评估800 Gbps直调光信号性能

光通信系统是信息基础设施建设关键推手。许多存储传输信息的数据中心有数英里光纤和数千激光/光电探测器收发器跨光纤收发信息。商业压力持续推动容量增加，开发更高数据率新系统进程不止。这非单纯设计移动更多信息的系统。系统成本必须下降。数据中心有时用英亩和兆瓦描述，表明运行数据中心所需功率巨大。强烈动机寻找不仅更高容量运行，而且更低能耗方式。

基本光通信系统有激光发射器将电数据转调制光、光纤、光电二极管接收器将调制光转回电信号。设计光通信系统因数据中心环境很少要求光链路单一供应商制造而复杂。发射器、光纤、接收器可能由三家不同公司生产。此即互操作性概念，给数据中心设计师灵活性，促进供应商竞争带来更多创新和更低成本。缺点是系统设计和指定组件更复杂。

IEEE 802.3等标准组织提供公开论坛定义通信系统。会议公开，数据中心设计师、网络设备/收发器/光纤制造商与会。因标准定义性能及验证方式，测试测量公司也参与。标准组织关键输出：发射器规范集和接收器规范集。两套规范促进互操作。最近IEEE 802.3cu工作组发布100Gbps/波长草案文件，将成未来光纤互联关键规范。

规范通常从接收器起：信号强度极限决定光电探测器将光信号可靠转电数据的程度。信号电平跌破推荐灵敏度，接收器犯错过多，典型视为误码。此阈值称接收器灵敏度极限。

通常有信号必传距离目标，或短100米、或长40公里。光纤衰减已知，从接收器倒推，计入预期光纤损耗，定义发射器须产生最小信号功率电平。现实更复杂，因多种机制除功率跌破接收器灵敏度外也能导致系统产生误码。

从接收器视角，同功率电平两激光器可能产生截然不同信号。最先进系统今日运行超50GBaud（PAM4）。即发射端光须以高达每秒500亿次速率开关。接收器须判断光开或关，劣质发射器可能慢。接收器决策时激光可能产生不稳定信号。故激光信号质量须达最低水平。同样不能指望完美发射器，接收器需对非理想输入信号有容忍度。这导致发射器和接收器重要要求：

光发射器评估

• 光调制振幅（OMA）：发射器逻辑电平差值。
• 相对强度噪声（RIN）：发射器产生噪声量度。
• 发射器色散和眼图闭合：TDEC或TDECQ（PAM4调制）是信号质量统计度量，指示信号在接收器产生误码可能性（图1）。
• 过冲/欠冲：IEEE 802.3cu新定义指标，保护接收器免受输入信号严重瞬态影响。

光接收器受损信号测试

受损接收器灵敏度（SRS）：当输入接收器信号为发射器（和信道）预期最坏情况信号时，误码率或预期帧损失率低于预期水平。

开发测试仪器提供仪器级光损伤（针对特定TDECQ、ER、OMA目标）用于受损接收器测试。图2示意典型光SRS测试信号。

发射器通常用专用数字通信分析示波器测试。这些仪器内置光学参考接收器和固件执行标准要求测量。类似地，接收器用SRS测试系统（图3），含校准“受损”信号和误码率测试仪（BERT），验证标准符合性。

100Gbps链路性能——无论电或光——均比低速25或50Gbps对应物运行更高误码率。当前100Gbps接口原生链路误码率高达2E-4 BER，依赖现代里德-所罗门前向纠错（RS-FEC）技术纠正传输中自然发生的随机孤立误码。

前向纠错编码从物理编码子层（PCS）数据开始，数据过渡到物理媒介附着（PMA）前。PCS/PMA接口管理数据纠错编码、交织、扰码和对齐贡献。此PCS/PMA编码系统对误码率分析构成挑战，因观察物理误码根因过程现被大量数字纠错交织电路遮蔽。检查导致不可恢复数据帧的光传输物理误码是复杂过程，测试仪器供应商正积极推进。专用工具如Layer 1 BERT和KP4 FEC多端口分析系统现成接收器容限和FEC感知调试工具核心部分（图4）。

Keysight 400G FEC感知接收器测试系统可跨越FEC校正光信号与其实际原始物理传输间的PCS/PMA鸿沟，分析FEC编码数据流并能指示示波器定位（触发）物理光接口错误发生位置，首次为系统设计师提供工具将后FEC误码分析与物理传输分析并排可视化。

总结

目前最高容量直调数据通信系统运行400Gbps。这些系统有多路100Gbps通道，或用四发射器四光纤、或四波长发射器单光纤。首代800Gbps链路将通过QSFP-DD和OSFP等高密度连接器将400Gbps系统2×扩展。此场景下，仅更多100Gbps通道聚合至800Gbps，规范和测试方法将类似400Gbps系统。原生×4通道800Gbps链路依赖电气光学规范进步（当前进行中）。下一速度级800Gbps极可能电气光学双向推进至原生200Gbps/通道速度，同时坚持降低整体功耗和成本的强烈市场需求。

当200Gbps单通道传输实现，100Gbps测试方法技术高度可复用，但200Gbps领域可能采用调制方法进步，因提高传输效率和管理已知带宽瓶颈是行业关键压力点。Keysight测量合作伙伴是这些前沿标准工作核心贡献者，确保有效测试方案随技术演进至800Gbps和1.6Tbps，服务下一代数据中心架构。

本文由Keysight Technologies（加州圣罗莎）数字通信分析测量应用专家Greg D. Le Cheminant和战略规划师及数据通信技术负责人John Calvin撰写。更多信息请访问here .