相干下沉是最近幾年相干光通信的一個熱門發展趨勢。相干光信號采用偏振復用的矢量信號，能在有限的帶寬內傳輸更大的數據，所以可以用在數據中心之間互連的場景中，傳輸距離80-120km，比如常說的400ZR和800ZR。

然而如何將其應用在對功耗和成本更加敏感的數據中心內部互連場景中呢？幸運的是，隨著CMOS節點制程的進步，DSP的功耗可能有所改善。有研究表明，采用5nm制程工藝的800G相干DSP的功耗已經和PAM4方案的功耗比較接近了，如果未來采用3nm工藝，功耗可能又會下降30%，當然大規模量產的話成本也會進一步下降的。

此外，現在的數據中心內部光信號傳輸的波長都是O波段，而傳統的相干光通信是C波段，如何解決這一問題？C波段最大的好處是光纖功率損耗最小，所以非常適合長距離的光纖傳輸；但同時C波段的光纖色散是比較大的，需要用DSP進行色散和各種損傷的補償。而在O波段，雖然光纖功率損耗變大了，但好在傳輸距離并不遠，功率衰減不多，所以也不需要光放大器；而且，在O波段，光纖的色散是最小的，這樣的話就不需要DSP來補償色散了，DSP的功能可以進一步簡化，隨之其成本和功耗也可能進一步降低。

因此，基于O波段的相干光通信是可行的，也是有一定應用場景的。

俗話說，工欲善其事必先利其器。

越是前沿研究，難度越大，越需要高精尖的測試裝備。面對T比特級別的相干光測試，工程師面臨3個挑戰。

要求提供100G 波特以上的各種調制格式的IQ基帶信號（雙偏的話則需要4個通道），而且為了驅動調制器往往需要較高的信號幅度；

同時在接收端，也需要足夠高帶寬和采樣率的示波器進行信號的捕捉和分析；

儀表自身需要具有極低的本底抖動和本底噪聲，才能更加真實的測出被測件的性能。

這些都不是容易辦到的事情。

Keysight公司可以為大家提供完整的超高速T比特相干光通信測量解決方案，如下圖一。最左邊的M8199B可為相干光通信系統提供基帶信號，中間的UXR實時示波器和最右邊的N4391B光調制分析儀（OMA）可為相干光通信系統中的電信號或者光信號進行解調分析。

M8199B 任意波形發生器，基于AXIe機框平臺的模塊化架構，其四個通道可為相干發射機提供IQ基帶信號，每個通道都可以達到256GSa/s的采樣率，模擬帶寬可高達80GHz，產生160GBaud甚至更高符號率的復雜矢量信號。圖二展示了M8199B產生的180GBaud 16QAM信號和160GBaud 64QAM信號，都具有非常高的信號質量。

M8199B另一大特點是，通過其內置放大器的優化，使得儀表端口信號輸出幅度大大提升，具備直接驅動光調制器的能力，其最大的差分信號輸出幅度達到了5Vpp（400MHz），在128GBaud時差分輸出幅度可達2.6Vpp，在160GBaud時也仍然可達2.2Vpp。

圖二 M8199B調制信號示例

如果用戶采用自己的相干接收機（ICR），那么ICR輸出的電信號就可以由實時示波器進行數據采集和解調分析。UXR實時示波器單臺儀表可配置四個通道，每個通道都具有256GSa/s的采樣率和最高110GHz的模擬帶寬，采用10bit的ADC和獨特的射頻前端設計，保證了儀表具有極低的本底抖動和本底噪聲，更好的還原被測信號的真實面目。

如果用戶直接測試相干光發射機輸出的光矢量信號，那么N4391B光調制分析儀（OMA）就是不二之選。N4391B包括了UXR實時示波器和光測試座兩個部分，繼承了UXR實時示波器的所有優點；光測試座內部包括了集成相干接收機和波長可調的本振光源。光座分為70GHz和110GHz兩個版本，因此最高可支持220GBaud的光矢量信號的解調分析。

利用這樣一套先進的測試系統，研究人員就能從容的將自己的想法付諸實踐。例如，在今年的OFC會議上，Keysight和麥吉爾大學成功完成了創紀錄的10 千米距離 1.2 Tbps 和 1.6 Tbps O波段相干傳輸演示。該演示系統由具有 80 GHz 帶寬的 M8199B 任意波形發生器、具有 100 GHz 帶寬的薄膜鈮酸鋰 I/Q 調制器和 110 GHz 256 GSa/s UXR 示波器組成。這一成果充分展示了數據中心可以使用 167 Gbaud 運行的相干光纖傳輸系統，系統采用雙偏振、64 QAM調制方案，并將O波段的 DFB 激光器作為載波光源和本振光源，最終實現了 1.6 Tbps 速率傳輸信號。

敲黑板劃重點：

下面總結一下搭建O波段T比特相干光測試系統的重點注意事項：

1.

要求任意波形發生器能提供100G 波特以上的各種調制格式的IQ基帶信號，雙偏的話則需要4個通道。

2.

接收端測試需要59GHz 以上帶寬和256GSa/s采樣率的實時示波器進行信號采集和分析。

3.

儀表自身需要具有極低的本底抖動和本底噪聲，甚至要結合降噪算法才能完成準確測試。

審核編輯：劉清