2、数据中心应用中的多级脉冲幅度调制传输

数据中心应用中的多级脉冲幅度调制传输

1. PAM4信号简介

在数据中心应用的信号传输中，传统的一些方案存在诸多问题。比如，有的方案需要按比例增加带宽，而其他方案则需要添加或更换设备，这会导致成本、复杂度和功耗的增加。PAM4是一种可行的替代方案，它在保持直接检测接收器的同时，不会显著增加复杂度。

PAM4信号使用四个电压电平，每个符号用两位来表示，如特定图中所示。这使得在相同波特率下，PAM4的吞吐量翻倍。与PAM2相比，PAM4在相同带宽下能使比特率翻倍，但会降低信噪比（SNR）。因为在一个比特时间内，PAM4会叠加三个眼图，至少使垂直眼图开口缩小三分之一。

PAM4信号的特性适合短距离高容量的应用，因此被IEEE以太网任务组采用，用于不同距离（500 m、2 km、10 km）和波特率（26和53 GBd）的数据中心内部应用。鉴于这种调制格式的重要性和应用前景，我们对高数据速率（56 GBd = 112 Gb/s）的PAM4传输进行了模拟，并评估了正确信号传输所需的一些关键参数。

2. 仿真环境

2.1 光学模拟器

光学模拟器基于Octave构建，这是一个遵循GNU通用公共许可证的免费软件，用于对光通信系统（包括发射器、信道（光纤）和接收器）的信号行为进行数值建模。

发射器端的工作流程如下：
1. 生成两个包含218个传输比特的伪随机比特序列（PRBS），并将其映射到PAM4信号的四级符号上。
2. 信号以每个符号两个样本的速率进行上采样，并使用非归零（NRZ）或升余弦（RC）脉冲格式进行整形。
3. 数字 - 模拟（DAC）模块将信号从8位分辨率转换到模拟