相干下沉是最近幾年相干光通信的一個(gè)熱門發(fā)展趨勢(shì)。相干光信號(hào)采用偏振復(fù)用的矢量信號(hào)，能在有限的帶寬內(nèi)傳輸更大的數(shù)據(jù)，所以可以用在數(shù)據(jù)中心之間互連的場(chǎng)景中，傳輸距離80-120km，比如常說的400ZR和800ZR。

然而如何將其應(yīng)用在對(duì)功耗和成本更加敏感的數(shù)據(jù)中心內(nèi)部互連場(chǎng)景中呢？幸運(yùn)的是，隨著CMOS節(jié)點(diǎn)制程的進(jìn)步，DSP的功耗可能有所改善。有研究表明，采用5nm制程工藝的800G相干DSP的功耗已經(jīng)和PAM4方案的功耗比較接近了，如果未來采用3nm工藝，功耗可能又會(huì)下降30%，當(dāng)然大規(guī)模量產(chǎn)的話成本也會(huì)進(jìn)一步下降的。

此外，現(xiàn)在的數(shù)據(jù)中心內(nèi)部光信號(hào)傳輸?shù)牟ㄩL(zhǎng)都是O波段，而傳統(tǒng)的相干光通信是C波段，如何解決這一問題？C波段最大的好處是光纖功率損耗最小，所以非常適合長(zhǎng)距離的光纖傳輸；但同時(shí)C波段的光纖色散是比較大的，需要用DSP進(jìn)行色散和各種損傷的補(bǔ)償。而在O波段，雖然光纖功率損耗變大了，但好在傳輸距離并不遠(yuǎn)，功率衰減不多，所以也不需要光放大器；而且，在O波段，光纖的色散是最小的，這樣的話就不需要DSP來補(bǔ)償色散了，DSP的功能可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化，隨之其成本和功耗也可能進(jìn)一步降低。

因此，基于O波段的相干光通信是可行的，也是有一定應(yīng)用場(chǎng)景的。

俗話說，工欲善其事必先利其器。

越是前沿研究，難度越大，越需要高精尖的測(cè)試裝備。面對(duì)T比特級(jí)別的相干光測(cè)試，工程師面臨3個(gè)挑戰(zhàn)。

要求提供100G 波特以上的各種調(diào)制格式的IQ基帶信號(hào)（雙偏的話則需要4個(gè)通道），而且為了驅(qū)動(dòng)調(diào)制器往往需要較高的信號(hào)幅度；

同時(shí)在接收端，也需要足夠高帶寬和采樣率的示波器進(jìn)行信號(hào)的捕捉和分析；

儀表自身需要具有極低的本底抖動(dòng)和本底噪聲，才能更加真實(shí)的測(cè)出被測(cè)件的性能。

這些都不是容易辦到的事情。

Keysight公司可以為大家提供完整的超高速T比特相干光通信測(cè)量解決方案，如下圖一。最左邊的M8199B可為相干光通信系統(tǒng)提供基帶信號(hào)，中間的UXR實(shí)時(shí)示波器和最右邊的N4391B光調(diào)制分析儀（OMA）可為相干光通信系統(tǒng)中的電信號(hào)或者光信號(hào)進(jìn)行解調(diào)分析。

M8199B 任意波形發(fā)生器，基于AXIe機(jī)框平臺(tái)的模塊化架構(gòu)，其四個(gè)通道可為相干發(fā)射機(jī)提供IQ基帶信號(hào)，每個(gè)通道都可以達(dá)到256GSa/s的采樣率，模擬帶寬可高達(dá)80GHz，產(chǎn)生160GBaud甚至更高符號(hào)率的復(fù)雜矢量信號(hào)。圖二展示了M8199B產(chǎn)生的180GBaud 16QAM信號(hào)和160GBaud 64QAM信號(hào)，都具有非常高的信號(hào)質(zhì)量。

M8199B另一大特點(diǎn)是，通過其內(nèi)置放大器的優(yōu)化，使得儀表端口信號(hào)輸出幅度大大提升，具備直接驅(qū)動(dòng)光調(diào)制器的能力，其最大的差分信號(hào)輸出幅度達(dá)到了5Vpp（400MHz），在128GBaud時(shí)差分輸出幅度可達(dá)2.6Vpp，在160GBaud時(shí)也仍然可達(dá)2.2Vpp。

圖二 M8199B調(diào)制信號(hào)示例

如果用戶采用自己的相干接收機(jī)（ICR），那么ICR輸出的電信號(hào)就可以由實(shí)時(shí)示波器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和解調(diào)分析。UXR實(shí)時(shí)示波器單臺(tái)儀表可配置四個(gè)通道，每個(gè)通道都具有256GSa/s的采樣率和最高110GHz的模擬帶寬，采用10bit的ADC和獨(dú)特的射頻前端設(shè)計(jì)，保證了儀表具有極低的本底抖動(dòng)和本底噪聲，更好的還原被測(cè)信號(hào)的真實(shí)面目。

如果用戶直接測(cè)試相干光發(fā)射機(jī)輸出的光矢量信號(hào)，那么N4391B光調(diào)制分析儀（OMA）就是不二之選。N4391B包括了UXR實(shí)時(shí)示波器和光測(cè)試座兩個(gè)部分，繼承了UXR實(shí)時(shí)示波器的所有優(yōu)點(diǎn)；光測(cè)試座內(nèi)部包括了集成相干接收機(jī)和波長(zhǎng)可調(diào)的本振光源。光座分為70GHz和110GHz兩個(gè)版本，因此最高可支持220GBaud的光矢量信號(hào)的解調(diào)分析。

利用這樣一套先進(jìn)的測(cè)試系統(tǒng)，研究人員就能從容的將自己的想法付諸實(shí)踐。例如，在今年的OFC會(huì)議上，Keysight和麥吉爾大學(xué)成功完成了創(chuàng)紀(jì)錄的10 千米距離 1.2 Tbps 和 1.6 Tbps O波段相干傳輸演示。該演示系統(tǒng)由具有 80 GHz 帶寬的 M8199B 任意波形發(fā)生器、具有 100 GHz 帶寬的薄膜鈮酸鋰 I/Q 調(diào)制器和 110 GHz 256 GSa/s UXR 示波器組成。這一成果充分展示了數(shù)據(jù)中心可以使用 167 Gbaud 運(yùn)行的相干光纖傳輸系統(tǒng)，系統(tǒng)采用雙偏振、64 QAM調(diào)制方案，并將O波段的 DFB 激光器作為載波光源和本振光源，最終實(shí)現(xiàn)了 1.6 Tbps 速率傳輸信號(hào)。

敲黑板劃重點(diǎn)：

下面總結(jié)一下搭建O波段T比特相干光測(cè)試系統(tǒng)的重點(diǎn)注意事項(xiàng)：

1.

要求任意波形發(fā)生器能提供100G 波特以上的各種調(diào)制格式的IQ基帶信號(hào)，雙偏的話則需要4個(gè)通道。

2.

接收端測(cè)試需要59GHz 以上帶寬和256GSa/s采樣率的實(shí)時(shí)示波器進(jìn)行信號(hào)采集和分析。

3.

儀表自身需要具有極低的本底抖動(dòng)和本底噪聲，甚至要結(jié)合降噪算法才能完成準(zhǔn)確測(cè)試。

審核編輯：劉清