一、NRZ和PAM4碼型
下圖1所示為NRZ碼型和PAM4碼型的眼圖比特碼型。NRZ碼包含兩個電平，PAM4碼包含四個電平。PAM4碼可以看作為兩個NRZ碼的疊加，NRZ碼一個Symbol包含一個Bit，PAM4一個Symbol包含2個Bit。
圖1 NRZ碼型和PAM4碼型
二、PAM4碼型在高速以太網和相干光通信中的應用
1、高速以太網
以太網802.3bj為100Gb/s的背板和線纜標準，使用的信號碼型可以為NRZ碼或者PAM4碼。因為傳輸媒介為銅，帶寬是有一定的限制的，所以如果使用NRZ碼，速率難以做得非常高，而如果使用PAM4碼型，每個Symbol中可以傳輸2個Bit位，所以能夠在相同波特率情況下傳輸多一倍的數據信息。但是PAM4電平對噪聲更加敏感。
2、相干光通信中的基帶調制
當前比較成熟的100GbE相干光信號應用如下圖2所示。通過將四路25Gbps的NRZ信號進行雙極性的QPSK調制及電到光的轉換，從而實現100GbE的光信號傳輸。其中每一個極性（X極性和Y極性）中的兩路25Gbps信號使用QPSK 調制方式通過相互正交的I（實部）和Q（虛部）進行傳輸。
圖2 100G DPQPSK相干光通信基本框圖
四相相移鍵控調制是利用載波的四種不同相位差來表征輸入的數字信息，是四進制移相鍵控。QPSK是在M=4時的調相技術，它規定了四種載波相位，分別為45°，135°，225°，275°，調制器輸入的數據是二進制數字序列，為了能和四進制的載波相位配合起來，則需要把二進制數據變換為四進制數據，這就是說需要把二進制數字序列中每兩個比特分成一組，共有四種組合，即00，01，10，11其中每一組稱為雙比特碼元。每一個雙比特碼元是由兩位二進制信息比特組成，它們分別代表四進制四個符號中的一個符號。QPSK中每次調制可傳輸2個信息比特，這些信息比特是通過載波的四種相位來傳遞的。
相移鍵控通過改變光載波的相位來對信號進行編碼。QPSK信號有4個相位選擇，因而在每個周期或符號里可以調制2比特，信號可以是00、11、01或10。下圖3表示了傳輸信號的相位信息是如何映射為編碼的數據及星座圖。傳輸的數據信號由調制的I信號和Q信號組成。
圖3 QPSK調制信號的傳輸及星座圖
由于PAM4碼型信號包含的信息量是NRZ碼型信號的一倍，因此如果使用PAM4來代替NRZ，則在同樣的信號速率下傳輸的信息量可以提升一倍，原100GbE的信號吞吐率可以提升到200GbE，如圖5所示。由于PAM4信號具有4個電平，是16QAM調制的基帶調制電平。如下圖4所示，I和Q分別傳輸的是4電平的PAM4信號，每個電平分別包含2個
比特的數字信息，這樣I和Q兩路加到一起每個電平就對應了4個比特的數字信息。傳輸的信息組合類型總共有 16種。圖4右邊的圖為16QAM信號的星座圖。
圖4 16QAM調制信號的傳輸及星座圖
圖5 基于PAM4的相干光通信傳輸系統
三、PAM4的測試解決方案
力科（Teledyne LeCroy）開發了專門針對PAM4的測試軟件包，配合力科的高帶寬示波器實現對PAM4信號的全面分析。包含如下的功能特征：
- 時鐘恢復
- 眼圖
- 眼高/眼寬測量
- 抖動參數測量及分解
- 噪聲參數測量及分解
- IsoBER眼圖輪廓及誤碼率輪廓預測
- 眼圖偏移
- 電平測量
- 追蹤/直方圖/頻譜
- 均衡
- PAM4信號的仿真
圖6 多鏈路的PAM4信號眼圖測試
圖7 PAM4信號電平測試