【光电通信】以太网与PAM调制！

今日光电 2024-04-07 18:02

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以太网由IEEE标准化为IEEE 802.3。而以太网物理层的发展经历了相当长的时间跨度，包含多种物理介质接口和多个速度等级。速度范围从1Mbit/s到400 Gbit/s，物理介质范围从笨重的同轴电缆到双绞线和光纤。

在IEEE 802.3标准中，以太网通过各种调制方案在不同以太网速度上传输数据包。

大多数以太网都使用脉冲幅度调制，即PAM星座。在PAM信号调制中，信息通过一系列信号脉冲的幅度进行编码。例如，一个双比特PAM4采用两个比特，并在指定的周期内将信号幅度映射到四个可能的电压电平（比如说–2V、-1V、1V、2V）之一，即Tp。信号的解调是通过检测载波在每个周期Tp的幅度电平来完成的。

图-PAM信号图

PAM编码

以太网的速率与类型决定了我们使用哪种类型的PAM。

例如，100BASE-T2（运行速度为100Mb/s）以太网在两个线对上使用五级 PAM 调制。IEEE 802.3an 标准将 10GBASE-T 的线路级调制定义为Tomlinson-Harashima Precoding(汤姆林森-哈拉希玛精确编码)THP的脉冲幅度调制，具有16个离散级（PAM16），以二维棋盘图案编码，称为 DSQ128。

在IEEE 802.3an标准中，针对10GBase-T的线电平调制有如下几种方案：

具有12个离散电平PAM12；
10个电平PAM10或8个电平的PAM8；
带或不带THP的PAM。

图-以太网和PAM编码

PAM3型

PAM3信号在任何给定时刻都涉及三种状态或重要条件之一，如功率电平、相位、脉冲持续时间或频率。使用PAM3的以太网速率有100BASE-T4、100BASE-T1和1000BASE-T1。

其中，100BASE-T4是快速以太网的早期实现。它需要四对双绞铜线，但这些铜线对只要求是3类，而不是TX所要求的5类。其中一对用于发送，一对用于接收，其余两对根据协商切换方向。

另外，也可以使用一种非常特别的8B6T编码将8个数据位转换为6个基数3位数（信号整形，由此产生的两个3位数基3符号通过三对并行传输，使用3级脉冲-幅度调制（PAM3）。

PAM4型

400G PHY采用PAM4信号，与现有的NRZ非归零方案相比，具有波特率减半、电压电平增加、信噪比SNR提高等优点。

图-PAM4信号

PAM5型

PAM5信号可以用于各种以太网速度，如100BASE-T2和1000BASE-T。它使用这两个线对同时进行传输和接收，从而实现全双工操作。

首先，通过基于线性反馈移位寄存器的非复杂扰码程序，将一个4-bit符号扩展为两个3-bit符号。原始比特到符号编码的映射在时间上并不恒定，而且周期相当大,表现为伪随机序列。从符号到PAM5线路调制水平的最终映射如下图所示。

图-PAM5星座图

PAM8型

PAM8信号以100G PHY为目标。对于PAM8方案，比特流通过PAM8编码器映射到符号中，然后使用简单的3抽头T间隔FFE滤波器执行预失真，其中T是符号周期。

PAM16型

这种信号用于各种速率的以太网，如2.5G BASE-T、5G BASE-T、10G BASE-T、25G BASE-T、50G BASE-T。IEEE标准规定10G/25G/50GBASE-T的线路级调制使用THP和具有16个离散级的PAM16，以二维棋盘图案编码，称为DSQ128，以800 Msymbols/s的速度在线路上发送。