【秒懂承載】熱點技術名詞——“相干光模塊”

今日和文檔君一起學習技術名詞：相干光模塊（Coherent Optical Module）——確保信號在光纖網絡中高效、遠距離傳輸。

Q：什么是相干光模塊？

A：光模塊作為光纖通信系統(tǒng)中的關鍵組件，其核心作用是實現電、光信號的轉換，通過這種方式解決傳統(tǒng)電纜通信信號衰減及干擾問題，確保信號在光纖網絡中高效、遠距離傳輸。

相干光模塊則是一種利用相干光（光學中具有相同頻率和固定相位關系的光波）原理進行信號傳輸和處理的光模塊，支持復雜的調制解調和信號處理功能，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、光傳感和光學測量等領域廣泛應用，本文重點聚焦光通信領域。

Q：為什么需要相干光模塊？

A：互聯(lián)網和數據中心的爆發(fā)，網絡流量迅猛增長，光網絡壓力陡增，傳統(tǒng)非相干光模塊由于帶寬低、調制方式簡單，已無法滿足高速率、長距離、高密度傳輸的需求。

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

支持高達數百Gbps甚至Tbps級別的數據傳輸速率，滿足通信網絡對高帶寬的需求；支持復雜的調制技術（如QPSK），克服信號在光纖傳輸中的色散和衰減問題，實現穩(wěn)定、可靠的長距離傳輸；同時，可結合不同的網絡需求和環(huán)境選擇合適的調制方式，提供靈活的解決方案。

Q：相干光模塊都包括什么？

A：相干光模塊的結構如圖所示，主要由光組件和DSP組件組成。

一、光組件

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

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

相干驅動調制器：對光信號進行調制，通過改變光信號的某些特性（如幅度、相位或頻率）來傳輸信息。常見的調制方式包括幅度調制、相位調制、偏振+相位調制、偏振+相位+幅度調制等，常見的相干調制技術包括QPSK（四相位偏移鍵控）、16QAM（16進制相干振幅調制）等，具體參見【秒懂承載】熱點技術名詞——“高階調制”。

集成相干接收機：對接收到的光信號進行解調，恢復出原始信息并對其進行處理和放大，解調的方法通常與調制的方法相對應。

二、DSP組件

主要由模擬IP(SERDES，AD/DA)和數字IP(相干算法、前向糾錯FEC、數字相干調制解調)組成，完成高速數字信號處理（涉及到高速信號編碼、解碼、時鐘恢復等，以確保高速數據傳輸的可靠性和精確性），去除色散、噪聲、非線性等干擾因素，還原發(fā)端信號。

除上述核心器件外，相干光模塊還涉及其他控制電路，配合先進的封裝、散熱設計等，共同組成相干光模塊。正是這些核心技術的不斷創(chuàng)新和提升，實現了更高速率的光通信。

光模塊內部常見名詞解釋：

Q：相干光模塊經歷了怎樣的演進過程？

A：

一、按光模塊速率劃分

自2011年首個MSA（Multi-Source Agreement）標準接口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，僅個別廠家測試應用；后續(xù)96Gbd可插拔模塊應用場景預計更多，將主要采用400G PS-16QAM調制方式。

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）：安裝在設備的內部，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時代，下一步將向1.6T演進。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%，同時運維更加便捷。

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特性、集成度、部署便捷性和應用場景等方面存在差異。

光調制解調技術

光調制解調技術的應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：對信號幅度和相位采用直接調制和直接檢測；

相干光模塊：利用外部可調諧激光器對信號進行相干調制和解調，降低接收機對OSNR的要求，有效延長信號的傳輸距離。

集成度：相干光模塊采用光子集成電路、硅光、高集成封裝、先進制造工藝和集成驅動電路等技術，具有更高的集成度。

便捷性：相干光模塊采用DSP方式補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，網絡設計和部署更加便捷。

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

Q：相干光模塊應用場景和業(yè)界應用進展

A：隨著OTN網絡高速傳輸需求的不斷增加及光模塊產業(yè)鏈的成熟，相干光模塊在長途骨干、城域、接入、DCI網絡中廣泛應用。當前，100G、200G和400G速率相干光模塊已大規(guī)模部署應用，目前業(yè)界各廠家正在積極探索和推進400G+光模塊應用實踐。

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營商驗證800G傳輸能力，華為、烽火和NOKIA也于2024年發(fā)布該系列模塊，Ciena預計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，應用部署主要為400G QPSK調制方式?？刹灏文K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預計今年發(fā)布，其他廠家緊隨其后（中興、華為預計2025，NOKIA預計2026）?？刹灏文K方面，業(yè)界預期最早或于2025年后發(fā)布。