式調(diào)制到光載波上。

相比于傳統(tǒng)的直接探測系統(tǒng)，相干探測通過信號光與本振的拍頻可以獲得更多的信號信息；信號到達接收端后，借助高速數(shù)字信號處理(DSP)技術(shù)，經(jīng)過諸如均衡等前端處理，進入光混頻器與本地振蕩器產(chǎn)生的光信號進行相干混合，實現(xiàn)信號的重建和失真補償。

相干光學(xué)技術(shù)可用于100G和400G的應(yīng)用，主要原因在于它使得服務(wù)提供商能夠通過現(xiàn)有的光纖發(fā)送更多的數(shù)據(jù)，減少為帶寬擴展而進行網(wǎng)絡(luò)升級的成本和復(fù)雜性。

主要優(yōu)勢 1

相干探測與DSP技術(shù)相結(jié)合

? 清除了傳統(tǒng)相干接收的障礙

? 可在電域補償各種傳輸損傷，簡化傳輸鏈路

? 使高階調(diào)制格式和偏振態(tài)復(fù)用成為可能

主要優(yōu)勢 2

與此同時，高階調(diào)制格式的應(yīng)用使得相干光通信相比于傳統(tǒng)系統(tǒng)系統(tǒng)有更高的單波長通道頻譜利用率。

相干接收機對光纖信道沒有特殊要求，因此相干光通信可以使用已經(jīng)鋪設(shè)好的光纖線路。借助于數(shù)字信號處理算法，相干接收機以極小的代價補償由光纖色散、偏振模色散及載波相位噪聲等引起的信號失真。

主要優(yōu)勢 3

相干接收機比普通的接收機靈敏度高大約20dB，因此在傳輸系統(tǒng)中無中繼的距離就會變長，這減少了在距離傳輸光路上進行放大的次數(shù)。

基于以上原因，相干光通信可以減少長距離傳輸?shù)墓饫w架設(shè)成本，簡化光路放大和補償設(shè)計，成為當前長距離傳輸網(wǎng)上的主要應(yīng)用技術(shù)。

相干光模塊應(yīng)用場景

目前相干光通信主要用在骨干網(wǎng)和城域網(wǎng)的線路側(cè)，屬于DWDM長距離傳輸?shù)募夹g(shù)研究領(lǐng)域，在大于80km的城域網(wǎng)、核心網(wǎng)的應(yīng)用場景中，具有良好的OSNR性能、靈敏度、色散容限等。

第一個應(yīng)用場景：WDM波分復(fù)用系統(tǒng)

工作波長為C-Band(1530~1565nm), 光纖種類為G.652D(prefered)/G.655, 關(guān)鍵性能指標為光信噪比OSNR。

糾錯編碼技術(shù)可以跳出傳輸物理層的限制，在邏輯層對一切物理傳輸損傷進行補償，尤其是對非線性效應(yīng)的影響。

第二個應(yīng)用場景：5G領(lǐng)域的中傳和回傳場景

中傳場景屬于100G/200G DWDM系統(tǒng)，可使用100G CFP/200G CFP2 DCO光模塊實現(xiàn)80km的場景應(yīng)用；在小于200km的回傳場景使用400G DCO產(chǎn)品。

第三個應(yīng)用場景：DCI領(lǐng)域

至于相干通信是否會用在40km到80km的DCI領(lǐng)域，主要取決于商業(yè)性價比，市場容量是否足夠大。

在當前的100G速率條件下，采用EML調(diào)制方式的100G ER等產(chǎn)品已經(jīng)足夠滿足使用需求；未來會出現(xiàn)100G CFP- DCO ZR系列。

OIF組織正在制定400G ZR規(guī)范，采用DWDM和相干技術(shù)結(jié)合的方案。

Cignal AI的首席分析師Andrew Schmitt表示：“相干400G將在2020年前限制現(xiàn)有的200G和100G技術(shù)的發(fā)展，新設(shè)備將實現(xiàn)光容量的最大化，而不依賴于覆蓋范圍。”可以預(yù)見的是，越來越多的400G ZR產(chǎn)品將進入市場。

總結(jié)

相干光通信系統(tǒng)是一種更為先進、復(fù)雜的光傳輸系統(tǒng)，適用于更長距離、更大容量的信息傳輸。

當前采用CFP封裝的相干模塊體積大、功耗大都是其劣勢，未來緊湊型的相干模塊將取代現(xiàn)有的相干產(chǎn)品；半導(dǎo)體技術(shù)的革新、芯片工藝的提升都將有力推動400G相干產(chǎn)品的更新?lián)Q代。

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