隨著物聯(lián)網(wǎng)、AR/VR、5G 等全新應(yīng)用場(chǎng)景的不斷演進(jìn)和落地，目前全球數(shù)據(jù)量增長(zhǎng)迅速。據(jù)思科最新報(bào)告顯示，目前全球數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)量增速為 27%CAGR，預(yù)計(jì)到 2020 年將達(dá)到 15.3ZB。數(shù)據(jù)量的激增給網(wǎng)絡(luò)傳輸帶來了更高的要求，目前 100Gb/s 的技術(shù)已經(jīng)成熟并且實(shí)現(xiàn)規(guī)模商用部署，而這還是不夠的。技術(shù)廠商正在向更高傳輸速率標(biāo)準(zhǔn)邁進(jìn)。

圖 全球數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)增長(zhǎng)

持續(xù)增長(zhǎng)的帶寬需求與業(yè)界應(yīng)對(duì)

目前 400Gb/s 的網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)已經(jīng)逐漸從幕后的技術(shù)研究走向了商用前臺(tái)，尤其是最近幾年發(fā)展更為迅速。從 400Gb /s 標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展來看，國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)化組織——中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化

協(xié)會(huì)(CCSA)、國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU-T)、國(guó)際電氣電子工程師學(xué)會(huì)(IEEE)、光互聯(lián)論壇(OIF)等均得了明顯進(jìn)展?，F(xiàn)階段從全球范圍內(nèi)來看，100G 以太網(wǎng)速率已經(jīng)在數(shù)據(jù)中心有大量的應(yīng)用，400G 速率作為下一代速率在產(chǎn)業(yè)內(nèi)已經(jīng)開始廣泛的研究，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)組織的研究和討論也在推進(jìn)中。400Gb /s 技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)最新進(jìn)展進(jìn)一步推動(dòng)了 400Gb /s技術(shù)步入商用化的進(jìn)程，如何合理部署 400Gb /s 成為業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。由于物理極限,在 100Gb/s 以及更高速度的系統(tǒng)中,相干傳輸技術(shù)逐漸成為利用現(xiàn)有設(shè)備來克服技術(shù)極限的關(guān)鍵.相干傳輸技術(shù)可用于 100G 和 400G 應(yīng)用，因?yàn)樗沟梅?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(kuò)展而進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)升級(jí)的成本和復(fù)雜性。當(dāng)前用于相干光的定時(shí)解決方案在成本和尺寸方面還未達(dá)到最優(yōu)化，需要 VCSO、時(shí)鐘發(fā)生器和分立器件的多樣化組合。

圖 帶寬的增長(zhǎng)與對(duì)應(yīng)的支撐技術(shù)

眾所周知，隨著傳輸距離和數(shù)據(jù)容量的加大，在光傳輸過程中的損耗也就越大，數(shù)據(jù)中心互聯(lián)需要克服遠(yuǎn)距離上的信息傳輸問題，于是相干技術(shù)就成為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心互聯(lián)中相當(dāng)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。據(jù)與 Microsemi 合作的 ClariPhy 亞太區(qū)高級(jí)總監(jiān)Andrew 介紹：“相干技術(shù)是業(yè)界一致公認(rèn)的 100G 及以上傳輸?shù)氖走x，也是單光纖(L+C 波段)從 10Tbps 升級(jí)到 70Tbps 的唯一選擇。將相干技術(shù)用于數(shù)據(jù)中心互聯(lián)能夠極大地降低每比特光傳輸中損耗，從而提高數(shù)據(jù)傳輸效率?！辈粌H如此，相干技術(shù)也可以在 100G 和超 100G 上實(shí)現(xiàn)最低總體擁有成本，棄用傳統(tǒng)昂貴的色散補(bǔ)償模塊(DCM)，使用基于 CMOS 的 DSP 芯片對(duì)光纖噪聲損耗進(jìn)行數(shù)字補(bǔ)償。利用相干技術(shù)能夠靈活地調(diào)整光纖長(zhǎng)度，同時(shí)也能夠保障數(shù)據(jù)傳輸量可擴(kuò)展到每波長(zhǎng) 400G，即用更大的容量來降低每比特成本。

圖 當(dāng)前光通信的主要標(biāo)準(zhǔn)及其參數(shù)

相干傳輸 簡(jiǎn)介(coherent transmission)

在相干光通信中主要利用了相干調(diào)制和外差檢測(cè)技術(shù)。所謂相干調(diào)制，就是利用要傳輸?shù)男盘?hào)來改變光載波的頻率、相位和振幅(而不象強(qiáng)度檢測(cè)那樣只是改變光的強(qiáng)度)，這就需要光信號(hào)有確定的頻率和相位(而不象自然光那樣沒有確定的頻率和相位)，即應(yīng)是相干光。

圖 電磁波的極化

激光就是一種相干光。所謂外差檢測(cè)，就是利用一束本機(jī)振蕩產(chǎn)生的激光與輸入的信號(hào)光在光混頻器中進(jìn)行混頻，得到與信號(hào)光的頻率、位相和振幅按相同規(guī)律變化的中頻信號(hào)。數(shù)字相干接收技術(shù)使得光傳輸系統(tǒng)具有足夠的色散容限和偏振模容限，無需考慮線路傳輸上的色度色散和偏振模色散的影響，這給網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和運(yùn)維帶來一系列好處，主要包括：

1. 簡(jiǎn)化了傳輸線路上的光學(xué)色散補(bǔ)償和偏振解復(fù)用設(shè)計(jì)，線路設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單;

2. 消除了低 PMD 光纖的依賴，適用于各種規(guī)格的傳輸光纖，方便光纖線路速率升級(jí);

3. 消除了傳輸線路 DCF 光纖非線性效應(yīng)的影響，減少了線路放大器的數(shù)量和ASE 噪聲的影響，降低了線路成本，提升了系統(tǒng)長(zhǎng)距傳輸能力;

4. 減小了線路傳輸時(shí)延，按照 1km 光纖 5us 的時(shí)延計(jì)算，消除 DCF 光纖所帶來的時(shí)延減少非?？捎^，這對(duì)時(shí)延敏感的應(yīng)用環(huán)境意義重大;

5. 保護(hù)恢復(fù)時(shí)間小于 50ms，(不同于 40G 系統(tǒng))100G 數(shù)字信號(hào)處理自適應(yīng)色散補(bǔ)償算法收斂迅速，完全滿足電信級(jí)恢復(fù)時(shí)延要求。

基于數(shù)字相干接收 PM-QPSK 調(diào)制的 100G 光傳輸技術(shù)在長(zhǎng)距離光傳輸技術(shù)史上具有里程碑意義，這不僅僅體現(xiàn)在 100G 光傳輸性能的巨大提升和建網(wǎng)運(yùn)維的顯著優(yōu)勢(shì)上，更是由于其為后續(xù)超 100G 傳輸技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。超 100G 光傳輸將繼承 100G 光傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想，采用偏振復(fù)用、多級(jí)調(diào)制提高頻譜效率，采用 OFDM 技術(shù)規(guī)避目前光電子器件帶寬和開關(guān)速度的限制，采用數(shù)字相干接收提高接收機(jī)靈敏度和信道均衡能力。然而，超 100G 光傳輸由于非線性效應(yīng)的限制，傳輸距離和頻譜效率之間的矛盾非常顯著，選擇更高級(jí)別的 QAM 調(diào)制提高頻譜效率和傳輸速率，其傳輸距離可能遠(yuǎn)低于目前 100G 系統(tǒng)。這決定了 100G速率在長(zhǎng)距離光傳輸應(yīng)用上會(huì)占據(jù)一個(gè)比較長(zhǎng)的時(shí)間窗口，其大規(guī)模在網(wǎng)應(yīng)用時(shí)間保守估計(jì)在 10 年以上。