【秒懂承載】熱點(diǎn)技術(shù)名詞——“相干光模塊”

今日和文檔君一起學(xué)習(xí)技術(shù)名詞：相干光模塊（Coherent Optical Module）——確保信號(hào)在光纖網(wǎng)絡(luò)中高效、遠(yuǎn)距離傳輸。

Q：什么是相干光模塊？

A：光模塊作為光纖通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵組件，其核心作用是實(shí)現(xiàn)電、光信號(hào)的轉(zhuǎn)換，通過這種方式解決傳統(tǒng)電纜通信信號(hào)衰減及干擾問題，確保信號(hào)在光纖網(wǎng)絡(luò)中高效、遠(yuǎn)距離傳輸。

相干光模塊則是一種利用相干光（光學(xué)中具有相同頻率和固定相位關(guān)系的光波）原理進(jìn)行信號(hào)傳輸和處理的光模塊，支持復(fù)雜的調(diào)制解調(diào)和信號(hào)處理功能，具備較高的信噪比和抗干擾能力，適用于長距離、大容量光通信系統(tǒng)。

相干光模塊在光通信、光傳感和光學(xué)測(cè)量等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，本文重點(diǎn)聚焦光通信領(lǐng)域。

Q：為什么需要相干光模塊？

A：互聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)中心的爆發(fā)，網(wǎng)絡(luò)流量迅猛增長，光網(wǎng)絡(luò)壓力陡增，傳統(tǒng)非相干光模塊由于帶寬低、調(diào)制方式簡單，已無法滿足高速率、長距離、高密度傳輸?shù)男枨蟆?/p>

隨著數(shù)字信號(hào)處理、光器件制造等關(guān)鍵技術(shù)的不斷成熟，相干光模塊能夠支持更高的傳輸速率和更遠(yuǎn)的傳輸距離，具有卓越的性能和廣泛的應(yīng)用潛力。

支持高達(dá)數(shù)百Gbps甚至Tbps級(jí)別的數(shù)據(jù)傳輸速率，滿足通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)高帶寬的需求；支持復(fù)雜的調(diào)制技術(shù)（如QPSK），克服信號(hào)在光纖傳輸中的色散和衰減問題，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、可靠的長距離傳輸；同時(shí)，可結(jié)合不同的網(wǎng)絡(luò)需求和環(huán)境選擇合適的調(diào)制方式，提供靈活的解決方案。

Q：相干光模塊都包括什么？

A：相干光模塊的結(jié)構(gòu)如圖所示，主要由光組件和DSP組件組成。

一、光組件

主要包括：可調(diào)諧激光器ITLA、相干驅(qū)動(dòng)調(diào)制器CDM和集成相干接收機(jī)ICR等組件，后兩者也可集成為一體化的相干光收發(fā)器ICRM；相干高速光學(xué)器件具備寬譜、低損耗、高速、高功率等特性，確保相干光信號(hào)的收發(fā)效果。

可調(diào)諧激光器：通常使用激光器作為光源，以產(chǎn)生高強(qiáng)度、單色、相干的激光光束，用于發(fā)射光信號(hào)。

相干驅(qū)動(dòng)調(diào)制器：對(duì)光信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，通過改變光信號(hào)的某些特性（如幅度、相位或頻率）來傳輸信息。常見的調(diào)制方式包括幅度調(diào)制、相位調(diào)制、偏振+相位調(diào)制、偏振+相位+幅度調(diào)制等，常見的相干調(diào)制技術(shù)包括QPSK（四相位偏移鍵控）、16QAM（16進(jìn)制相干振幅調(diào)制）等，具體參見【秒懂承載】熱點(diǎn)技術(shù)名詞——“高階調(diào)制”。

集成相干接收機(jī)：對(duì)接收到的光信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，恢復(fù)出原始信息并對(duì)其進(jìn)行處理和放大，解調(diào)的方法通常與調(diào)制的方法相對(duì)應(yīng)。

二、DSP組件

主要由模擬IP(SERDES，AD/DA)和數(shù)字IP(相干算法、前向糾錯(cuò)FEC、數(shù)字相干調(diào)制解調(diào))組成，完成高速數(shù)字信號(hào)處理（涉及到高速信號(hào)編碼、解碼、時(shí)鐘恢復(fù)等，以確保高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院途_性），去除色散、噪聲、非線性等干擾因素，還原發(fā)端信號(hào)。

除上述核心器件外，相干光模塊還涉及其他控制電路，配合先進(jìn)的封裝、散熱設(shè)計(jì)等，共同組成相干光模塊。正是這些核心技術(shù)的不斷創(chuàng)新和提升，實(shí)現(xiàn)了更高速率的光通信。

光模塊內(nèi)部常見名詞解釋：

Q：相干光模塊經(jīng)歷了怎樣的演進(jìn)過程？

A：

一、按光模塊速率劃分

自2011年首個(gè)MSA（Multi-Source Agreement）標(biāo)準(zhǔn)接口100G光模塊發(fā)布，OTN相干模塊至今已發(fā)展了四代，具體如下：

注：早期的96GBd模塊為固定模塊，僅個(gè)別廠家測(cè)試應(yīng)用；后續(xù)96Gbd可插拔模塊應(yīng)用場景預(yù)計(jì)更多，將主要采用400G PS-16QAM調(diào)制方式。

二：按光模塊形態(tài)劃分

分為固定(MSA)光模塊和可插拔光模塊兩種：

固定光模塊（MSA）：安裝在設(shè)備的內(nèi)部，不支持插拔操作，功耗和體積都高于可插拔模塊。

可插拔光模塊：功耗低、適配靈活、部署便捷，市場規(guī)模更大。按封裝方式又可分為CFP（Centum Form-factor Pluggable）、CFP2、CFP4、QSFP（Quad Small Form-factor Pluggable）、OSFP（Octal Small Form-factor Pluggable）等。

目前，相干光模塊正處于800G/1.2T時(shí)代，下一步將向1.6T演進(jìn)。中興通訊于2023年全球首發(fā)800G OTN可插拔方案，相比固定模塊，該模塊體積縮小60%，單板端口密度提升1倍，Gbit功耗降低68%，同時(shí)運(yùn)維更加便捷。

Q：相干光模塊 vs?非相干光模塊

A：相干光模塊和非相干光模塊在光學(xué)特性、集成度、部署便捷性和應(yīng)用場景等方面存在差異。

光調(diào)制解調(diào)技術(shù)

光調(diào)制解調(diào)技術(shù)的應(yīng)用是相干光模塊與非相干光模塊最核心的區(qū)別，簡單示意如下圖。

說明：

非相干光模塊：對(duì)信號(hào)幅度和相位采用直接調(diào)制和直接檢測(cè)；

相干光模塊：利用外部可調(diào)諧激光器對(duì)信號(hào)進(jìn)行相干調(diào)制和解調(diào)，降低接收機(jī)對(duì)OSNR的要求，有效延長信號(hào)的傳輸距離。

集成度：相干光模塊采用光子集成電路、硅光、高集成封裝、先進(jìn)制造工藝和集成驅(qū)動(dòng)電路等技術(shù)，具有更高的集成度。

便捷性：相干光模塊采用DSP方式補(bǔ)償光纖中的傳輸損傷，如色度色散(CD，ChromaticDispersion)、偏振模色散(PMD，Polarization Mode Dispersion)和非線性損傷等，無需額外配置DCM模塊，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和部署更加便捷。

應(yīng)用場景：非相干光模塊多應(yīng)用于2.5G、10G、40G速率通信場景；而相干光模塊多應(yīng)用于100G、超100G速率通信場景。

Q：相干光模塊應(yīng)用場景和業(yè)界應(yīng)用進(jìn)展

A：隨著OTN網(wǎng)絡(luò)高速傳輸需求的不斷增加及光模塊產(chǎn)業(yè)鏈的成熟，相干光模塊在長途骨干、城域、接入、DCI網(wǎng)絡(luò)中廣泛應(yīng)用。當(dāng)前，100G、200G和400G速率相干光模塊已大規(guī)模部署應(yīng)用，目前業(yè)界各廠家正在積極探索和推進(jìn)400G+光模塊應(yīng)用實(shí)踐。

800G相干光模塊（可插拔）：2023年中興業(yè)界首發(fā)800G可插拔光模塊并配合運(yùn)營商驗(yàn)證800G傳輸能力，華為、烽火和NOKIA也于2024年發(fā)布該系列模塊，Ciena預(yù)計(jì)2025年發(fā)布。

1.2T相干光模塊：固定模塊方面，中興、華為、烽火、NOKIA等廠家均支持，應(yīng)用部署主要為400G QPSK調(diào)制方式。可插拔模塊方面，業(yè)界暫無明確規(guī)劃。

1.6T相干光模塊：固定模塊方面，Ciena預(yù)計(jì)今年發(fā)布，其他廠家緊隨其后（中興、華為預(yù)計(jì)2025，NOKIA預(yù)計(jì)2026）?？刹灏文K方面，業(yè)界預(yù)期最早或于2025年后發(fā)布。