1. 研究目的与意义（文献综述）

目的及意义：

当前，大数据、云计算已走向规模化应用，无线通信已经进入了5g 时代，相比4g时代，承载网流量将有 2～3个数量级的提升，光器件带宽提升也越来越困难。为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，一个有效的方式就是采用高阶调制格式。多年来，nrz调制一直是非相干光通信的主要技术，但随着速率的提升，如200g/400g，nrz调制在色散影响、光电转换带宽和成本上遇到了较大的困难。如在波特率为25gbaud以上的中长距传输时，色散的影响开始显著；又如光电转换带宽在60gbit/s以上时就出现了技术瓶颈，或许要采用新的材料及技术才能突破这个瓶颈；而在成本上，在相同的比特速率的条件下，pam4的波特率只有nrz的一半，大大降低了光器件的带宽要求，从而可以降低光器件成本的理论价值。故在非归零码（nrz）调制方式升级方案中，4级脉幅调制（pam4）是目前呼声最高的高阶调制方式。

pam4信号为4电平脉冲幅度调制信号，可以显示比传统数字信号更多的逻辑信息，但在pam4信号设计测试过程中遇到的挑战则尤为严峻：其一，pam4信号对噪声更敏感，同样的系统噪声，pam4信号约有9.5db的信噪比；其二，在pam4信号有16种切换状态，因此会导致上、下眼图在垂直方向上的不对称，进一步导致在交叉点处和眼高的中间处测得的眼宽并不一样，眼图的非线性问题也较易发生；其三，pam4信号的虽然降低了信号的符号率，但10db以上的通道损耗还是会使得接收端信号眼图完全闭合，因此，对于pam4信号，发送端的预加重和接收端的信号均衡很重要。

2. 研究的基本内容与方案

本次课题研究和设计的内容基于PAM4调制技术，目标为：1.学习PAM4调制技术的基本原理；2.对PAM4调制的测试方案进行研究与设计；3.尽量选用当前的设备材料规格以及信号制式来进行测试，根据仿真测试结果进行分析，并对设计的方案提出改进意见，为实际厂商降低研发成本提供可行性帮助。

PAM的英文全称是pulseamplitude modulation, 即脉冲幅度调制。PAM4调制方式采用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）。

PAM4的测试系统包括PAM4信号的产生、发射测试、接收测试和分析软件等，测试中使用的仪器包括支持PAM4信号的任意波形发生器、高性能误码测试仪、高性能示波器、预加重器和解码器等。PAM4分析软件需要对BER、眼图的抖动、噪声、电平、线性度、频谱和光功率等进行分析测量。在发射端，PAM4信号可以采用两路相同速率不同幅度的NRZ信号同步叠加产生，通过示波器对PAM4信号的时钟、眼图和性能参数进行测量；在接收端，通过误码仪和示波器对PAM4信号的误码、眼图和光功率等进行测试。同时，为了提高BER性能，需要在发送端和接收端考虑PAM4信号的均衡、预加重和FEC问题。拟采用的PAM4的光收发系统仿真结构框图如图1所示。

图1 PAM4的光收发系统仿真结构框图

本次课题拟使用Optisystem及VPI transmissionmaker等仿真软件来进行研究设计与实验测试，通过搭建PAM4系统然后利用仿真软件中的误码仪和示波器来对PAM4信号的BER、眼图和光功率等性能指标进行分析，最终得出测试效果，并对测试效果进行分析，且在此过程中不断改进测试方案，将误差降低至一定标准以下，并提出最终的改进方案。

3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，了解研究所需pam4技术的理论基础。确定方案，完成开题报告。

第4－5周：熟悉掌握量子通信原理，完成英文资料的翻译，熟悉开发环境。

第6－9周：完成整个通信系统的设计。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]jenneweint,simon c,weihs g,et al, quantum cryptography with entangled photons.physicalreview . 2000

[2]buttler w t,hughes r j,kwiat p g,et al, practical free-space quantum-keydistribution over 1 km. physical review. 1998

[3]navleen kaur,, dr. amardeep singh, , sarabpreet singh. enhancement of networksecurity techniques using quantum cryptography[j]. international journal oncomputer science and engineering, 2011, 3(5).