隨著物聯(lián)網(wǎng)、AR/VR、5G 等全新應用場景的不斷演進和落地，目前全球數(shù)據(jù)量增長迅速。據(jù)思科最新報告顯示，目前全球數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)量增速為 27%CAGR，預計到 2020 年將達到 15.3ZB。數(shù)據(jù)量的激增給網(wǎng)絡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準邁進。
圖 全球數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)增長
持續(xù)增長的帶寬需求與業(yè)界應對
目前 400Gb/s 的網(wǎng)絡傳輸技術(shù)已經(jīng)逐漸從幕后的技術(shù)研究走向了商用前臺，尤其是最近幾年發(fā)展更為迅速。從 400Gb /s 標準化進展來看，國內(nèi)標準化組織——中國通信標準化
協(xié)會(CCSA)、國際電信聯(lián)盟(ITU-T)、國際電氣電子工程師學會(IEEE)、光互聯(lián)論壇(OIF)等均得了明顯進展。現(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，相關標準組織的研究和討論也在推進中。400Gb /s 技術(shù)和標準最新進展進一步推動了 400Gb /s技術(shù)步入商用化的進程，如何合理部署 400Gb /s 成為業(yè)界關注的焦點。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)有設備來克服技術(shù)極限的關鍵.相干傳輸技術(shù)可用于 100G 和 400G 應用，因為它使得服務提供商能夠通過現(xiàn)有的光纖發(fā)送更多的數(shù)據(jù)，減少為帶寬擴展而進行網(wǎng)絡升級的成本和復雜性。當前用于相干光的定時解決方案在成本和尺寸方面還未達到最優(yōu)化，需要 VCSO、時鐘發(fā)生器和分立器件的多樣化組合。
圖 帶寬的增長與對應的支撐技術(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)需要克服遠距離上的信息傳輸問題，于是相干技術(shù)就成為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心互聯(lián)中相當重要的一個環(huán)節(jié)。據(jù)與 Microsemi 合作的 ClariPhy 亞太區(qū)高級總監(jiān)Andrew 介紹：“相干技術(shù)是業(yè)界一致公認的 100G 及以上傳輸?shù)氖走x，也是單光纖(L+C 波段)從 10Tbps 升級到 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。”不僅如此，相干技術(shù)也可以在 100G 和超 100G 上實現(xiàn)最低總體擁有成本，棄用傳統(tǒng)昂貴的色散補償模塊(DCM)，使用基于 CMOS 的 DSP 芯片對光纖噪聲損耗進行數(shù)字補償。利用相干技術(shù)能夠靈活地調(diào)整光纖長度，同時也能夠保障數(shù)據(jù)傳輸量可擴展到每波長 400G，即用更大的容量來降低每比特成本。
圖 當前光通信的主要標準及其參數(shù)
相干傳輸 簡介(coherent transmission)
在相干光通信中主要利用了相干調(diào)制和外差檢測技術(shù)。所謂相干調(diào)制，就是利用要傳輸?shù)男盘杹砀淖児廨d波的頻率、相位和振幅(而不象強度檢測那樣只是改變光的強度)，這就需要光信號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，就是利用一束本機振蕩產(chǎn)生的激光與輸入的信號光在光混頻器中進行混頻，得到與信號光的頻率、位相和振幅按相同規(guī)律變化的中頻信號。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)絡建設和運維帶來一系列好處，主要包括：
1. 簡化了傳輸線路上的光學色散補償和偏振解復用設計，線路設計更簡單;
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;
3. 消除了傳輸線路 DCF 光纖非線性效應的影響，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)長距傳輸能力;
4. 減小了線路傳輸時延，按照 1km 光纖 5us 的時延計算，消除 DCF 光纖所帶來的時延減少非常可觀，這對時延敏感的應用環(huán)境意義重大;
5. 保護恢復時間小于 50ms，(不同于 40G 系統(tǒng))100G 數(shù)字信號處理自適應色散補償算法收斂迅速，完全滿足電信級恢復時延要求。
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)運維的顯著優(yōu)勢上，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。超 100G 光傳輸將繼承 100G 光傳輸系統(tǒng)的設計思想，采用偏振復用、多級調(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速度的限制，采用數(shù)字相干接收提高接收機靈敏度和信道均衡能力。然而，超 100G 光傳輸由于非線性效應的限制，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，其傳輸距離可能遠低于目前 100G 系統(tǒng)。這決定了 100G速率在長距離光傳輸應用上會占據(jù)一個比較長的時間窗口，其大規(guī)模在網(wǎng)應用時間保守估計在 10 年以上。