【秒懂承载】热点技术名词——“相干光模块”

今日和文档君一起学习技术名词：相干光模块（Coherent Optical Module）——确保信号在光纤网络中高效、远距离传输。

Q：什么是相干光模块？

A：光模块作为光纤通信系统中的关键组件，其核心作用是实现电、光信号的转换，通过这种方式解决传统电缆通信信号衰减及干扰问题，确保信号在光纤网络中高效、远距离传输。

相干光模块则是一种利用相干光（光学中具有相同频率和固定相位关系的光波）原理进行信号传输和处理的光模块，支持复杂的调制解调和信号处理功能，具备较高的信噪比和抗干扰能力，适用于长距离、大容量光通信系统。

相干光模块在光通信、光传感和光学测量等领域广泛应用，本文重点聚焦光通信领域。

Q：为什么需要相干光模块？

A：互联网和数据中心的爆发，网络流量迅猛增长，光网络压力陡增，传统非相干光模块由于带宽低、调制方式简单，已无法满足高速率、长距离、高密度传输的需求。

随着数字信号处理、光器件制造等关键技术的不断成熟，相干光模块能够支持更高的传输速率和更远的传输距离，具有卓越的性能和广泛的应用潜力。

支持高达数百Gbps甚至Tbps级别的数据传输速率，满足通信网络对高带宽的需求；支持复杂的调制技术（如QPSK），克服信号在光纤传输中的色散和衰减问题，实现稳定、可靠的长距离传输；同时，可结合不同的网络需求和环境选择合适的调制方式，提供灵活的解决方案。

Q：相干光模块都包括什么？

A：相干光模块的结构如图所示，主要由光组件和DSP组件组成。

一、光组件

主要包括：可调谐激光器ITLA、相干驱动调制器CDM和集成相干接收机ICR等组件，后两者也可集成为一体化的相干光收发器ICRM；相干高速光学器件具备宽谱、低损耗、高速、高功率等特性，确保相干光信号的收发效果。

可调谐激光器：通常使用激光器作为光源，以产生高强度、单色、相干的激光光束，用于发射光信号。

相干驱动调制器：对光信号进行调制，通过改变光信号的某些特性（如幅度、相位或频率）来传输信息。常见的调制方式包括幅度调制、相位调制、偏振+相位调制、偏振+相位+幅度调制等，常见的相干调制技术包括QPSK（四相位偏移键控）、16QAM（16进制相干振幅调制）等，具体参见【秒懂承载】热点技术名词——“高阶调制”。

集成相干接收机：对接收到的光信号进行解调，恢复出原始信息并对其进行处理和放大，解调的方法通常与调制的方法相对应。

二、DSP组件

主要由模拟IP(SERDES，AD/DA)和数字IP(相干算法、前向纠错FEC、数字相干调制解调)组成，完成高速数字信号处理（涉及到高速信号编码、解码、时钟恢复等，以确保高速数据传输的可靠性和精确性），去除色散、噪声、非线性等干扰因素，还原发端信号。

除上述核心器件外，相干光模块还涉及其他控制电路，配合先进的封装、散热设计等，共同组成相干光模块。正是这些核心技术的不断创新和提升，实现了更高速率的光通信。

光模块内部常见名词解释：

Q：相干光模块经历了怎样的演进过程？

A：

一、按光模块速率划分

自2011年首个MSA（Multi-Source Agreement）标准接口100G光模块发布，OTN相干模块至今已发展了四代，具体如下：

注：早期的96GBd模块为固定模块，仅个别厂家测试应用；后续96Gbd可插拔模块应用场景预计更多，将主要采用400G PS-16QAM调制方式。

二：按光模块形态划分

分为固定(MSA)光模块和可插拔光模块两种：

固定光模块（MSA）：安装在设备的内部，不支持插拔操作，功耗和体积都高于可插拔模块。

可插拔光模块：功耗低、适配灵活、部署便捷，市场规模更大。按封装方式又可分为CFP（Centum Form-factor Pluggable）、CFP2、CFP4、QSFP（Quad Small Form-factor Pluggable）、OSFP（Octal Small Form-factor Pluggable）等。

目前，相干光模块正处于800G/1.2T时代，下一步将向1.6T演进。中兴通讯于2023年全球首发800G OTN可插拔方案，相比固定模块，该模块体积缩小60%，单板端口密度提升1倍，Gbit功耗降低68%，同时运维更加便捷。

Q：相干光模块 vs 非相干光模块

A：相干光模块和非相干光模块在光学特性、集成度、部署便捷性和应用场景等方面存在差异。

光调制解调技术

光调制解调技术的应用是相干光模块与非相干光模块最核心的区别，简单示意如下图。

说明：

非相干光模块：对信号幅度和相位采用直接调制和直接检测；

相干光模块：利用外部可调谐激光器对信号进行相干调制和解调，降低接收机对OSNR的要求，有效延长信号的传输距离。

集成度：相干光模块采用光子集成电路、硅光、高集成封装、先进制造工艺和集成驱动电路等技术，具有更高的集成度。

便捷性：相干光模块采用DSP方式补偿光纤中的传输损伤，如色度色散(CD，ChromaticDispersion)、偏振模色散(PMD，Polarization Mode Dispersion)和非线性损伤等，无需额外配置DCM模块，网络设计和部署更加便捷。

应用场景：非相干光模块多应用于2.5G、10G、40G速率通信场景；而相干光模块多应用于100G、超100G速率通信场景。

Q：相干光模块应用场景和业界应用进展

A：随着OTN网络高速传输需求的不断增加及光模块产业链的成熟，相干光模块在长途骨干、城域、接入、DCI网络中广泛应用。当前，100G、200G和400G速率相干光模块已大规模部署应用，目前业界各厂家正在积极探索和推进400G+光模块应用实践。

800G相干光模块（可插拔）：2023年中兴业界首发800G可插拔光模块并配合运营商验证800G传输能力，华为、烽火和NOKIA也于2024年发布该系列模块，Ciena预计2025年发布。

1.2T相干光模块：固定模块方面，中兴、华为、烽火、NOKIA等厂家均支持，应用部署主要为400G QPSK调制方式。可插拔模块方面，业界暂无明确规划。

1.6T相干光模块：固定模块方面，Ciena预计今年发布，其他厂家紧随其后（中兴、华为预计2025，NOKIA预计2026）。可插拔模块方面，业界预期最早或于2025年后发布。