1. 课程导入与全景认知
在数据中心互联（DCI）与园区内长距互联场景中，单波 400G/800G 的传输需求正快速从"可选项"变为"必选项"。传统 IM-DD（强度调制-直接检测）方案在 80km 以上、或跨越多个放大段时，色散、非线性与 OSNR 预算迅速吃紧，而相干光通信凭借对幅度与相位两个维度的联合调制，在同等波特率下可获得更高的频谱效率与接收灵敏度。本课程讨论的对象，就是运行在数据中心环境中的相干光链路——它既不是电信长途干线，也不是短距 AOC，而是介于两者之间、对成本、功耗、封装密度与可运维性都有强约束的一类系统。
一、设计边界：相干数据中心光链路"管什么、不管什么"
明确边界是后续所有设计与验证工作的前提。本课程所定义的相干数据中心光链路，覆盖从电侧主机接口（如 400GAUI-8）到光侧线路接口（如 400ZR/OpenZR+ 或 800ZR）的完整信号路径，具体包括：
- 电域边界：以主机 SerDes 输出为起点，经 DSP 完成星座映射、脉冲成形、预均衡与 CD/PMD 预补偿，到 DAC 输出模拟差分信号为止。
- 光域边界：以 IQ 调制器输入为起点，经 EDFA/半导体光放大、光纤链路（含 DCF 或纯 EDFA 段）、相干接收前端（90° 混频器 + 平衡探测器），到 ADC 采样为止。
- 不在本课程范围：光模块内部的光子集成工艺、硅光芯片版图设计、以及电信级 OTN 交叉调度与保护倒换协议。
需要特别说明的是，本课程统一采用"发射端为参考、接收端为观察点"的坐标系约定：所有相位噪声、频偏与 IQ 不平衡的符号，均以接收端 DSP 的补偿量为正方向。后续章节若切换参照系，会明确标注。
二、系统验证目标：从"能通"到"能长期稳定运行"
相干链路的验证不能停留在"误码率低于门限"这一层。工程上真正需要回答的是四个问题：链路在标称工作点下是否有足够裕量？在温度、电压、老化漂移后是否仍能维持？故障时能否被快速定位到具体环节？以及多厂商互通时是否仍满足指标？因此本课程将验证目标拆解为三个层次：
- 功能验证：链路能否建立、帧同步与通道对齐是否正常、FEC 是否收敛。
- 性能验证：在给定 OSNR、色散与非线性条件下，pre-FEC BER 是否满足目标（例如 400ZR 典型要求 pre-FEC BER ≤ 1.2E-2，对应纠后无误码）。
- 鲁棒性验证：在 OSNR 劣化 1~2dB、CD 偏差 ±200ps/nm、发射功率 ±1dB 等扰动下，链路是否仍能维持纠后无误码。
三、关键性能指标：一张图看清参数之间的耦合关系
相干链路的指标不是孤立的。OSNR、发射功率、色散、非线性、频偏与 IQ 不平衡之间存在明显的耦合：提高发射功率可以改善 OSNR，但会加剧非线性；增大色散容限可以放宽链路设计，但会消耗 DSP 均衡资源。下图给出本节最值得建立的整体认知——从电侧 DSP 到光侧接收的完整信号链，以及各环节对应的关键指标与验证观察点。
四、课程项目路线图：从单点验证到系统级联调
本课程共 30 章，整体按"认知—建模—设计—验证—排障"五条主线推进，但并非线性流水，而是允许在验证阶段回跳到设计阶段迭代。前 6 章建立链路模型与指标基线；第 7~14 章进入发射端与接收端 DSP 的具体设计与参数选择；第 15~22 章聚焦光纤链路、放大与非线性管理；第 23~27 章进入系统验证与互通测试；最后 3 章以真实排障案例收束。
作为贯穿课程的项目载体，我们设定一个可复现的示例场景：单跨 80km G.652 光纤、单波 400G、16QAM、波特率约 60GBaud、目标 pre-FEC BER ≤ 1.2E-2。该场景的参数均为教学假设值，用于演示设计流程与验证方法，不代表任何厂商实测数据。后续章节会在此基础上逐步加入 EDFA 噪声、CD 补偿、频偏估计与 FEC 门限分析。