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是德科技PAM4全新测试方案白皮书

是德科技PAM4全新测试方案白皮书。在数据中心和5G承载网中,直接探测领域即PAM4信号占据相当重要一席,而伴随着IEEE及CEI中PAM4标准的最初问世到近几年间的发展,PAM4测试方法也在齐头并进的演进之中。同时伴随着PAM4信号的普及,越来越多的企业和工程师也在关注着PAM4信号的相关测试方法因此仅仅停留在对最初步的PAM4测试的了解远远还不够。除此之外完整的PAM4测试应该包含Tx发送端和Rx接收端两部分,这些都需要全局考量,才能立于不败之地。
在接收端要注意的是与真实链路的接近程度,以及系统级如压力眼和FEC测试能力。使用仪表进行发射或接收测试时,误码仪作为参考的电发射机和接收机。为了模拟通信链路真实工作的状态,就要求误码仪也具备和实际通信中类似的预失真和补偿功能,同时,具备压力眼及FEC测试才能够更全面的衡量接收端性能,从而使测试结果更准确反应各个器件和设备真实工作条件下的性能。
FlexE被认为是当前5G承载网络分片的理论基础,已经标准成熟的FlexE1.0是基于25G的,与每个eCPRI的25G带宽对应,在此基础上形成了基于FlexE1.0的100GE、200GE接口方案。同样基于50G的FlexE2.0技术也在迅速发展中,其核心是应用到了PAM 4的调制技术。

PAM4是什么

PAM(Pulse Amplitude Modulation:脉冲幅度调制)信号是下一代数据中心做高速信号互连的一种热门信号传输技术,可以广泛应用于200G/400G接口的电信号或光信号传输。
在数据中心及短距离光纤传输领域,目前仍然采用的是NRZ的调制方式,即采用高、低两种信号电平来表示要传输的数字逻辑信号的1、0信息,每个信号符号周期可以传输1bit的逻辑信息。但是随着传输速率由28G向更高速率的演化,背板等电信号传输会对高频信号产生更恶劣的损耗,而采用更高阶的调制,在相同信号带宽下可以传输更多的数据,因此业界对采用更高阶的PAM4调制方式呼声越来越高。PAM信号则可以采用更多的信号电平,从而每个信号符号周期可以传输更多bit的逻辑信息。比如以PAM4信号来说,其采用4个不同的信号电平来进行信号传输,每个符号周期可以表示2个bit的逻辑信息(0、1、2、3)。由于PAM4信号每个符号周期可以传输2bit的信息,因此要实现同样的信号传输能力,PAM4信号的符号速率只需要达到NRZ信号的一半即可,因此传输通道对其造成的损耗大大减小。随着未来技术的发展,也不排除采用更多电平的PAM8甚至PAM16信号进行信息传输的可能性。下图是典型的NRZ信号的波形、眼图与PAM4信号的对比。
 
相应地,如果光信号也能够采用PAM4来传输,则在光模块内部进行电光转换时,可以直接实现对PAM4信号的时钟恢复以及预加重等处理,从而免去了先将PAM4信号转化成2倍波特率的NRZ信号再进行相关处理的多余环节,进而可以节省芯片设计成本。在华为的2014年一份研究报告中指出,在比较系统复杂性、系统性能以及成本条件下,PAM4是大有实用前景的一种调制格式。

为何选择PAM4

端到端传送系统包括光纤和光纤传输系统,由于光纤传输能很轻易的达到25Gbd的速率,因此在光纤上传输PAM4的研究进度一直进展很缓慢。对于光纤传输系统来说,切换到PAM4是从成本与功耗两个个方面来考虑的。如果不用考虑成本与功耗,在长远距离场合,完全有相关调制技术可以采用,比如DP-QPSK,能够将50Gbd以上的波特率信号传输几千公里。但是在数据中心领域,传输距离一般就只有10km以下,这时如果采用PAM4技术的光收发器,就能大大降低成本。
 
将SFP+ 10GBASE-LR的成本进行了分析,发现光学部件占的比重最高。因此,对于400GE来说,成本比重最大的,也预计会是光学部件以及相关的RF封装。对于数据中心应用来说,减少器件的应用,就可以显而易见的降低成本。采用更高阶调制格式最初的目标,就是将更复杂的部分放在电路端去解决,而减少对光学器件性能的要求。采用高阶调制格式,就是一个有效的方式来降低光学器件的采用数量、降低对光学器件性能的要求以及在不同应用场合的性能、成本、功耗以及密度之间达到一个平衡。
 
在一些应用场景中,高阶的调制格式在线路侧已经有好几年的应用历史。但是由于客户侧的需求同线路侧不一样,因此需要其他方面的考虑。比如在客户侧,主要考虑测试成本、功耗以及密度。而在线路侧,主要考虑频谱效率及性能,降低成本不是最主要的考虑因素。通过在客户侧采用线性部件以及直接检测的PAM4调制格式,企业能很大的降低测试复杂性,进而就可以带来成本的降低。在所有高阶调制格式中,实现成本最低的就属频谱效率为2 bits/s/Hz的PAM4调制。
文章来源于新闻测试仪
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