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的技術已逐步商用，近期如英偉達、博通、Marvell、思科等眾多光通業(yè)內公司先后發(fā)布了速率1.6Tbps的產品，同時各大公司也在積極投入研發(fā)，以實現更高的傳輸速率。

當前，實現1.6Tbps速率的技術主要采用200Gbps/lane的方案，且未來有望進一步提升。為了探索更高速率的實現路徑，我們可以從改進調制方式、提升符號速率以及增加單根光纖中的波長或光纖數量這三個維度進行思考和討論。

01，采用更高階的調制方式，提升每個符號的比特數

在當前的市場應用中，PAM4的調制方式已經成為普遍應用的技術，將原來使用NRZ調制技術下的傳輸速率提高了一倍，目前在200Gbps/lane的傳輸速率下已經發(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制方式，PAM6/PAM8 都是在探索中的可選方案，同時還有使用 QAM等更高階調制技術的可能性。

PAM6使用6電平，每個符號約為2.585比特，PAM8使用8電平，每個符號為3比特，在傳輸速率上和每個符號2比特的PAM4相比有提升，但同時因為不同電平間的差異更小，因此需要更高的信噪比才能保證其可靠的傳輸和解調。對于不同的調制類型，典型的信噪比需求如下：

這對整體系統(tǒng)設計提出了更高要求，不僅要對硬件進行整體性能的提升，同時也要配合糾錯算法來保證系統(tǒng)的運行。

更高階的64QAM以及以上調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絡相干光傳輸方向，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，對時鐘恢復單元取得同步時鐘信號提出了更高的要求，一旦同步時鐘偏移或失鎖，將無法得到出正確的眼圖。

02，提升符號速率

除了通過使用更高階的調制方式增加每個符號的數據承載力之外，更直接的提升整體傳輸速率的方式是提升符號速率。當前的商用系統(tǒng)中，單lane的符號速率在100GBaud左右。在實際系統(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)頻譜帶寬會隨著符號速率的增加而增加，因為更大的帶寬對于器件和系統(tǒng)設計都有更高的要求。同時更高的符號速率意味著信號對色散和偏振模色散更加敏感，想要達成更高的速率需要對軟硬件做系統(tǒng)級的設計優(yōu)化，并與高階調制方式相配合，業(yè)內頭部廠家預計在2025年會達到200GBaud的傳輸速率。

而對于測試而言，則需要測試儀表有相應的大帶寬才能完成更高符號速率的測試，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量

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

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

采用波分復用會加劇信道間串擾和非線性效應，導致信號質量下降。測試時需模擬多波長疊加的真實場景，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，因為相應符號速率的增加導致占用帶寬更寬，這對波分復用技術的采用增加了挑戰(zhàn)，于是在近距離數據傳輸中，可使用增加光纖數量的方式來增加整體系統(tǒng)的總傳輸速率，簡單理解就是，增加了獨立的物理傳輸通道。

根據香農容量公式：

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

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

直接將系統(tǒng)容量成倍增加，在當前的商用光通系統(tǒng)中，通常采用 8 或 16 根并行光纖，未來會增加到32根甚至更高。為適應光纖數量的增加，在系統(tǒng)設計中需考慮如何完成光信號的有效交換問題。

而在測試中，需要考慮多根并行光纖的同步問題，當多根光纖同時傳輸高速信號時，確保信號的時鐘同步是測試的關鍵，測試系統(tǒng)需具備高精度的時間測量能力。同時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問題，這不僅需要高精度的FAU，還要配合先進的耦合算法，實現生產測試中的快速有效光學對準。

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，而是將各種技術綜合運用，實現整體速率的提升，因此對于測試系統(tǒng)提出了更高的要求，聯訊儀器一直緊隨前沿技術的發(fā)展，與時俱進，不斷精進研發(fā)實力，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