摘 要

本设计的目的和意义为对四阶脉冲幅度调制(PAM4)信号的产生与检测进行研究设计并仿真，并给出具体的测试方案与仿真结果。

此前国内外有关研究出现过各种使用纳米级别CMOS 工艺设计的高速率的 PAM4 信号发射机及PAM4信号接受电路以及高速率均衡器。本文通过相关的技术指标对PAM4信号的产生与检测及其影响因素进行仿真分析，其中对有效改善接受的PAM4信号的质量的均衡技术进行研究。

重点研究了不同均衡器及其算法对于PAM4信号最终接收检测质量的影响，对目前常见的3种均衡技术进行研究：线性均衡；非线性均衡器中的判决反馈均衡器(DFE)和最大似然序列估计均衡器(MLSE)。研究，设计了科学严谨的对比方案。通过使用 matlab/simulink 仿真软件对这几种结构的均衡器进行仿真，分析均衡前后的星座图，眼图和误码率。经仿真对比，确定了在模拟复杂信道条件下对PAM4接收检测性能上优异程度依次为MLSE、DFE及线性均衡的结果。

关键词：PAM4；产生；检测；均衡

Abstract

The purpose and significance of this design is to research, design and simulate the generation and detection of the fourth-order pulse amplitude modulation (pam4) signal, and give the specific test scheme and simulation results.

Before that, various kinds of high-speed pam4 signal transmitters, pam4 signal receiving circuits and high-speed rate equalizers designed by nanometer level CMOS technology have been developed. In this paper, the generation and detection of pam4 signal and its influencing factors are simulated and analyzed through the relevant technical indicators, among which the equalization technology to effectively improve the quality of the received pam4 signal is studied.

This paper focuses on the influence of different equalizers and their algorithms on the final detection quality of pam4 signal, and studies three common equalization technologies: linear equalization; decision feedback equalizer (DFE) and maximum likelihood sequence estimation equalizer (MLSE) in nonlinear equalizer. Research, design a scientific and rigorous comparison program. Through the use of MATLAB / Simulink simulation software to simulate these kinds of equalizers, analyze the constellation diagram, eye diagram and bit error rate before and after equalization. Through the simulation comparison, it is confirmed that the performance of pam4 receiving and detecting is MLSE, DFE and linear equalization.

Key Words：PAM4；produce；detection；equalization

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 3

1.1 研究背景及意义 3

1.2 国内外研究现状 3

1.3 研究内容和结构安排 5

第2章 PAM4信号与检测影响因素 6

2.1 PAM4信号特征 6

2.2 影响PAM4检测的因素 7

2.2.1 信道噪声 7

2.2.2 损耗及色散 8

第3章 PAM4产生的原理及技术 12

3.1 PAM4的产生原理 12

3.2 技术实现及问题 13

3.3 PAM4产生的软件实现 13

第4章 PAM4信号的检测及均衡技术 16

4.1 PAM4的检测方式 16

4.2 PAM4的检测指标 16

4.2.1发射眼图闭合四相 16

4.2.2眼图切换抖动 17

4.2.3误码率误符率 17

4.2.3星座图离散程度 17

4.3 PAM4的软件检测 18

4.4 均衡的应用 19

4.4.1 均衡原理 19

4.4.2 线性均衡器 19

4.4.3 非线性均衡器 22

第5章 PAM4产生与均衡后检测的的仿真与分析 32

5.1 方案设计 32

5.1.1 软件选择 32

5.1.2 方案研究与模型建立 33

5.2 整体仿真设计 35

5.3 结果与分析 37

第6章 结论 45

参考文献 46

附录 47

致谢 51

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

在当今这个信息时代，伴随云计算、大数据及物联网等产业的高速发展，数据请求和处理量开始出现爆发式的增加，而目前较为前沿的光设备的带宽范围越来越难以改善，急切地需要复杂的调制过程。在如此背景之下，为了让信息可以更高速率的传输，四级脉冲幅度调制（PAM4）是调制升级现代化方案中被广泛关注的高阶调制方案，它支持光连接以提高速度。移动通信也会在不久的将来进入5G时代，PAM4也将在5G的承载网络之中扮演重要的角色。与4G时代相比，运营商网络的传输能力将提高多倍。未来，PAM4技术将广泛应用于高速光模块5G载波^[1]。

长久以来，不归零码（NRZ）调制方案都是非相干的光通信中最重要的技术之一，但随着通信传输需求的提高，如200G/400G，其在光电转换宽度、色散及成本等等方面都遇到了一些障碍和困难。

如果带宽大于25G，则色散对中长距离传输的影响开始显著；如果光带宽大于60Gbit，则存在需要新材料、新技术突破的技术瓶颈^[2]；成本上，发送相同数量的比特信息，PAM4的发送速率只需要NRZ的一半，节省了大量光器件的带宽需求量，故降低了器材的成本。