基于PAM4调制的下一代DWDM光模块

易飞扬

DWDM密集波分技术经历了越来越高的调制速率，包括1.25G NRZ，2.5G NRZ，10G NRZ以及25G NRZ，采用高阶调制PAM4的有50G PAM4和100G PAM4两种速率；以及当前非常具有竞争力的DWDM相干调制技术，主要面向200G和400G，以及未来的800G高带宽业务。

PAM4 DWDM光模块可插入嵌入式DWDM，可直接插入适当的数据中心路由器或交换机，无需单独的DWDM转换器平台，显著降低成本并简化部署和维护。此外，通过适当的色散补偿模块 (DCM) 和EDFA放大系统，可以将PAM4模块添加到现有的DWDM网络中以实现混合传输。

基于PAM4高阶调制的下一代产品形态有：50G（1X50G PAM4）、100G（2X50G PAM4）和100G（1x100G PAM4）。

50G（1X50G PAM4）方案

采用50G（1X50G PAM4）方案的光模块有50G SFP56 DWDM光模块 （C-band，50Ghz波长间隔）。该产品采用SFP56封装，和SFP+保持一致大小，可不改变原来的部署架构，直接升级至50G。光口侧和电口侧均采用50G PAM4调制，发射端采用DWDM EML激光器，在DCM色散补偿和EDFA的加持下，可以满足至少80km传输近距离要求。单纤总带宽支撑96波x50G=4800G，其工业级温度产品形态可以满足5G前传系统的需求。

图1：50G SFP56 DWDM光模块原理图

100G（2X50G PAM4）方案

采用100G（2X50G PAM4）方案的光模块有100G QSFP28 DWDM光模块（C-band，50Ghz波长间隔），业内通常把该产品叫做100G PAM4 QSFP28，其光口由2路不同的50G DWDM波长承载了100GE的业务。电口侧采用4X25G NRZ，而光口侧有两种方案：CS接口和LC接口。CS接口采用2进2出，共4根光纤；双工LC接口方案内部采用WDM复用技术，仅用2根光纤即可实现传输。在DCM色散补偿和EDFA的加持下，可以满足至少80km传输近距离要求，单纤总带宽支撑96波x50G=4800G。

图2：100G QSFP28 DWDM光模块（CS接口）原理图

图3：100G QSFP28 DWDM光模块（LC接口）原理图

100G（1x100G PAM4）方案

采用100G（1x100G）方案的光模块有100G QSFP28 DWDM光模块（C-band，100GHZ）。该产品主要采用DWDM光源+硅光调制技术实现。在DCM+EDFA的加持下，满足80km传输，单纤总带宽支撑48波x100G=4800G。

图4：100G QSFP28 DWDM光模块原理图

PAM4 DWDM光模块凭借其优势，通常用于100G和400G建设，例如点对点数据中心互连 (DCI)、基于DWDM的100G以太网城域接入、园区和企业链路、5G移动接入建筑学等。针对数据中心DCI 80km~120km应用距离，基于高阶PAM4调制50G/100G DWDM技术以低成本的优势，可以与相干200G/100G DWDM技术竞争市场份额。如下表所示：

比较项目	双波50G PAM4 DWDM方案	单波100G PAM4方案	相干DP-QPSK方案
产品功耗	5.5W左右	5.5W左右	大于20W
产品封装	QSFP28	QSFP28	CFP2/CFP
DWDM间隔	50GHz	100GHz	50GHz
EDFA是否需要	需要	需要	需要
DCM色散补偿	需要	需要	不需要
RX OSNR容限	非常低，最多级联2个EDFA	非常低，最多级联2个EDFA	高，可级联N个EDFA
典型总带宽	96X50G	48X100G	96X100G
是否可以实现单纤双纤传输	容易	容易	非常困难，需要两个不同ITLA光源。
传输距离	80km~120km	80km~100km	远大于80km
数据中心DCI应用	直接用于交换机和路由器，成本低	直接用于交换机和路由器，成本低	相干模块无法直接插入交换机和路由器，需要相干子系统配合，成本高

表1：50G PAM4 DWDM系统 VS 100G PAM4 DWDM系统 VS 100G DWDM相干系统