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相幹光技術
相幹光技術的研究最早起源於1980s，對比傳統的IM-DD係統（強度調製-直接檢測），相幹光通信具有靈敏度高中繼距離長、選擇性好通信容量大以及調製方式靈活等優點。在互聯網數據中心中，技術重點投入方向越來越從DCN轉向DCI發展，而國家“東數西算”戰略的推行，也代表數據中心長距離互聯網絡愈加重要。因此，相幹光技術是這個過程中的關鍵一環。
調製技術
光通信的過程其實就是對信號的調製與解調，為了讓大家對相幹光通信有一個更清晰的認知，我們介紹兩種相位相關的調製方式：
PSK調製
PSK又稱“相移鍵控”，通過改變載波的相位值從而傳輸不同數字信號的碼流，PSK調製在光通信中是被廣泛使用的一種技術。
根據兩個不同載波的相位關係，PSK又分為BPSK（反相）和QPSK（正交），一個符號分別可以代表1bit和2bit數據。
QAM調製
除了上述調製方式外，光通信中還會經常用到QAM（正交振幅）調製，即同時使用載波的相位和幅度來傳輸數據。象限中一共有m個點位，那對應就是mQAM調製，m=2ⁿ，也就代表了在mQAM調製中，一個載波符號傳輸n bit數據，這也就是常說的星座圖的概念。
這些調製手段中，實際業務場景往往會附加一些其他技術去增加單波道的承載能力、降低信號波特率等等。比如常見的PDM（偏振複用）技術，就是將一個光信號分成兩個偏振方向分別進行調製，從而傳輸2倍的數據。
在PSK調製和QAM調製中都利用到了載波的相位傳遞信息，此時在接收端就需要相幹解調。
相幹解調
相幹是光學中的一種現象：強處恒強，弱處恒弱，所謂相幹光則是指與本光源頻率相同（這裏以零差檢測為例）、相位差恒定、疊加處質點振動方向相同的光波。
相幹光通信的大致過程如下：
原始電信號在發送端進行調製，經光纖傳輸後於接收端進行相幹解調，最終在接收端得到原始的電信號，這裏邊存在許多關鍵的器件，比如數字信號處理器（DSP）發揮了巨大作用，後邊我們也會介紹到。整個過程中信號變化如下：
通過以上這些信息，想必大家對相幹光通信有了一個基礎的認知，相幹傳輸的誕生改變了光傳輸網絡的發展，其引入的電子數字信號處理器（DSP）成為增加城域和長途WDM網絡容量的關鍵推動因素，相幹光技術可以說是長距離大容量光傳輸的基本。
400G ZR
正如開篇所講，相幹光技術並非一門新技術，其經曆了長時間的技術積累。最早的相幹光收發係統集成於通信設備線卡中，但是隨著技術的進一步成熟、精密器件把控能力加強以及光通信帶寬需求不斷增大，可插拔相幹光模塊的研究逐漸被提上日程。在互聯網行業尤其如此，基於同一套設備係統，可插拔光模塊可以滿足不同的業務需求，可以說可插拔光模塊一直是伴隨互聯網數據中心發展的很重要一環。可插拔相幹光模塊在100G/200G速率就已經規模化，但真正迎來蓬勃發展是在400G速率。
400G ZR
OIF（光互聯網絡論壇）推出了麵向城域網互聯場景的 400G ZR DCO行業標準，越來越多的設備廠商和光模塊廠商開始擁抱該標準並實現異構互聯互通。
OIF 400G ZR規範采用密集波分複用（DWDM）和DP-16QAM結合的方案，可以在80~120km（純裸纖到40km，光放加成可以到120km）的數據中心互連鏈路上傳輸400G。在該標準中有三種適用的MSA封裝標準，分別是：QSFP-DD、OSFP以及CFP2，在互聯網數據中心裏，最為常用的是QSFP-DD封裝標準。
需要注意的是，OIF 400G ZR定義了DCO（數字相幹光）模塊，在此之前還存在ACO（模擬相幹光）模塊，兩者主要區別如下：
從圖中不難看出，DCO模塊與ACO模塊最核心的區別在於，DCO將DSP芯片直接集成在光器件上，模塊與主機係統之間采用數字通信方式，這樣做的好處是可以實現異構交換機/路由器廠商通信。利用ACO模塊，曾經也湧現了大批量的“比薩盒”DWDM通信係統，大家感興趣的可以自行查閱。
數字信號處理器（DSP）
我們通篇都在談論DSP這個詞彙，DSP芯片作為DCO模塊中的一部分，可謂重中之重，DSP又是如何誕生的呢？通俗易懂得說，由於光信號在長距離傳輸時很容易產生失真，導致接收端無法準確還原數據，但是數字信號對比光信號更容易做處理，去對抗和補償失真從而降低失真對係統誤碼率的影響。可以說，DSP的出現開創了光通信的數字時代，DSP是相幹光通信的重要支撐。
我們先通過一張圖來看下DSP在DCO模塊中的作用：
如圖所示，棕紅色背景的功能模塊均是DSP芯片所承載的，我們總結下DSP的一些核心功能：
IQ正交：補償因調製器、混頻器造成的IQ欠正交
時鍾恢複：補償采樣誤差
色散補償
偏振均衡：補償偏正相關損傷、偏振解複用
頻率估計：發送端與接收端載波頻率頻移估計與補償
相位估計：載波相位噪聲估計與補償
判決輸出：軟/硬判決、信道解碼、信源解碼、誤碼率估計
正是因為DSP承載了太多功能，因此最初的DSP也麵臨體積較大和功耗過高等問題，所以圍繞DSP芯片的工藝進步也在不斷探索：
當前階段DSP大多為7nm製程，DCO模塊主要封裝形式為QSFP-DD、OSFP、CFP2，速率為400G/200G
而2022-2025階段，將會推出5nm製程的DSP，屆時其瞄準的目標速率將是1.6T/800G
看到這，想必大家對相幹光、400G ZR以及DCO模塊構造有了一個大致的認知。在互聯網行業，400G DCO將是相幹光大規模應用的典型場景，在400G領域占據頭把交椅的BOB登陆 ，自然會積極推動相幹光建設。事實上，在400G ZR誕生之初BOB登陆 便與業界頭部DCO廠商進行聯合測試，並推出了IPoverDWDM解決方案：
該方案在BOB登陆 交換機12500R上直接插入400G ZR/OpenZR+ QSFP-DD相幹光模塊，通過光層傳輸，實現DCI的IPoverDWDM傳輸。該解決方案的推出，有助於降低數據中心互聯的網絡複雜性，增加傳輸係統的可靠性，實現大容量傳輸，降低係統功耗和成本。
BOB登陆 在相幹光領域提前布局進行一係列開發優化，並取得了顯著成果。本文的上半篇到這就結束了，下半篇我們將繼續學習OpenZR+以及BOB登陆 在相幹光領域的成果，敬請期待！
