T10T43 【通信基础】比特率、波特率、带宽
2024年有一个基础内容的系列线上解析，分10个议题来解读，每个议题约100多页PPT的内容量。
比特率、波特率和带宽，是被问到的重复率最高的一个问题了。今年的基础解析系列，特意把这个点拿出来聊一聊。
今天举两个例子，一个是以太网模块，另一个是相干。
先说以太网光模块，比如800G 2FR4模块，有8个100G的EML，这个100G是比特率。
EML芯片，分三个点，第一个是DFB产生的直流光CW，这个光是有波长的，也有一个频率，比如波长1310nm，频率=c/λ=228.8T
EA调制器的电极输入的调制信号，是PAM4，PAM4是调制格式，属于NRZ的NRZ。把电信号调制在光的载波上，EAM输出的光是带有信号包络的光信号了。
VCSEL、DFB、MZ等大同小异，在具体解析里我再去画这几个点。
先记着第一个频率，载波频率。1310nm的频率是228.8THz。
其次看信号
电信号的PAM4和NRZ是可以换算的。
NRZ叫非归零码，那是应为更早以前用归零码，给一个信号，然后归零，然后再给信号，再归零。
比特是一个这段时隙的具体状态，而频率是一个周期所需的时间，本质上包括两个比特，一个高一个低，属于1Hz。
奈奎斯特频率，就从这里做的推算，非归零码1Hz=2bit，
电平的幅度，光功率的能量，如果以手的高度来评估的话，非归零码是两个状态
PAM4是NRZ的NRZ，手的高低依然是1或0，脚的高低也是独立存在的1或0，最终手和脚的各自状态叠加，就是PAM4，其实是两个独立的NRZ叠加在一起的。采用PAM4可实现的是更多的比特。
那么一切再次回归到NRZ，方便识别。光信号是载波上调制了电信号的包络，载波有一个频率，信号也有一个频率。
咱们的光模块1310nm波长的100Gbps，1310nm波长对应的是载频频率228.8THz，信号频率的计算就想对复杂一些，和编码格式强相关。一会儿再来汇总。
接着说UI，单位时隙或者叫时间间隔
有的时候，也会以眼图的方式来标注，眼图不是实际存在的一个信号，而是多个时间段采样后叠加在一起做分析的，眼图会单独列一个基础解析。
假如一个时间间隔是1ns，那么采用NRZ的话，一秒钟就是可以传10的9次方个比特，也就是1Gbit/s，按频率来算则是一个周期2ns，一秒钟具有0.5G个周期，0.5GHz
NRZ的话，全身只有手在动，也就不再区分波特率和比特率，二者是一样的理解。
咱们光模块到了PAM4，有了波特率和比特率的互换，因为一个时隙内不只代表一个比特，而是两个比特（手的状态和脚的状态）的叠加态。
50Gbps，采用PAM4，则是25GBaud/s，信号带宽是12.5GHz，每一个时隙是40ps
还以800G光模块里的那个100G EML为例，业务码率是50GBd，或者叫做100Gbps，但是只有业务码不够用，通常需要插入一些码型，比如隔一段插入一个10，来避免长连0和长连1，去掉业务码的超频频段。
所谓的0Hz，就是直流，信号的耦合电容是无法实现直流量的耦合。
还经常需要插入用于FEC纠错的码，用于增强灵敏度。
这些在业务码里插入的功能码，会让原来一个20ps的时隙，变得更小一些，也就是咱们听到的56GBd啊，112Gbps啊，这些事儿。
那么随着插入码型的多少，整个模块的实际工作的频率会增加。
其次是选型，选择EML时要选一个比使用的信号带宽略大一些的光器件，EML具有大带宽的能力，可以工作在较低频率的信号传输中。
原因有二，一是EML的带宽是需要界定测试条件的，比如高温时带宽会比常温的要小，二是标定带宽是按照信号被削弱到50%来定义的，也就是采用更大带宽的光学电学芯片可以实现更好的信号质量，避免信号过度失真。
换句话来理解，EML的带宽就是蛋糕盒，要尽量避免对内部蛋糕产生挤压变形。
再回到IQ调制器，也就相干模块里的IQ调制器，属于正交的两个调制，什么是正交？如下图，红色的投影面和蓝色是投影面，各自做各自的，互不干扰。
I和Q的调制器，在相干模块里是独立的两个调制器，类似于咱们双手写字，如果能像周伯通，那么就比NRZ的单手工作，多了一倍的比特容量。
QPSK和16QAM的区别在于QPSK是俩手各管一个NRZ，16QAM是俩手俩脚各管一个NRZ，俩手处于两个正交面，手和脚的叠加是高度（幅度）叠加，16QAM属于正交幅度相位调制。
还有一个DP-16QAM，把光的两个偏振态分出来了，属于夫妻档，每人（偏振）都是手脚并用型的调制。
换算关系如下：
