隨著物聯網、AR/VR、5G 等全新應用場景的不斷演進和落地，目前全球數據量增長迅速。據思科最新報告顯示，目前全球數據中心的數據量增速為 27%CAGR，預計到 2020 年將達到 15.3ZB。數據量的激增給網絡傳輸帶來了更高的要求，目前 100Gb/s 的技術已經成熟并且實現規模商用部署，而這還是不夠的。技術廠商正在向更高傳輸速率標準邁進。
圖 全球數據中心數據增長
持續增長的帶寬需求與業界應對
目前 400Gb/s 的網絡傳輸技術已經逐漸從幕后的技術研究走向了商用前臺，尤其是最近幾年發展更為迅速。從 400Gb /s 標準化進展來看，國內標準化組織——中國通信標準化
協會(CCSA)、國際電信聯盟(ITU-T)、國際電氣電子工程師學會(IEEE)、光互聯論壇(OIF)等均得了明顯進展。現階段從全球范圍內來看，100G 以太網速率已經在數據中心有大量的應用，400G 速率作為下一代速率在產業內已經開始廣泛的研究，相關標準組織的研究和討論也在推進中。400Gb /s 技術和標準最新進展進一步推動了 400Gb /s技術步入商用化的進程，如何合理部署 400Gb /s 成為業界關注的焦點。由于物理極限,在 100Gb/s 以及更高速度的系統中,相干傳輸技術逐漸成為利用現有設備來克服技術極限的關鍵.相干傳輸技術可用于 100G 和 400G 應用，因為它使得服務提供商能夠通過現有的光纖發送更多的數據，減少為帶寬擴展而進行網絡升級的成本和復雜性。當前用于相干光的定時解決方案在成本和尺寸方面還未達到最優化，需要 VCSO、時鐘發生器和分立器件的多樣化組合。
圖 帶寬的增長與對應的支撐技術
眾所周知，隨著傳輸距離和數據容量的加大，在光傳輸過程中的損耗也就越大，數據中心互聯需要克服遠距離上的信息傳輸問題，于是相干技術就成為了實現數據中心互聯中相當重要的一個環節。據與 Microsemi 合作的 ClariPhy 亞太區高級總監Andrew 介紹：“相干技術是業界一致公認的 100G 及以上傳輸的首選，也是單光纖(L+C 波段)從 10Tbps 升級到 70Tbps 的唯一選擇。將相干技術用于數據中心互聯能夠極大地降低每比特光傳輸中損耗，從而提高數據傳輸效率。”不僅如此，相干技術也可以在 100G 和超 100G 上實現最低總體擁有成本，棄用傳統昂貴的色散補償模塊(DCM)，使用基于 CMOS 的 DSP 芯片對光纖噪聲損耗進行數字補償。利用相干技術能夠靈活地調整光纖長度，同時也能夠保障數據傳輸量可擴展到每波長 400G，即用更大的容量來降低每比特成本。
圖 當前光通信的主要標準及其參數
相干傳輸 簡介(coherent transmission)
在相干光通信中主要利用了相干調制和外差檢測技術。所謂相干調制，就是利用要傳輸的信號來改變光載波的頻率、相位和振幅(而不象強度檢測那樣只是改變光的強度)，這就需要光信號有確定的頻率和相位(而不象自然光那樣沒有確定的頻率和相位)，即應是相干光。
圖 電磁波的極化
激光就是一種相干光。所謂外差檢測，就是利用一束本機振蕩產生的激光與輸入的信號光在光混頻器中進行混頻，得到與信號光的頻率、位相和振幅按相同規律變化的中頻信號。數字相干接收技術使得光傳輸系統具有足夠的色散容限和偏振模容限，無需考慮線路傳輸上的色度色散和偏振模色散的影響，這給網絡建設和運維帶來一系列好處，主要包括：
1. 簡化了傳輸線路上的光學色散補償和偏振解復用設計，線路設計更簡單;
2. 消除了低 PMD 光纖的依賴，適用于各種規格的傳輸光纖，方便光纖線路速率升級;
3. 消除了傳輸線路 DCF 光纖非線性效應的影響，減少了線路放大器的數量和ASE 噪聲的影響，降低了線路成本，提升了系統長距傳輸能力;
4. 減小了線路傳輸時延，按照 1km 光纖 5us 的時延計算，消除 DCF 光纖所帶來的時延減少非常可觀，這對時延敏感的應用環境意義重大;
5. 保護恢復時間小于 50ms，(不同于 40G 系統)100G 數字信號處理自適應色散補償算法收斂迅速，完全滿足電信級恢復時延要求。
基于數字相干接收 PM-QPSK 調制的 100G 光傳輸技術在長距離光傳輸技術史上具有里程碑意義，這不僅僅體現在 100G 光傳輸性能的巨大提升和建網運維的顯著優勢上，更是由于其為后續超 100G 傳輸技術的發展奠定了基礎。超 100G 光傳輸將繼承 100G 光傳輸系統的設計思想，采用偏振復用、多級調制提高頻譜效率，采用 OFDM 技術規避目前光電子器件帶寬和開關速度的限制，采用數字相干接收提高接收機靈敏度和信道均衡能力。然而，超 100G 光傳輸由于非線性效應的限制，傳輸距離和頻譜效率之間的矛盾非常顯著，選擇更高級別的 QAM 調制提高頻譜效率和傳輸速率，其傳輸距離可能遠低于目前 100G 系統。這決定了 100G速率在長距離光傳輸應用上會占據一個比較長的時間窗口，其大規模在網應用時間保守估計在 10 年以上。