PAM4技术在光通信系统中的应用

随着大数据、云计算和物联网时代的到来，流量需求的急剧增长，光器件带宽提升越来越困难，迫切需要采用复杂调制方式。目前在不归零码（NRZ）调制方式升级方案中，4 级脉幅调制（PAM4）是最被看好的高阶调制方式，它将支持光互联向更高速率迈进。无线通信进入了 5G时代，相比 4G 时代，承载网流量将有2～3 个数量级的提升，在未来 5G 承载高速光模块中将广泛地采用 PAM4技术。

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 200 G/400 G，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。

25 G 以上的波特率，在中长距传输时，色散的影响开始显著；光电转换带宽在 60 Gbit/s 以上出现了技术瓶颈，或许要采用新的材料及技术才能不断突破这个瓶颈；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。

PAM4 调制方式采用 4 个不同的信号电平来进行数据传输，每个符号周期可以表示 2 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 2 bit 的信息，因此要实现同样的信号传输能力，PAM4 信号的符号速率只有 NRZ 信号的一半。实际上 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 200 G/400 G 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。另外，相对于光器件成本的增加，电驱动芯片成本增加相对较小甚至可以忽略，提升调制复杂度技术上可行，而且更具经济性，PAM4 调制技术成为必然的发展方向。如表 1 所示，目前 50 G 以太网标准大部分则会考虑采用 PAM4 的调制方式。

目 前 ，多 个 光 模 块 标 准 采 用 了PAM4 作为光调制方式；但是相关技术产品没有进入规模部署，特别是在电信应用场景中对光模块的可靠性及距离要求高。PAM4 光通信系统设计需要全面考虑发送、接收及光路各种因素的影响，结合实际应用推进PAM4 技术产业链成熟度，为 5G 承载网高速、可靠、规模部署做好准备。

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