NRZ与PAM4的区别
2021-08-19 20:08:44
在快速增长的网络流量需求下，400G传输方案相继被提出，而PAM4作为下一代数据中心高速互连的热门信号传输技术，被广泛应用于400G接口的电信号或光信号传输。您对PAM4了解多少？它与NRZ有什么区别？400G以太网为什么要采用该项技术？本文将为您解疑答惑。
PAM4是什么？与NRZ有什么区别？
不归零码NRZ = Non-Return-to-Zero
脉冲幅度调制PAM = Pulse amplitude modulation
NRZ采用两种信号电平来表示数字逻辑信号的1/0信息，每个符号周期可传输1bit的逻辑信息。
PAM信号采用更多信号电平，每个符号周期可传输更多bit信息，以PAM4为例，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）.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，对传输通道的损耗大大减小。
PAM4（四电平脉冲幅度调制）是一种PAM（脉冲幅度调制）调制技术。与NZR信号传输技术（PAM2）不同的是，PAM4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），也就是一个时间单位内是四个电平。因此，在相同的波特率下，PAM4吐吞量是NRZ的两倍，也就是说，PAM4可以在不另外新增光纤的基础上增加网络带宽，有效提升带宽利用率。
注：NRZ采用两种信号电平来进行信号传输，每个符号周期可传输1bit的逻辑信息（1、0）。
与此同时，PAM4采用高阶调制格式，可降低光学器件的采用数量，降低对光学器件性能的要求，以及不同因公场合的性能，使成本、功耗以及密度达到平衡。
其实，早在制定100以太网标准时，PAM4就被视为可替代的调制技术，但当时由于成本较高且技术不够成熟，导致它并未在100G以太网的技术中真正被应用。但现在25G波特率和50G波特率的PAM4被广泛应用于数据中心中，如200G/400G以太网。
400G/800G 以太网为什么要采用PAM4技术？
起初，在制定新一代的200G/400G接口标准时，如400GBASE-SR16，也没有考虑到PAM4技术，而是采用的NRZ技术，通过并行16条25Gbps达到400G传输速率，但是该方案需要大量的光纤，不够经济可行，而且该方式的收发芯片时间裕量、传输链路损耗以及尺寸都无法满足400G以太网的诉求，因此，400GBASE-SR16接口的设计并不符合400G数据中心应用，且将不会得到正式商用。
考虑到上述原因，在IEEE协会制定802.3bs标准时，提出了由PAM4替代NRZ，经过多方对PAM4信号的特性及参数测试进行深入的研究，该提案最终被通过。随后基于PAM4技术的400GBASE-LR8/400GBASE-FR8接口标准颁布，成为了第一个400G接口标准。该接口标准采用了8*50Gbps PAM4技术实现400G传输，不再像NRZ一样，需要使用16条25G通道实现400G传输，这样一来，既能节省光纤成本又能降低链路损耗。
PAM4在400G光模块中的应用
目前，4*100G PAM4和8*50G PMA4的400G接口标准已由IEEE工作组正式提出，并应用在200G/400G/800G光模块中。具体如下：
随着大数据和云计算的到来，流量的快速增长迫使信号调制技术朝着更复杂发展，PAM4作为目前最高效的调制技术，已然成为了400G高速连接接口发展的必然趋势，而随着PAM4信号调制技术的日益成熟，越来越多的芯片制造商以及光模块供应商开始利用PAM4信号调制技术研发生产200G/400G产品，让其从理论转战到实际应用中。未来， PAM4将凭借着自身的优势（如高性能等）成为400G以太网信号调制的主流方式。
3C-LINK 在 200G QSFP56 以及400G QSFPDD , 800G QSFPDD 模块80KM以内使用PAM4技术。 超过80km可选择100G相干光模块，数据中心也可以根据其特定要求以任意组合使用光模块。流行的DWDM技术已扩展到200G线速，有助于保持数据通信网络的复杂性和成本因素。与无源多路复用器启用多通道CWDM/ DWDM网络的10G以下服务相比，DWDM将成为100G系统的主要多路复用器。
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