PAM4模块在DWDM大数据中心互联系统的应用研究
面向5G的基于RSOA的50 Gbs PAM4 WDM-PON前传网络
引用本文：张晨希，张春蕾，赵钢明.面向5G的基于RSOA的50Gb/s PAM4WDM-PON前传网络[J].光通信技术,2020,44(4)：D-12.面向5G的基于RSOA的50Gb/s PAM4WDM-PON前传网络张晨希，张春蕾,赵钢明(兰州交通大学电子与信息工程学院，兰州730070)摘要：为了满足5G前传网络发展的需要，提供更大的带宽，在基于反射式半导体放大器(RSOA)再调制的波分复用无源光网络(WDM-PON)系统中，采用下行速率为50Gb/s的四脉冲幅度调制(PAM4)信号和上行速率为10Gb/s的非归零(NRZ)信号，构成不对称传输架构的双向通信系统，将其作为前传网络4｛载方案.在理论研究的基础上，使用仿真软件Optisys-tem对基于RSOA再调制4WDM-PON系统进行了仿真和分析，分析了不同发射光功率下系统4传输性能；分析了背靠背和有色散补偿42种条件下上、下行传输系统4性能.证明了采用下行50Gb/s PAM4信号和上行10Gb/s NRZ信号4 WDM-PON可作为前传网络4承载方案.关键词：前传网络;波分复用无源光网络;四脉冲幅度调制；反射式半导体放大器；5G中图分类号：TN929.il文献标识码：A文章编号$1002-5561(2020)04-0008-05D01：10.13921/ki.issnl002-5561.2020.04.002开放科学(资源服务)标识码(OSID)：5G oriented50Gb/s PAM4WDM-PONfronthaul networks based on RSOAZHANG Chenxi,ZHANG Chunlei,ZHAO Gangming(School of Electronic and Information Engineering,Lanzhou Jiaotong university,Lanzhou730070,China)Abstract:In order to meet the needs of the development of the5G fronthaul networks and provide greater bandwidth,in this paper,a four pulse amplitude modulation(PAM4)signal with a downlink rate of50Gb/s and an non return to zero(NRZ)signal with an uplink rate of10Gb/s are used to constitute a two-way communication system in the reflective semiconductor amplifier (RSOA)based on wavelength division multiplexing passive optical network(WDM-PON)system with an asymmetric transmission architecture as a fronthaul network carrying scheme.The simulation software Optisystem is used to simulate and analyze the WDM-PON system based on RSOA remodulation,and analyzes the transmission performance of the system at different transmit optical power;The performance of the uplink and downlink transmission system is analyzed under the conditions of back-to-back and dispersion compensation.It is proved that WDM-PON with downlink50Gb/s PAM4signal and uplink10Gb/s NRZ signal can be used as a fronthaul network carrying scheme.Key words:fronthaul networks;wavelength division multiplexing passive optical network;four pulse amplitude modulation;reflective semiconductor amplifier;5th generation0引言移动通信技术正处于急速发展的阶段，目前移动通信技术的热点就是5G。
光模块里pam4的格雷编码
光模块里pam4的格雷编码
PAM4（ 四级脉冲振幅调制）的格雷编码是一种将数字信号映射到模拟波形的技术。
在光模块中，PAM4编码被广泛应用于光通信，以提高数据传输速率和频谱效率。
格雷编码是一种特殊的二进制编码，其中相邻的数字之间只有一个比特位不同，这有助于减少传输中的错误率和串扰。
PAM4的格雷编码是将每个数字映射到一系列模拟电平上，其中每个电平代表两个比特位的组合。
与传统的二进制编码 如NRZ）不同，PAM4使用更多的电平来表示更多的比特组合，从而实现更高的数据传输速率。
下面是一个简单的PAM4的格雷编码示例：
在这个示例中，每个二进制比特对应一个格雷编码比特，而每个格雷编码比特则对应一个模拟电平。
这种映射关系使得传输过程中更容易区分不同的信号状态，从而提高了传输的可靠性和速率。
是德科技PAM-4测试技术解决方案照亮400G研发前景
具 不 同而 带 来 的差 异 。
利用 Ｍ ８ １ ９ ６ Ａ来演示器 １ １ ２ Ｇ ｂ ｐ ｓ Ｐ Ａ Ｍ － ４光传输 系统 。 “ 我们很高兴在 ４ ０ ０ Ｇ及通 向未来演进道路上 ， 走在 业界前列 ， ” 是德科技副总裁、 网络和数据 中心事业部总
内置光座 ， 而且将 成本大大降低。
为 进一 步 满 足 研 发 的 高 端需 求 ， Ｋ ｅ ｙ ｓ ｉ ｇ ｈ ｔ 的Ｎ １ ０ ４ ６ Ａ 采样 示 波器 模 块带 宽 指标 高 达 １ ０ ０ Ｇ Ｈ ｚ， 可用 带 宽 高 达
・ 高度集成化 的Ｐ Ａ Ｍ－ ４误码分析仪 ， 支持 ６ ４ Ｇ Ｂ ａ ｕ ｄ ，
经理 Ｊ ｏ ａ ｃ ｈ ｉ ｍ Ｐ ｅ ｅ ｒ ｌ ｉ ｎ ｇ表 示 ： “ 是 德 科 技 一 直 致 力 于数 据
为进 一 步 降 低 生 产 测 试 费用 ， Ｋ ｅ ｙ ｓ ｉ ｇ ｈ ｔ的 Ｎ １ ０ ９ ２
Ｄ Ｃ Ａ — Ｍ系列 没 有 显 示 屏 的多 通 道 采 样 示 波 器 ， 专 为 １ ０ ０ Ｇ ／ ２ ０ ０ Ｇ ／ ４ ０ ０ Ｇ光 器 件 生 产 研 发 而 优 化 ， 一 个 模 块 可
ｓ ｙ ｎ ｔ ｈ ｅ ｔ ｉ ｃ ａ ｐ ｅ ｒ ｔ ｕ ｒ ｅ ｒ ａ ｄ ａ ｒ ｉ ｍａ ｇ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ ｉ ｍａ ｇ ｅ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｇ ．
是德 科 技 Ｐ Ａ Ｍ－ ４测试 技 术 解 决 方案 照 亮 ４ ０ ０ Ｇ 研 发 前 景
高度集成的 ４ ０ ０ Ｇ研发方案不仅简化 了硬件外 围连线 ， 而且打通了从设计到测试 的阻碍墙
短距光互连的PAM4调制技术研究
申请上海交通大学工程硕士专业学位论文短距光互连的PAM4调制技术研究学校：上海交通大学院系：电子信息与电气工程学院班级：Z1303421学号：1130342031工程硕士生：彭真工程领域：电子与通信工程导师Ⅰ：杨宇红（高级工程师）导师Ⅱ：曾巧玉（博士）上海交通大学2016年5月3日A Dissertation Submitted to Shanghai Jiao Tong University forMaster Degree of EngineeringSimulation Analysis of PAM4 Optical FiberCommunication SystemAuthor：Zhen.PengSpecialty: Electronics and Communication EngineeringAdvisor Ⅰ: Sr Eng. YangAdvisor Ⅱ:Prof.ZengSchool of Electronics and Electric Engineering Shanghai Jiao Tong UniversityShanghai, P.R.ChinaMay 24th, 2016学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。
除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
学位论文作者签名：日期：年月日图1-1 NRZ与PAM4基带调制信号与眼图[1]图1-2 SFP+ BOM成本分析[32]表1-1 已经标准化的PAM4标准以及即将标准化（星号标注）的PAM4标准（截止到2015年9月）通信介质开始越来越多的采用光纤传输。
图 1-3 单位传输距离损耗和频率关系[45]图1-4 实验设置，码型发生器的输出幅度与相位都是经过调整与匹配[33]图1-5 实验设置，波形输出的幅度与相位都是经过调整后的[7]图1-6 实验设置示意图（70Gbps PAM4）[6]图1-7 实验设置示意图（1060nm 50Gbps PAM4）[8]图1-8 实验设置示意图（905nm 50Gbps PAM4）[12]上海交通大学工程硕士学位论文第二章二进制调制方式（OOK）光纤通信系统概况第二章二进制调制方式（OOK）光纤通信系统概况光纤通信传输系统是以多模光纤或单模光纤为传输媒介，波长在600nm到1.6um光波为载波的通信系统。
智能光通DCP-M40-PAM4-ZR多格式40通道DWDM开线系统用户数据手册说明书
DCP-M40-PAM4-ZRMulti-format 40 channel DWDM open line system (0-80 km)AN OPEN LINE PLATFORM DESIGNED FOR DCIDCP-M is a true open line DWDM platform designed specifically for modern DCI. DCP-M has the form factor and usability of apassive multiplexer, but unlike a passive multiplexer it monitors the traffic, amplifies the signals for longer distances and can handle higher data rate protocols. DCP-M provides everything required for an open line system and is simple, reliable and open for all DCI protocol types. DCP-M offers an unparalleled level of plug and play simplicity regardless of traffic type and network application. The DCP-M family comprises four models for either 8 or 40 channels, dedicated for either 100G DWDM PAM4 traffic or for applications with any mix of PAM4, NRZ and coherent 100/400G channels.DCP-M40-PAM4-ZR IN SHORT• 40 channels active DWDM multiplexer for open line systems• Accepts any DWDM signal format: PAM4 (40G/100G), NRZ(1-32G), Coherent (QPSK/8QAM/16QAM) • Up to 80 km of reach for PAM4 modulated signal. Extended reach for other formats.• Unprecedented level of cost efficiency and ROI for 100G Data Center Interconnect (DCI) • High speed multi-protocol capability • Industry defining 1U form factor• Automated configuration and zero touch provisioning - behaves like a passive multiplexer • Automatic fiber distance measurement and dispersion compensation• Modern REST based management architecture with standard and customizable APIsAUTOMATED CONFIGURATION, ZERO-TOUCH PROVISIONING AND SMART MANAGEMENTDCP-M brings an unprecedented level of plug and play simplicity to DWDM DCI networking, being designed with ease of use in mind. Power levels are automatically regulated and a visual confirmation via LEDs shows that channel and line are set up correctly. Automated configuration and zero-touch provisioning mean that installation and adding new connections can be done in minutes also by staff with only a basic knowledge of optical networking.ORDERING INFORMATIONDCP-M Series product codesDCP-M40-PAM4-ZR/HW Base HW, 40 channel DWDM OLS, D921-D960, OSC, 0-80km, PAM4, NRZ, Coherent DCP-M-ENL-6.x_SW DCP-M Embedded Node Licence for software release 6.xDCP-2-PSU-AC-FB AC power supply for DCP platform, Front-to-Back airflowDCP-2-PSU-DC-FB DC power supply for DCP platform, Front-to-Back airflowSparesDCP-2-FAN-FB Spare fan unit, Front-to-BackTECHNICAL SPECIFICATIONSPRODUCT CONFIGURATION40 channel DWDM open line system formetro DWDM, DCI and dark fiber connectivity.Supported encodings:- PAM4 (40G/100G) (Maximum 20 x PAM4 signals)- NRZ (1-32G)- Coherent (QPSK/8QAM/16QAM)Supported protocols:- 1/10/40/100/200/400G Ethernet- 1/2/4/8/16G Fiber Channel- Other protocols may be supported,contact Smartoptics for more information.FRONT SIDE CONNECTIONSAll ports are of LC connector type40 x DWDM client channels D921 to D9601 x Line input/output portVISUAL INDICATORSStatus LED Power & Alarm statusClient LED: 40 x individual client Tx/RxLine LED: Line Tx/RxREAR SIDE CONNECTIONSManagement and console ports4 x RJ45 Management ports 10/100/1000 Base-T1 x SFP Management port 1000 Base-X1 x RS-232 serial port1 x RJ-45 Local craft 10/100/1000 Base-T2 x Power supplies: Single/dual feeding. Hot swappable.1 x Fan unit: Redundant plugin. Hot swappable.MANAGEMENT PROTOCOLSSSH/CLI, SNMP, NTP, TFTP, TACACS+, Radius, SyslogIn future release: REST, NetConfSOFTWARE UPGRADESTraffic hitless software upgradesNOTE. THE INFORMATION IN THIS DOCUMENT IS VALID FROM RELEASE R6.0DIMENSIONSSize (WxDxH)440mm x 510mm x 1RU17.3” x 20” x 1RUWeight: 13 Kg / 28.7 lbs.EYE SAFETYLaser safety class 1MPOWER CONSUMPTIONTypical consumption at 220VAC:Normal operation: 45WMax during power up: 65WAC Fuse: 100-127 VAC (3A)200-240 VAC (1.5A)DC Fuse: -40 to -72 VDC (7A)ENVIRONMENTALOperating temp: 0° C to +45° CCooling: Front to backHumidity: 5% to 85%Altitude: 3000 m (10.000 ft.)OPTICAL SPECIFICATIONFiber distance: 0 – 80 km*Fiber link loss: 0 – 18 dBFiber types: G.652 (SMF-28)* The distance range of 0 – 80 km is only valid for HW revision R2A and later. Older HW support a distance range of 40 – 80 km。
DWDM的原理与应用
DWDM的原理与应用一、DWDM的概念DWDM（Dense Wavelength Division Multiplexing），即密集波分复用技术，是一种在光纤传输中使用的通信技术。
它通过将多个信号在不同的波长上进行多路复用，并在接收端进行解复用，从而实现高容量、高速率的数据传输。
二、DWDM的原理DWDM的原理基于波长分割和多路复用技术。
它利用光纤传输介质，将多个不同波长的光信号同时传输，而不同波长的光信号之间不会互相干扰。
在发送端，多个光信号通过光源产生，并经过光调制器对信号进行编码。
然后，这些编码后的信号被发送到光纤中。
在接收端，光信号经过光解调器进行解调，并分离出不同波长的光信号，再经过信号处理进行解码。
三、DWDM的优点•高容量传输：DWDM技术可以在单根光纤上同时传输多个信号，大大提高了传输容量。
•高速率传输：DWDM技术支持高速率的数据传输，可以达到数百Gbps甚至Tbps级别的速率。
•灵活性：DWDM技术可以根据需求灵活调整不同波长的信号，适应不同的网络需求。
•稳定性：DWDM技术在光纤传输中具有较好的稳定性和抗干扰能力，能够保证信号的质量。
四、DWDM的应用1. 光通信网络DWDM技术被广泛应用于光通信网络中。
由于其高容量和高速率的特点，DWDM可以实现远距离、大容量的数据传输，满足现代通信需求。
在光通信网络中，DWDM可以用于长途传输、局域网互连以及数据中心之间的连接等场景。
2. 数据中心互联随着云计算和大数据时代的到来，数据中心的规模和需求不断增长。
DWDM技术在数据中心之间的互联中，能够有效提高数据传输的容量和速率，满足大规模数据中心之间的高带宽需求。
同时，DWDM技术能够实现数据中心的灵活扩展和连接，提高整个数据中心网络的可靠性和性能。
3. 传统网络升级对于传统的SDH/SONET网络，DWDM技术也有广泛的应用。
通过引入DWDM技术，可以实现对传统网络的扩容和升级，提高传输效率和容量。
pam4的信道均衡
pam4的信道均衡信道均衡在PAM4调制中的应用PAM4调制是一种高级调制技术，可提供更高的传输速率和更高的数据容量。
然而，在PAM4信号传输中，信号受到信道的影响而变得失真，这就需要使用信道均衡来纠正信号失真并恢复数据的准确性和完整性。
本文将探讨PAM4调制中信道均衡的原理、方法和应用。
一、信道均衡原理PAM4信号在传输过程中受到信道的干扰和失真。
信道干扰主要包括噪声和多径效应，导致信号的振幅、相位和时序发生变化。
为了纠正这些失真，信道均衡的原理是通过加权和滤波的方式调整信号的幅度和相位，以恢复信号的原始形态。
二、信道均衡方法1. 线性均衡：线性均衡是最基本的均衡方法，通过调整信号的幅度和相位来纠正信号失真。
常见的线性均衡器有FIR（有限脉冲响应）滤波器和DFE（决策反馈均衡器）。
FIR滤波器通过一系列加权系数对信号进行滤波，实现信号幅度和相位的调整。
DFE则通过估计当前输入符号和决策输出符号之间的关系来进行灵活的信号均衡。
2. 非线性均衡：非线性均衡方法更为复杂，但也更有效地纠正信号失真。
常见的非线性均衡器包括MMSE（最小均方误差）均衡器和MLSE（最大似然序列估计）均衡器。
MMSE均衡器通过最小化误差的均方值来估计信号失真，并对信号进行修正。
MLSE均衡器则通过计算不同输入序列的概率来选择最可能的输入序列，并根据其修正信号。
三、信道均衡的应用1. 通信系统：PAM4调制广泛应用于高速通信系统，如光纤通信和无线通信。
通过使用信道均衡器，可以提高信号的传输质量和可靠性，减少误码率，从而实现更高的数据传输速率。
2. 数据中心：在大规模数据中心中，PAM4调制用于高密度数据传输。
信道均衡器在此场景中扮演着重要角色，可以克服信道失真带来的挑战，确保数据中心内的高速数据传输的准确性和可靠性。
3. 汽车电子：随着自动驾驶技术的发展，汽车电子系统对高速数据传输的需求越来越大。
PAM4调制结合信道均衡技术可以提供更高的带宽和更稳定的数据传输，满足汽车电子系统中各种传感器和控制模块之间的高速通信需求。
通信行业：PAM4和相干DSP光芯片市场展望
y通信行业PAM4和相干DSP 光芯片市场展望事件：近期，Lightcounting 发布最新报告：《The emerging market for PAM4 and coherent DSPS 》，更新PAM4和相干DSP 光芯片2021年市场数据，对2022-2027年做出市场预测。
点评：未来5年光通信芯片市场保持18%增长Lightcounting 最新预测：从2022年到2027年，光通信芯片市场将保持18%的复合年增长率，总销售额将从2022年的约24亿美元增长到超过54亿美元。
以太网和DWDM 成为增长最快的细分市场，贡献大部分市场份额。
2016-2018年，光通信IC 芯片组市场呈下降趋势。
由于DWDM 领域采用低成本的可插拔100G 模块替代高成本的板载解决方案，DWDM 芯片组的销售额在2016-2018年下降。
另外，DWDM 传输设备供应商之间的竞争恶化，导致产品毛利率下滑，加剧了销售额的下降。
2022年PAM4芯片销售额将超越相干DSP 芯片2016-2020年相干DSP 芯片的销售额远超PAM4芯片，2021年这一情况有明显的变化。
电信运营商基础设施项目的延迟、可插拔DWDM 模块取代板载解决方案，加速了相干产品销售额在2021年下降。
受益于亚马逊等互联网公司批量部署400G 光模块，PAM4芯片组的销售额在2021年几乎翻了一番。
Lightcounting 预测，到2022年PAM4芯片的销售额将超过相干DSP 芯片。
数据中心产业驱动高端光芯片行业增长从2016-2021年统计数据和2022-2027年预测数据看，数据中心产业持续驱动光模块行业增长。
其中增长预期最快的PAM4芯片主要用于高速短距光模块，对应IDC 内部互联场景；相干DSP 光模块主要用于OTN 设备，用于数据中心互联和电信运营商的光传输网络。
元宇宙、产业数字化、东数西算驱动数据中心产业发展，将带动光模块行业持续增长。
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ＰＡＭ４模 块 在 ＤＷ ＤＭ大 数 据 中心 互联 系统 的应 用研 究
一 赵 关 宝 沈 笑 寒 （江 苏 亨 通 光 网科 技 有 限 公 司特种 连接 器 事 业 部 江 苏 苏 州 ２１ ５２００）
图● 目 Ａｂｓｔｒａｃｔ
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城市 区域 网络 密集 波分复用 数据 中心互联 系统 ＰＡＭ４ ＱＳＦＰ２８光模 块 ＳＦＰ接 口 ｍｅｔｒｏｐｏｌｉｔａｎ ａｒｅａ ｎｅｔｗｏｒｋｓ；ＤＷ ＤＭ ：ＰＡＭ４；ＱＳＦＰ２８ ｍｏｄｕｌｅｓ；ｄａｔａ ｃｅｎｔｅｒ ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ；ｑｕａｄ ｓｍａｌｌ ｆｂｒｍ—ｆａｃｔｏｒ ｐｌｕｇｇａｂｌｃ
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随着大数据 、云计算 时代 的来临 ，人们对于数据传输速率 有着越来越高的要求 ，使 用高阶￣ｔ＇，ｔｊＰＡＭ４调 制技 术在相同信号带宽下可 以传 输 更多的数据 本Ｐ２８光模块 《４ｘ５６Ｇ／ｓ）在４ Ｔｂ／ｓ的城市数据 中心互联系 统的特 测试 了该传输系统在８０ｋｍ传输 距离上 的工作性能 ，并且在该系统上测量 了不同类型光纤的色散和光学非线性效应 ．．
Ｄｏｉ：ｌＯ．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３－５１３７．２０１８．０１．０１０
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