易飞扬在2018年完成了100G CFP DCO相干模块的研发，成功解决了线路侧80km以上的应用难题，这是易飞扬在城域网解决方案上迈出的重要一步。当前业内能够设计相干模块的企业并不多，本文主要以相干模块为背景，简要介绍其中的DSP部分的作用以及应用前景。
相干技术的历史和应用
在遥远的上世纪80年代，研究超快光通信的科学家们开始研究相干光通信。相干传输的优势很明显：灵敏度高（传得远），带宽大。但是在之后的90年代，掺铒光纤放大器（EDFA）和WDM（波分复用）等技术闪亮登场，分别取代了相干传输原有的优势。相干技术从此被打入了冷宫。
但是相干技术并没有就此被埋没，在当前的城域网光互连系统中，大规模铺设的DWDM系统正逐渐耗尽其波长优势，通过压缩光脉冲提升时分复用（TDM）系统的效率也有很大的技术瓶颈。怎么办呢？小弟们不行了，看来还是得靠老大哥啊。So，相干光通信系统又再次重出江湖。
光传输技术演进历史
比如易飞扬（Gigalight）的100G CFP DCO光模块就是在新的历史机遇下的研究成果。100G相干光模块属于100G DWDM长距离传输的技术研究领域，主要用于100G波分复用系统线路侧光传输，相比于其它各种形式的线路侧光模块，具有良好的OSNR性能、灵敏度、色散容限、DGD容限，因此成为业界的普遍选择。
相干模块主要应用于线路侧
DSP的主要作用
相干传输系统的关键技术主要包括DP-QPSK、相干检测和DSP高速数字处理等。除了DSP环节，大都是采用商用器件；如果不是采购特别差的器件产品，各家的性能都差不多。影响最终性能的就在DSP环节，各厂家采用了不同的专利算法。
DSP就是高速数字处理芯片，主要作用是色散补偿，去除噪声、非线性等干扰因素，提供数字时钟恢复，还原从发端发出的100G信号。
1、支持高阶调制格式以提高频谱效率；
2、解决器件及信道传输效应；
3、处理信噪比问题。
DSP处理数据的过程(来自Gigalight内部资料）
DSP在客户侧和线路侧都有相关处理，其内部带有Framer，可以按照G.709协议进行解帧和成帧处理。
DSP的结构组成
那DSP的具体结构又是什么呢？光通信领域的DSP一般由几个部分组成：前端模拟数字混合部分包括ADC（数模转换器）、DAC（模数转换器）以及Serdes，数字信号处理部分主要包括FEC和PHY部分。
1、模拟数字混合部分
ADC和DAC的主要功能是在模拟信号与数字信号之间进行转换，是调制器件与数字信号处理部分的桥梁。ADC和DAC主要由四个关键指标：采样率、采样有效位宽、模拟带宽以及功耗，其中模拟带宽是面临的主要技术挑战，并且在使用DSP的条件下，一般系统的带宽限制不再是光器件，而是ADC和DAC。
2、数字信号处理单元
在数据中心内部应用，数字信号处理单元相对简单。比如对于100G PAM4应用，在发端主要完成对发送信号的频谱压缩、非线性补偿、FEC编码等，在收端ADC之后对信号使用自适应滤波器对信号进行补偿。在数字信号处理单元中一般会使用FIR滤波器对信号进行补偿，FIR滤波器的Tap数与判决函数的设计直接决定了补偿DSP的性能和功耗。
易飞扬的100G CFP-DCO相干模块（来自Gigalight产品册）
DSP的功耗和成本问题
毫无疑问，DSP在提升了性能的同时增加了功耗。由于DSP引入了DAC/ADC与算法，其功耗一定高于传统基于模拟技术的CDR芯片。目前基于16nm的DSP解决方案的400G OSFP/QSFP-DD的设计功耗在12W左右，无论对于模块本身或是未来交换机的面板热设计都是巨大挑战。另外成本永远是数据中心和5G运营商们关心的话题，与传统光器件不同，对于DSP芯片来说，由于是基于成熟的半导体工艺，在海量应用的支撑下，可以预期较大的芯片成本下降空间。
小结
相干模块由于其技术优势（带宽、灵敏度），将在未来光通信市场大有用武之地。而作为相干中模块中最重要的部分，DSP功能繁多，包括DAC/ADC采样、Frame匹配和检测、差分解编码、脉冲整形、时钟数据恢复以及偏振均衡等。易飞扬（Gigalight）于近年成立了武汉研发中心，高度重视对人才的培养，并且在相干模块的研究上取得一系列领先成果，欲知更多详情，可访问我们的官网：www.gigalight.com.cn