云计算和大数据等领先趋势推动了流量的指数级增长和400G以太网的兴起。数据中心网络正面临着更大的带宽需求，基础设施需要创新技术来满足不断变化的需求。目前，有两种不同的信号调制技术用于下一代以太网:不归零(NRZ)和4级脉冲幅度调制(PAM4)。本文将介绍这两种调制技术，并对它们进行比较，以找到400G以太网的最佳选择。
NRZ和PAM4基础知识
NRZ是一种使用两个信号电平来表示数字逻辑信号的1/0信息的调制技术。逻辑0是负电压，逻辑1是正电压。在每个时钟周期内可以发送或接收一位逻辑信息。波特率，即符号变化的速度，等于NRZ信号的比特率。
PAM4是一种使用四个不同的信号电平进行信号传输的技术，每个符号周期代表2位逻辑信息(0,1,2,3)。为了实现这一点，波形有4个不同的电平，携带2位:00、01、10或11，如下所示。每个符号有两个比特，波特率是比特率的一半。
NRZ与PAM4的比较
比特率
具有NRZ机制的传输将具有相同的波特率和比特率，因为一个符号可以携带一个比特。28Gbps (gigabit per second)比特率相当于28GBdps (gigabaud per second)波特率。然而，由于PAM4每个符号携带2位，56Gbps的PAM4将以28GBdps的线路传输。因此,PAM4在给定波特率下比NRZ的比特率提高一倍，为400G等高速光传输带来更高的效率。更具体地说，一个400gbps的以太网接口可以通过PAM4调制实现50Gbps的8车道或100Gbps的4车道。
信号丢失
PAM4允许每个符号周期传输的信息是NRZ的两倍。因此，在相同比特率下，PAM4的波特率(波特率也称为符号率)只有NRZ信号的一半大大降低了PAM4信令中传输通道造成的信号损耗．PAM4的这一关键优势允许以更高的比特率使用现有通道和互连，而不会使波特率翻倍并增加通道损耗。
信噪比(SNR)和误码率(BER)
如下图所示，PAM4的眼高度是NRZ的1/3，导致PAM4的信噪比(SNR)增加-9.54 dB (Link Budget Penalty)，这影响了信号质量，在高速信令中引入了额外的约束。垂直睁开的眼睛要小33%PAM4信令对噪声更敏感，导致较高的误码率．然而，PAM4之所以成为可能，是因为前向纠错(FEC)可以帮助链路系统实现所需的误码率。
电力消耗
减少PAM4信道中的误码率需要在Rx端进行均衡，在Tx端进行预补偿，对于给定的时钟速率，这两者都比NRZ链路消耗额外的功率。这意味着PAM4收发器在链路的每一端产生更多的热量．然而，新的最先进的硅光子(SiPh)平台可以有效地降低能源消耗，并可用于400G收发器。例如,FS硅光子400G收发器结合SiPh芯片和PAM4信令，是400G数据中心低成本、低功耗的解决方案。
400G以太网从NRZ转换为PAM4
随着大量数据在全球范围内传输，许多组织都在寻求向400G迁移。400G以太网最初采用16× 25G波特率NRZ，如400G- sr16，但该方案的链路损耗和尺寸不能满足400G以太网的需求。PAM4可以在波特率的一半的情况下实现更高的比特率，而设计人员可以继续以潜在的400G以太网数据速率使用现有通道。因此，PAM4已取代NRZ成为中国电子或光学信号传输的首选调制方法400G光模块．
文章来源:NRZ与PAM4调制技术
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