淺談高速相干光通信

  定義

  相干光通信，英文全稱(chēng)叫做Coherent Optical Communication，是光纖通信領(lǐng)域的一項(xiàng)技術(shù)，主要是發(fā)送端使用相干調(diào)制技術(shù)，接收端使用外差檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行信息傳輸;光的相干，是指兩個(gè)光波在傳輸過(guò)程中，波長(zhǎng)相同、振動(dòng)方向相同以及相位差恒定。

  相比于傳統(tǒng)的非相干光通信，相干光通信具有傳輸距離更遠(yuǎn)、傳輸容量更大和接收靈敏度更高的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，因此廣受行業(yè)各界的關(guān)注。

  發(fā)展歷程

  上個(gè)世紀(jì)八十年代，英美日等國(guó)家對(duì)相干技術(shù)進(jìn)行了大量研究，AT&T公司和Bell實(shí)驗(yàn)室，于1989和1990年在賓夕法尼亞州相距35公里的兩個(gè)站點(diǎn)之間，先后進(jìn)行了1.3μm和1.55μm波長(zhǎng)的1.7G信號(hào)無(wú)中繼相干傳輸實(shí)驗(yàn)。進(jìn)入1990年代，人們發(fā)現(xiàn)DWDM+EDFA技術(shù)組合，能夠更簡(jiǎn)單、更有效地解決光通信的擴(kuò)容和長(zhǎng)距傳輸問(wèn)題，因此相干傳輸技術(shù)的發(fā)展暫時(shí)遇冷。

  到了2008年左右，隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量爆發(fā)式增長(zhǎng)，骨干網(wǎng)(>1000公里)和城域網(wǎng)(100～1000公里)面臨的升級(jí)擴(kuò)容壓力陡增，而此時(shí)DWDM+EDFA技術(shù)已經(jīng)趨于極致，發(fā)展?jié)摿υ絹?lái)越小。另一方面，隨著DSP和光器件技術(shù)的成熟，基于這些技術(shù)的相干光通信，正適合接力DWDM+EDFA技術(shù)，打破長(zhǎng)距離大帶寬光纖通信的技術(shù)瓶頸，因此相干光通信迎來(lái)第二次發(fā)展契機(jī)。

  數(shù)據(jù)流量的爆發(fā)也促進(jìn)了數(shù)據(jù)中心的大規(guī)模建設(shè)，繼而云計(jì)算的發(fā)展改變了數(shù)據(jù)中心的IT基礎(chǔ)架構(gòu)，使得分布式數(shù)據(jù)中心成為主流。分布式數(shù)據(jù)中心需要相互通信，以便共享數(shù)據(jù)、平衡負(fù)載、提供備份并在需要時(shí)擴(kuò)展容量。分布式數(shù)據(jù)中心因其大帶寬、長(zhǎng)距離光互連需求(80～120km)，亟需相干傳輸技術(shù)的支撐。

  綜上，骨干網(wǎng)和城域網(wǎng)的升級(jí)擴(kuò)容，以及數(shù)據(jù)中心的光互連，均亟需相干光傳輸技術(shù)的支撐。

  優(yōu)勢(shì)及應(yīng)用

  相干光通信的主要的優(yōu)點(diǎn)包括：

  1) 靈敏度高，中繼距離長(zhǎng)

  2) 選擇性好，通信容量大

  3) 具有多種調(diào)制方式

  高速相干光通信屬于世界最領(lǐng)先的光傳輸技術(shù)，目前僅掌握在為數(shù)不多的大型企業(yè)手中，國(guó)外主要有美國(guó)的II-VI、NeoPhotonics、Ciena等公司。我國(guó)相關(guān)產(chǎn)業(yè)起步稍晚，目前已經(jīng)形成以蘇州、成都、青島、武漢為中心的產(chǎn)業(yè)群。

  同時(shí)，在這短短的二十年中，在光器件方面取得了很大的進(jìn)步，其中激光器的輸出功率，線(xiàn)寬，穩(wěn)定性和噪聲，以及光電探測(cè)器的帶寬，功率容量和共模抑制比都得到了很大的改善，微波電子器件的性能也大幅提高。這些進(jìn)步使得相干光通信系統(tǒng)商用化變?yōu)榭赡堋?

  【為什么要發(fā)展高速相干光通信】

  隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，以及東數(shù)西算的國(guó)家戰(zhàn)略實(shí)現(xiàn)，云運(yùn)營(yíng)商以及電信運(yùn)營(yíng)商的對(duì)光纖收發(fā)模塊的需求持續(xù)高速增長(zhǎng)，并對(duì)光模塊的傳輸帶寬和距離不斷提出更高要求。傳統(tǒng)的光模塊無(wú)法同時(shí)滿(mǎn)足大帶寬(超100G)以及遠(yuǎn)距離(超80公里)的傳輸需求，而相干光模塊正好彌補(bǔ)了這一空缺。

  相干光傳輸技術(shù)將會(huì)極大地改變當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和超遠(yuǎn)距離傳輸能力，極大限度地降低系統(tǒng)設(shè)備的復(fù)雜性。相干光傳輸產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，會(huì)帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈上游集成光發(fā)射器ICT、集成光接收器ICR、高速柔性PCB板等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為下游光通信設(shè)備商和互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)(數(shù)據(jù)中心光互連)提供本土供應(yīng)商選項(xiàng)。

  飛宇在傳統(tǒng)WDM光模塊領(lǐng)域已經(jīng)非常成熟穩(wěn)定，已完成了10G SFP+、100G QSFP28光模塊量產(chǎn)及系統(tǒng)應(yīng)用，在此研發(fā)和生產(chǎn)基礎(chǔ)上，飛宇加大對(duì)相干光傳輸技術(shù)及相關(guān)設(shè)備的投入，為研發(fā)高速相干光模塊打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。同時(shí)，高速相干光通信可帶動(dòng)上游的相干光器件、下游的WDM設(shè)備發(fā)展，可降低核心網(wǎng)成本，幫助客戶(hù)端核心網(wǎng)結(jié)構(gòu)升級(jí)，為東數(shù)西算國(guó)家戰(zhàn)略提供相應(yīng)的承載。