1．目的及意义

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。

由此可见，PAM4技术虽是呼声最高的调制方式，且已经在业界得到一定规模的应用，但其设计和测试过程中所遇到的问题急需解决，所以对PAM4调制的测试方案的研究与设计意义重大。

国内外的研究现状分析：

调研数据显示到2020年，将有500亿台相互连接的智能设备，平均每人每天通过PC、手机和可穿戴设备将会生成1.5G的数据量。万物的智能互联引发数据生态的巨变，越来越多的国家计划提高宽带速率以应对其激增的压力。目前全球超过50家运营商正在提供千兆宽带业务，在韩国、美国和中国香港等地，运营商已经针对企业和家庭用户开通了2G乃至10G的业务;在中国，2013年国务院发布了国家宽带战略—计划到2020年使发达城市家庭用户的接入速率达到1Gb/s;在欧盟和美国，各国政府也在加速提升国家基础带宽，或者给予宽带发展较大的支持。PAM4 (4 Pulse Amplitude Modulation) 信号作为下一代数据中心中高速信号互联的热门信号传输技术，被广泛应用于200G/400G接口的电信号或光信号传输。

PAM4在电气和电子工程师协会（IEEE）中早已有相应的电接口标准，但由于技术成熟度和成本的原因，没有形成大规模应用。正在制定的200G/400G光电接口标准（IEEE 802.3bs）对PAM4信号的特性及参数进行了深入研究和定义。目前50G以太网标准大部分则会考虑采用PAM4的调制方式。随着100Gbit/s技术及标准日趋完善，ITU-T（国际电联电信标准化部门）、IEEE（电气和电子工程师协会）和 OIF（光互联论坛）等国际标准化组织对400Gbit/s高速传输的标准化工作正在进行。IEEE P802.3bs400GE工作组从调制码型、应用场景、光纤类别、光电接口和性能指标等多方面考虑，已选用PAM4作为400Gbit/s以太网的0.5、2和10km传输距离的技术方案。

在测试层面，是德科技(Keysight Technologies Inc.)于2016年2月份推出了新的信号量测应用软件包，以帮助工程师快速准确测量 PAM4 信号。该软件适用于Keysight S系列、90000A、V系列、90000 X和Z系列实时示波器平台，以及86100D DCA-X Infiniium 取样示波器。新的 Keysight N8836A PAM4 分析软件(适用于S系列、90000A、V系列、 90000X和Z系列示波器)和新的 N1085A PAM4 分析软件(适用于86100D示波器)，可根 据 OIF-CEI 4.0(光互连论坛的通用电气接口)提出的56G接口，以及新兴的IEEE 400 Gigabit Ethernet(P802.3bs)标准，执行完整的电气PAM信号特性分析。泰克科技公司早在2015年10月就推出了针对PAM4信号测量分析工具，支持光电接口。并在DPO70000SX 70 GHz和DSA8300示波器上运行。至于具体到眼图测试，同NRZ码相同，也有眼高、眼宽、抖动、噪声等参数需要关注。但PAM4是有三组眼图测量参数，并且增加了线性度等额外的测试项目。

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2. 研究的基本内容与方案

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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）。