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结构最简单的点到点WDM直驱系统除了复用/解复用器以外，剩下最重要的就是代表收发机的光模块技术了。近年来，由于数据中心和移动通信升级的需求，5G前传使用的25Gbit/s光模块的研究热点逐步转向40km 以下基于直接检测而非相干的中短距传输场景。

强度调制—直接检测（IM-DD）光纤系统中影响性能的物理损伤一般来自发射机和光纤传播过程。主要的损伤有色散、激光器相位噪声、激光器相对强度噪声和四波混频（FWM）。

在IM-DD （强度调制-直接检测）系统中，当色散存在时，就会导致功率衰落问题；而当色散不存在时，又会发生四波混频现象[4, 5] ；还有就是当信号的符号率增加时，又会出现信道非线性响应的问题。因此，专为低成本IM-DD系统提出的新型调制格式、收发机结构和DSP（数字信号处理）方案的目的就是为了抵抗直接检测系统中的色散问题和非线性效应问题。

由色散导致的脉冲展宽效应与调制光的光谱宽度的平方成比例。为了减小色散的影响，在光模块中直接滤掉不必要的光谱部分是非常有效的。过去使用法布里—珀罗（F-P）激光器在多纵向模式上振荡，整个光谱是强度调制的，从而产生非常宽的多频率光谱。激光的多频率成分引起的脉冲展宽可以通过将激光光谱限制为单纵模来消除，或者用DFB单纵模激光器来代替F-P多纵模激光器。

使用更复杂、更高阶调制，无疑又增加了DSP的处理复杂度，随之又需要PD（光电探测器）、TIA（跨阻放大器）和两倍带宽甚至更高采样率的ADC（模数转换）。

目前各主流器件、光模块厂家都在尝试基于10G电带宽的DML（直接调制激光器）工温芯片，以超频方式来实现低成本25Gbit/s高速光模块。一种是利用10G电芯片带宽的器件通过倍频来实现25Gbit/s的高速光信号收发；另一条思路就是利用PAM-4（4电平脉冲幅度调制）技术实现1个周期传输2个bit信息，如图2（a）所示，相对于NRZ的1个周期传输1bit信息来说倍频了一倍；他们的基本思路都是利用更复杂的电调制解调技术来降低收发模块对激光器物理带宽的要求或减少激光器的使用数量来降低成本的，例如在同速率情况下，使用PAM-4技术可节省50%的光器件使用量。

（a）PAM-4技术原

（b）PAM直检与相干处理环节对比

图2  PAM-4技术原理及其直接检测处理与相干检测处理的对比

直接检测通常被视为一种实现低成本需求的方案。PAM4技术的基础原理就是采用更密集的电平去传输更多的信息，PAM4的信号处理也分为两种方法，一种是采用CDR（时钟和数据恢复电路）的模拟方式，另一种是采用DSP（数字信号处理）的数字方式。如图2（b）所示，考虑到一些已提出的直接检测方案的复杂度、带宽需求和数字处理能力，无论是使用单个PD 还是多个PD 的接收机，虽然都不能确定直接检测是一种用来实现低成本、低功耗、占用空间小的收发机的正确方法。但是如果我们降低对传输距离的期望值，例如限制在20km以内，不必采用太过复杂的调制编码技术，速率也限制在25Gbit/s量级，那么答案将是非常肯定的。