隨著AI算力需求的爆發(fā)式增長，全球光通信傳輸正面臨著速率提升的壓力。速率800Gbps的技術(shù)已逐步商用，近期如英偉達(dá)、博通、Marvell、思科等眾多光通業(yè)內(nèi)公司先后發(fā)布了速率1.6Tbps的產(chǎn)品，同時(shí)各大公司也在積極投入研發(fā)，以實(shí)現(xiàn)更高的傳輸速率。

當(dāng)前，實(shí)現(xiàn)1.6Tbps速率的技術(shù)主要采用200Gbps/lane的方案，且未來有望進(jìn)一步提升。為了探索更高速率的實(shí)現(xiàn)路徑，我們可以從改進(jìn)調(diào)制方式、提升符號(hào)速率以及增加單根光纖中的波長或光纖數(shù)量這三個(gè)維度進(jìn)行思考和討論。

01，采用更高階的調(diào)制方式，提升每個(gè)符號(hào)的比特?cái)?shù)

在當(dāng)前的市場應(yīng)用中，PAM4的調(diào)制方式已經(jīng)成為普遍應(yīng)用的技術(shù)，將原來使用NRZ調(diào)制技術(shù)下的傳輸速率提高了一倍，目前在200Gbps/lane的傳輸速率下已經(jīng)發(fā)揮了巨大的作用，但是未來想要速率繼續(xù)提升，則需考慮采用更高階的調(diào)制方式，PAM6/PAM8 都是在探索中的可選方案，同時(shí)還有使用 QAM等更高階調(diào)制技術(shù)的可能性。

PAM6使用6電平，每個(gè)符號(hào)約為2.585比特，PAM8使用8電平，每個(gè)符號(hào)為3比特，在傳輸速率上和每個(gè)符號(hào)2比特的PAM4相比有提升，但同時(shí)因?yàn)椴煌娖介g的差異更小，因此需要更高的信噪比才能保證其可靠的傳輸和解調(diào)。對于不同的調(diào)制類型，典型的信噪比需求如下：

這對整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)提出了更高要求，不僅要對硬件進(jìn)行整體性能的提升，同時(shí)也要配合糾錯(cuò)算法來保證系統(tǒng)的運(yùn)行。

更高階的64QAM以及以上調(diào)制已在射頻傳輸中和對于成本/功耗不敏感的長距離骨干網(wǎng)絡(luò)相干光傳輸方向，短距離光通信系統(tǒng)中還有很多不確定因素和問題需要解決和提升。若要采用更高階調(diào)制方式的光通系統(tǒng)，其測試需要最大程度的降低自身的噪聲，避免系統(tǒng)噪聲的引入帶來不良影響。下圖是一個(gè)理想狀態(tài)下的PAM6的眼圖，可以想象如果測試儀表自身的噪聲控制不好，會(huì)對眼圖的開度造成什么樣的影響。

隨著傳輸速率的提升，對時(shí)鐘恢復(fù)單元取得同步時(shí)鐘信號(hào)提出了更高的要求，一旦同步時(shí)鐘偏移或失鎖，將無法得到出正確的眼圖。

02，提升符號(hào)速率

除了通過使用更高階的調(diào)制方式增加每個(gè)符號(hào)的數(shù)據(jù)承載力之外，更直接的提升整體傳輸速率的方式是提升符號(hào)速率。當(dāng)前的商用系統(tǒng)中，單lane的符號(hào)速率在100GBaud左右。在實(shí)際系統(tǒng)中，由于濾波器滾降（Roll-off）的影響，最小帶寬B通常為：

其中Rs是符號(hào)速率 ，α 是滾降因子（0到1之間），由此我們可以看出系統(tǒng)頻譜帶寬會(huì)隨著符號(hào)速率的增加而增加，因?yàn)楦蟮膸拰τ谄骷拖到y(tǒng)設(shè)計(jì)都有更高的要求。同時(shí)更高的符號(hào)速率意味著信號(hào)對色散和偏振模色散更加敏感，想要達(dá)成更高的速率需要對軟硬件做系統(tǒng)級(jí)的設(shè)計(jì)優(yōu)化，并與高階調(diào)制方式相配合，業(yè)內(nèi)頭部廠家預(yù)計(jì)在2025年會(huì)達(dá)到200GBaud的傳輸速率。

而對于測試而言，則需要測試儀表有相應(yīng)的大帶寬才能完成更高符號(hào)速率的測試，這對于儀表的硬件能力提出了更高的要求。

03，增加單根光纖中的波長或增加光纖數(shù)量

除采用更高階的調(diào)制方式，提升符號(hào)速率之外，通過采用波分復(fù)用技術(shù)以及多根并行光纖實(shí)現(xiàn)光通系統(tǒng)的總體傳輸速率提升也是一個(gè)方向。使用波分復(fù)用技術(shù)，其核心是在一條光纖中傳輸多個(gè)波長的載波，來實(shí)現(xiàn)傳輸速率的提升。根據(jù)波長間隔的不同，波分復(fù)用可分為粗波分復(fù)用（CWDM）和密集波分復(fù)用（DWDM）。

上表為CWDM和DWDM分別對應(yīng)的波長數(shù)量以及單波速率的理論值，目前商用產(chǎn)品在CWDM中一般多采用8波長，DWDM中一般采用40或80波長。

采用波分復(fù)用會(huì)加劇信道間串?dāng)_和非線性效應(yīng)，導(dǎo)致信號(hào)質(zhì)量下降。測試時(shí)需模擬多波長疊加的真實(shí)場景，對光源的波長穩(wěn)定性、光功率均衡性及接收端濾波器的隔離度提出更高要求。

在更高的單波傳輸速率下，因?yàn)橄鄳?yīng)符號(hào)速率的增加導(dǎo)致占用帶寬更寬，這對波分復(fù)用技術(shù)的采用增加了挑戰(zhàn)，于是在近距離數(shù)據(jù)傳輸中，可使用增加光纖數(shù)量的方式來增加整體系統(tǒng)的總傳輸速率，簡單理解就是，增加了獨(dú)立的物理傳輸通道。

根據(jù)香農(nóng)容量公式：

其中：C 為信道容量，單位為bpsB為帶寬，單位為HzS/N 為信噪比，單位為比值

在前文中我們已經(jīng)探討過了和帶寬B相關(guān)的符號(hào)速率以及波分復(fù)用技術(shù)，和信噪比相關(guān)的高階調(diào)制方式，但通過最簡單的方式，增加物理通道M，即可將香農(nóng)容量改變?yōu)椋?/p>

直接將系統(tǒng)容量成倍增加，在當(dāng)前的商用光通系統(tǒng)中，通常采用 8 或 16 根并行光纖，未來會(huì)增加到32根甚至更高。為適應(yīng)光纖數(shù)量的增加，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需考慮如何完成光信號(hào)的有效交換問題。

而在測試中，需要考慮多根并行光纖的同步問題，當(dāng)多根光纖同時(shí)傳輸高速信號(hào)時(shí)，確保信號(hào)的時(shí)鐘同步是測試的關(guān)鍵，測試系統(tǒng)需具備高精度的時(shí)間測量能力。同時(shí)在芯片或者硅光晶圓的測試中，也需要面對更多光通道的精確對準(zhǔn)問題，這不僅需要高精度的FAU，還要配合先進(jìn)的耦合算法，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)測試中的快速有效光學(xué)對準(zhǔn)。

光通信中的整體速率提升不是簡單的依賴某一種單一技術(shù)，而是將各種技術(shù)綜合運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)整體速率的提升，因此對于測試系統(tǒng)提出了更高的要求，聯(lián)訊儀器一直緊隨前沿技術(shù)的發(fā)展，與時(shí)俱進(jìn)，不斷精進(jìn)研發(fā)實(shí)力，旨為光通行業(yè)提供高可靠性、高性能和高效率的測試解決方案。

審核編輯 黃宇