3. Coherent光引擎核心架构选型

当单通道速率从800G迈向1.6T、3.2T时，架构选型不再是“习惯用哪种”的问题，而是“哪种架构在3.2T的波特率、链路预算和功耗约束下还能闭合”的问题。本节先对比IM-DD（强度调制—直接检测）与相干架构在3.2T场景下的本质差异，再拆解相干收发机的基本组成，并说明它为何天然适配3.2T。

一、IM-DD与相干：差异不在“调制格式”，而在“检测维度”

IM-DD只利用光载波的强度一个维度：发送端用MZM或EML把电信号映射为光功率变化，接收端用光电二极管直接检测光功率，输出电流正比于入射光功率。它的优点是结构简单、成本低、功耗小，在800G及以下短距场景（如500m DR8、2km FR4）仍是主力。但它的根本限制在于：检测只保留幅度信息，相位与偏振信息全部丢失，因此无法通过高阶调制（如16QAM、64QAM）在有限波特率下提升每符号比特数。

相干架构则同时利用光载波的幅度、相位、偏振四个维度（I/Q两路×两个偏振态）。发送端用IQ调制器把比特映射到复数星座点，接收端用本振（LO）与信号光在90度混频器中干涉，再由平衡探测器把光场分解为I/Q基带电信号，最后经DSP恢复星座点。这意味着：在同样波特率下，相干可以用16QAM实现4 bit/符号，用64QAM实现6 bit/符号，而IM-DD的PAM4只有2 bit/符号。

以3.2T为例：若采用IM-DD+PAM4，需要约1600 GBaud的波特率，远超当前InP和硅光调制器的带宽极限（约100～120 GHz），几乎不可实现。若采用相干+16QAM，3.2T只需约800 GBaud；若用64QAM，则约533 GBaud。即便考虑FEC开销和实际DSP余量，相干方案所需的波特率也落在当前可实现的范围内。这是相干架构适配3.2T的第一层原因：用调制阶数换波特率。

二、相干收发机的基本组成

相干收发机由发送链路和接收链路两部分构成，核心器件包括：

• 本振（LO）：提供与信号光频率接近的参考光，其相位噪声和频率稳定性直接决定接收端能否正确解调相位信息。在3.2T中，LO通常与信号光同源或通过窄线宽激光器提供，线宽需控制在100 kHz量级以内。
• 90度混频器（90° Hybrid）：将信号光与LO光混合，输出四路光场：I+、I−、Q+、Q−。其核心作用是把信号光的相位信息转换为两路正交的强度差，使后续平衡探测能同时提取I和Q分量。
• 平衡探测器（Balanced Photodiode, BPD）：对I+与I−、Q+与Q−分别做差分探测，输出I(t)和Q(t)两路基带电信号。差分结构可抑制共模噪声（如LO的强度噪声），提升信噪比。
• 跨阻放大器（TIA）与ADC：将BPD输出的微弱电流转换为电压并数字化，供DSP处理。
• DSP：完成时钟恢复、偏振解复用、频偏与相位估计、自适应均衡、载波相位恢复和FEC解码。在3.2T中，DSP的功耗和吞吐量是系统级瓶颈之一。

发送链路则包括：激光器、IQ调制器（或双偏振IQ调制器）、驱动放大器、以及偏置控制电路。IQ调制器需要精确控制I/Q两路的偏置点，否则星座图会畸变，导致误码率上升。

三、相干架构对3.2T的适配性分析

相干架构适配3.2T，除了“降波特率”这一直接原因，还有三个工程层面的支撑：

第一，链路预算更优。相干接收的灵敏度比IM-DD高约10～15 dB，因为平衡探测和本振增益提供了额外的信号放大。在3.2T场景下，若采用IM-DD，为补偿高波特率带来的SNR劣化，需要更高的发射功率或更短的传输距离；而相干架构可以在同等发射功率下支持更长的链路，或为FEC留出更多余量。

第二，频谱效率更高。3.2T若用IM-DD+PAM4，需要占用约800 GHz以上的光带宽（按1600 GBaud、滚降系数0.1估算），远超C波段可用带宽。相干+16QAM只需约400 GHz，64QAM约267 GHz，可在C波段内实现多通道波分复用，这是3.2T系统级可行性的关键。

第三，DSP可补偿链路损伤。相干DSP可以同时补偿色散、偏振模色散、频偏和相位噪声，而IM-DD只能做简单的均衡。在3.2T的高波特率下，色散和PMD的影响被放大，相干DSP的补偿能力成为链路闭合的必要条件。

四、工程验证中的关键观察点

在3.2T相干光引擎的工程验证中，需要重点观察以下参数：

需要说明的是，上表中的目标值是基于当前3.2T相干系统的一般工程经验给出的示例性参考，实际验证中需根据具体调制格式、FEC方案和链路条件调整。例如，采用64QAM时对EVM的要求比16QAM更严苛，本振线宽和混频器正交误差的容限会相应收紧。