21、无线系统与网络中的光子应用

无线系统与网络中的光子应用

1 多波长线卡的集成光子技术

1.1 光子集成收发器

光子集成用于实现收发器和电光接口。在线卡的特定空间内，采用多波长源来生成光载波，载波数量取决于电子设备设置的传输波特率和线路的总传输容量。

线卡架构具有模块化结构，适用于灵活多功能的平台，能适应 IP 核心网络场景。来自电子层（如光传输网络 OTN、以太网）的客户端进入线卡，对多个光载波进行调制以用于线路传输。载波生成模块可生成多达 10 个波长，作为发射和接收的本地光源。

发射端的载波调制过程如下：
1. 收集客户端流量（如以太网、OTN 流量）。
2. 通过专用 DSP 对相关数据进行编码、脉冲整形和预失真处理。
3. 数字数据经过频谱整形，由专用 DAC 转换为模拟样本，然后进入光调制器。

接收端的每个收发器采用相干检测、ADC，然后进行数字处理，以减轻光学损伤、恢复时钟、实现同步等。采用偏振复用可使比特率翻倍，然后光波可以通过光节点的分插端口耦合或复用后发射到网络中。

光收发器可通过硅光子集成集成在板上，也可采用可插拔模块，根据网络需求进行添加、移除或更换。每个可插拔模块可设计为产生高达 400 Gb/s 的速率，以实现高线卡吞吐量，可能超过 1.6 Tb/s 的数据流量。

新的光子集成收发器解决方案旨在节省成本、功耗和空间。它们可在不同的电信带宽和网络段（如城域、城域区域、核心）中工作。CMOS 光子学与先进材料（如硅 - 有机混合结构）的发展可优化性能和能源效率。通过 45 nm CMOS 生产工艺在 300 - mm 晶圆规模上生产光子集成收发器，可利用成熟的生产线实现显著