无 DSP 的载波相位恢复系统：基于 16-Offset-QAM 激光前向链路实现 400Gb/s 及以上速率
信号处理
2025-05-27 v1 网络与互联网体系结构
系统与控制
系统与控制
摘要
光互联因 GPU 机柜和网络交换机的数据中心内部规模化而成为主要瓶颈。虽然已实现 200Gb/s 级 PAM-4 调制光收发器，但要实现更高的数据速率和能效，需采用 16-QAM 等高阶相干调制。当前的相干链路依赖能耗密集的数字信号处理 (DSP) 进行信道失效补偿和载波相位恢复 (CPR)，耗能约为未来数据中心需求的 10 倍。在较短链路上，可采用更简单或无 DSP 的 CPR 方法显著降低能耗和复杂度。虽然 Costas 环路可实现 QPSK 的 CPR，但在扩展到更高阶调制 (如 16/64-QAM) 时面临挑战，因其符号�幅随调制不同而变化。本文提出一种基于激光前向和新型无 DSP CPR 系统的光相干链路架构，使用 offset-QAM 调制。该模拟 CPR 反馈环路高度可扩展，可支持任意 offset-QAM 调制而无需修改架构。这种可扩展性源于其相位误差检测机制，该机制独立于数据速率和调制类型。我们使用 GlobalFoundry 的单晶 45nm 硅光 PDK 模型验证了该方法，在 100GBaud O 带实现了电路和系统层面的实现。我们将进一步研究该 CPR 环路的反馈动力学、电路实现及相位噪声性能。该方法可用于实现面向未来相干精简插件和共封装光 (CPO) 应用的低功耗 QAM 光互联。
引用
@article{arxiv.2505.18534,
title = {A DSP-Free Carrier Phase Recovery System using 16-Offset-QAM Laser Forwarded Links for 400Gb/s and Beyond},
author = {Marziyeh Rezaei and Dan Sturm and Pengyu Zeng and Sajjad Moazeni},
journal= {arXiv preprint arXiv:2505.18534},
year = {2025}
}