2. 相干光通信基础与800G调制格式
相干光通信的核心思想，是把光载波的幅度与相位同时作为信息载体，并在接收端用本振激光与信号光混频，把光场完整搬移到基带电域后再做数字信号处理。相比只利用光强的IM-DD方案，相干系统能通过IQ调制在二维复平面上任意布点，从而在相同波特率下承载更多比特，这正是800G乃至1.6T高速传输的基础。
IQ调制：把复数符号映射到光场
IQ调制器由I、Q两路马赫-曾德尔调制器（MZM）嵌套构成，两路光场相差90°后合束。若把光载波写成 Ec·ejωt，则输出光场近似为：
E_out(t) = E_c · [ I(t) + j·Q(t) ] · e^(jωt)
I(t)、Q(t) ∈ [-1, +1] → 复平面上的一个符号点
也就是说，I路决定实部、Q路决定虚部，二者共同确定一个复数符号。驱动器把DAC输出的电压摆幅映射到MZM的传输曲线，通常偏置在零点附近以获得近似线性的幅度响应。实际工程中要关注三件事：偏置点漂移（导致星座图整体偏移或旋转）、IQ幅度不平衡（星座被压扁成椭圆）、IQ相位偏差（I、Q轴不再正交，星座倾斜）。这三类损伤都会直接抬高误码率，因此模块内通常配有偏置自动控制（ABC）电路持续跟踪。
QPSK、16QAM与64QAM：阶数越高，每符号比特越多
调制格式决定了复平面上星座点的数量。QPSK有4个点，每符号2 bit；16QAM有16个点，每符号4 bit；64QAM有64个点，每符号6 bit。阶数越高，点越密集，相邻点欧氏距离越小，对噪声和各类损伤越敏感。
净速率由波特率、每符号比特数和编码开销共同决定。以800G为例，若采用64QAM、每符号6 bit，则所需波特率约为：
符号率 = 800 Gbit/s ÷ 6 ≈ 133.3 GBaud（不含开销）
若考虑约 20% 的FEC与成帧开销：
线路速率 ≈ 800 × 1.2 = 960 Gbit/s
符号率 ≈ 960 ÷ 6 = 160 GBaud
反过来，若用QPSK（2 bit/符号）承载800G，符号率将高达400 GBaud以上，远超当前器件带宽，因此高阶调制是800G的必然选择。但阶数不能无限提高：64QAM在同等OSNR下比16QAM多需要约4~5 dB的OSNR，比QPSK多约10 dB以上。这就是“速率—距离—OSNR”之间的三角权衡。
OSNR与BER约束：系统设计的硬边界
误码率BER是最终判据，而OSNR是链路能提供的“信噪预算”。二者通过星座点距离联系起来：阶数越高，点距越小，达到同一BER所需的OSNR越大。工程上常用归一化Q值或所需OSNR（ROSNR）来表征，典型参考值（含FEC，示意）如下：
| 调制格式 | 每符号比特 | 800G所需波特率(含20%开销) | 相对QPSK所需OSNR增量(示意) |
|---|---|---|---|
| QPSK | 2 | 约480 GBaud | 基准 |
| 16QAM | 4 | 约240 GBaud | 约 +6~7 dB |
| 64QAM | 6 | 约160 GBaud | 约 +12~13 dB |
需要强调，上表为教学示意量级，实际数值取决于FEC编码增益、星座整形、概率整形、DSP均衡能力以及器件带宽。例如采用概率星座整形（PCS）的64QAM，可以在牺牲少量速率的情况下显著降低所需OSNR，从而延长传输距离。
综上，IQ调制提供了复平面上的自由度，QPSK/16QAM/64QAM决定了每符号能携带多少比特，波特率与开销共同决定净速率，而OSNR与BER则划定了可靠传输的边界。理解这四者的定量关系，是后续进行800G光模块链路预算、DSP算法选型和器件指标分解的前提。