随着科研工作者在光器件方面取得了很大的进步，比如，激光器的输出功率，线宽，稳定性和噪声，以及光电探测器的带宽，功率容量和共模抑制比都得到了很大的改善，微波电子器件的性能也大幅提高。相干光通信技术逐渐成为当前100G线路侧提升容量的重要解决方案。

相干光通信的市场需求

当前通信市场最大的增长驱动因素之一在于城域网、核心网和数据中心互联(DCI)领域从10G到100G的转变。

伴随着视频会议等通信技术的应用和互联网普及产生的信息爆炸式增长，市场对作为整个通信系统基础的物理层提出了更高的传输性能要求。

在数字通信方面，如何扩大C波段放大器的容量，克服光纤色散效应的恶化，以及增加自由空间传输的容量和范围已成为科研工作者们的重要考虑因素；模拟通信方面，灵敏度和动态范围是系统的关键参数。

伴随着强大的需求驱动，大规模铺设的DWDM系统正在逐渐耗尽其波长资源，通过压缩光脉冲提升时分复用(TDM)系统的效率也有很大的技术瓶颈。人们开始考虑用相干光通信系统代替原有的波分复用系统。

相干光模块的优势

相干光通信系统在发送端采用外光调制（比如DP-QPSK）的方式将信号以调节振幅、相位、频率的方式调制到光载波上。

相比于传统的直接探测系统，相干探测通过信号光与本振的拍频可以获得更多的信号信息；信号到达接收端后，借助高速数字信号处理(DSP)技术，经过诸如均衡等前端处理，进入光混频器与本地振荡器产生的光信号进行相干混合，实现信号的重建和失真补偿。

相干光学技术可用于100G和400G的应用，主要原因在于它使得服务提供商能够通过现有的光纤发送更多的数据，减少为带宽扩展而进行网络升级的成本和复杂性。

主要优势 1

相干探测与DSP技术相结合

• 清除了传统相干接收的障碍

• 可在电域补偿各种传输损伤，简化传输链路

• 使高阶调制格式和偏振态复用成为可能

主要优势 2

与此同时，高阶调制格式的应用使得相干光通信相比于传统系统系统有更高的单波长通道频谱利用率。

相干接收机对光纤信道没有特殊要求，因此相干光通信可以使用已经铺设好的光纤线路。借助于数字信号处理算法，相干接收机以极小的代价补偿由光纤色散、偏振模色散及载波相位噪声等引起的信号失真。

主要优势 3

相干接收机比普通的接收机灵敏度高大约20dB，因此在传输系统中无中继的距离就会变长，这减少了在距离传输光路上进行放大的次数。

基于以上原因，相干光通信可以减少长距离传输的光纤架设成本，简化光路放大和补偿设计，成为当前长距离传输网上的主要应用技术。

相干光模块应用场景

目前相干光通信主要用在骨干网和城域网的线路侧，属于DWDM长距离传输的技术研究领域，在大于80km的城域网、核心网的应用场景中，具有良好的OSNR性能、灵敏度、色散容限等。

第一个应用场景：WDM波分复用系统

工作波长为C-Band(1530~1565nm), 光纤种类为G.652D(prefered)/G.655, 关键性能指标为光信噪比OSNR。

纠错编码技术可以跳出传输物理层的限制，在逻辑层对一切物理传输损伤进行补偿，尤其是对非线性效应的影响。

第二个应用场景：5G领域的中传和回传场景

中传场景属于100G/200G DWDM系统，可使用100G CFP/200G CFP2 DCO光模块实现80km的场景应用；在小于200km的回传场景使用400G DCO产品。

第三个应用场景：DCI领域

至于相干通信是否会用在40km到80km的DCI领域，主要取决于商业性价比，市场容量是否足够大。

在当前的100G速率条件下，采用EML调制方式的100G ER等产品已经足够满足使用需求；未来会出现100G CFP- DCO ZR系列。

OIF组织正在制定400G ZR规范，采用DWDM和相干技术结合的方案。

Cignal AI的首席分析师Andrew Schmitt表示：“相干400G将在2020年前限制现有的200G和100G技术的发展，新设备将实现光容量的最大化，而不依赖于覆盖范围。”可以预见的是，越来越多的400G ZR产品将进入市场。

总结

相干光通信系统是一种更为先进、复杂的光传输系统，适用于更长距离、更大容量的信息传输。

当前采用CFP封装的相干模块体积大、功耗大都是其劣势，未来紧凑型的相干模块将取代现有的相干产品；半导体技术的革新、芯片工艺的提升都将有力推动400G相干产品的更新换代。

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