無論是否開源，像ChatGPT、文心一言、作業(yè)輔導(dǎo)等各類AI工具，其背后都離不開大規(guī)模AI模型的訓(xùn)練，而這一過程對算力的需求極為龐大。因此，一種新型的數(shù)據(jù)中心應(yīng)運而生——我們稱之為“算力中心”。與傳統(tǒng)以數(shù)據(jù)存儲為主要目標的數(shù)據(jù)中心不同，算力中心的核心任務(wù)是提供強大的計算能力。它依賴于GPU出色的并行計算性能，以及多塊GPU的級聯(lián)協(xié)作，從而實現(xiàn)計算能力的顯著提升。

在這一過程中，GPU之間的高效互聯(lián)對800G光模塊乃至更高速率光模塊產(chǎn)生了巨大的需求?？梢哉f，人工智能的迅猛發(fā)展不僅推動了高速互連技術(shù)的進步（如400G/800G以太網(wǎng)、PCIe、DDR等高速總線技術(shù)），也極大地帶動了整個光通信領(lǐng)域的發(fā)展，特別是在400G和800G光模塊方面。

在很多場合下，“比特率”≠“波特率”了！波特率和比特率有什么不同呢？

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比特率是什么意思?

比特率（Bit Rate）是指單位時間內(nèi)傳輸?shù)谋忍財?shù)，也就是通信系統(tǒng)中信息傳輸?shù)乃俣?，其基本單位為比特每秒（bit/s）。換句話說，比特率表示每秒鐘能夠傳輸多少個二進制位（0 或 1）。常見的單位包括千比特每秒（kbps）、兆比特每秒（Mbps）、吉比特每秒（Gbps）等，通常也被稱為信號速率。比特率越高，單位時間內(nèi)可傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量就越大，通信效率也就越高。在人工智能迅猛發(fā)展的當下，數(shù)據(jù)量呈現(xiàn)出爆炸式增長，這對通信系統(tǒng)提出了更高的要求。為了避免未來通信鏈路出現(xiàn)瓶頸，提升比特率及其傳輸效率已成為亟需解決的關(guān)鍵問題。

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波特率是什么意思？

波特率（Baud Rate）是指每秒鐘傳輸?shù)拇a元（Symbol）數(shù)量，是衡量數(shù)據(jù)傳輸速率的重要指標，單位為波特（Baud）。在特定編碼方式下，波特率與比特率之間存在一定的對應(yīng)關(guān)系。當使用非歸零碼（NRZ）時，每個碼元僅表示1個比特信息，此時比特率等于波特率。

例如，USB 3.0 的信號速率為 5 Gbps，這里所指的是其比特率為 5 Gbps。由于采用的是 NRZ 編碼，因此其波特率也為 5 GBaud。不過，在 NRZ 信號中，人們通常直接使用比特率進行描述，較少提及波特率。

隨著通信技術(shù)的發(fā)展，信號速率不斷提升，許多高速接口（如以太網(wǎng)和 PCIe）已逐步轉(zhuǎn)向更高階的調(diào)制方式，如 PAM4（四電平脈沖幅度調(diào)制）。正如我們在上期文章《讓高端示波器不再高不可攀》中所提到的，PAM4 已成為下一代高速通信技術(shù)的主要趨勢。

PAM4 使用四個不同的電平來表示四種符號狀態(tài)（00、01、10、11），每個符號承載 2 比特的數(shù)據(jù)。因此，若某系統(tǒng)的比特率為 64 Gbps，采用 PAM4 調(diào)制，則其波特率為 32 GBaud。

以此類推，若采用更高階的調(diào)制方式，如 PAM8 或 PAM16，每個符號可承載更多比特信息，相應(yīng)的波特率將進一步降低，從而在有限帶寬下實現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)傳輸速率。

圖1：NRZ 和PAM4 脈沖幅度調(diào)制

總結(jié)：

波特率與比特率之間存在密切的關(guān)系，但在不同調(diào)制或編碼方式下也有所不同。在理想情況下，當每個碼元（即一個信號變化）僅表示一個比特的信息時，波特率與比特率是相等的。然而，在采用高階調(diào)制或編碼技術(shù)（如 PAM4 或 QPSK）的系統(tǒng)中，一個碼元可以承載多個比特的數(shù)據(jù)。此時，波特率將低于比特率。換句話說，比特率等于波特率乘以每個碼元所攜帶的比特數(shù)。因此，在這些技術(shù)中，波特率與比特率不再一致，而是呈現(xiàn)出倍數(shù)關(guān)系。

在光通信系統(tǒng)中，我們通常會使用兩種不同的速率參數(shù)來描述信號的傳輸特性。

第一種是比特率
，也稱為“傳輸速率”，表示單位時間內(nèi)傳輸?shù)亩M制比特數(shù)，單位為比特每秒（bit/s）。

第二種是符號率，也稱為“波特率”（Baud Rate），用S表示，代表每秒傳輸?shù)姆枺⊿ymbol）數(shù)量，單位為波特（Baud）。其中，symbolsN
表示所使用的調(diào)制格式中不同符號的總數(shù)。符號率的計算公式如下：

以 QPSK 調(diào)制為例，若信號還采用了偏振復(fù)用技術(shù)（Polarization Multiplexing），則在計算符號率時還需將偏振通道數(shù)納入考慮。例如，對于一個比特率為 100 Gbps 的 QPSK 信號，由于每個符號可表示 2 比特信息，且信號在兩個偏振態(tài)上并行傳輸，因此其符號率S可通過如下公式計算：

通過這個例子，終于理清了高速數(shù)字通信中比特率與波特率之間的關(guān)系和區(qū)別。作為一家專業(yè)的電子測量儀器供應(yīng)商，我們深知客戶在面對這些高速信號測試時最關(guān)心的問題之一：如何選擇合適的儀器帶寬，以準確捕獲和分析高速通信信號？

備注：

在數(shù)字通信領(lǐng)域，帶寬是一項至關(guān)重要的性能參數(shù)，它直接反映了通信速度的快慢以及通信信道容量的大小。
在這一背景下，數(shù)字通信中的“帶寬”通常指的是數(shù)字信號的傳輸速率，也就是單位時間內(nèi)傳輸?shù)谋忍財?shù)量，簡稱位率或比特率，其標準單位為比特每秒（bit/s 或 bps）。

如果你希望進一步區(qū)分“模擬帶寬”與“數(shù)字帶寬”的概念，或者結(jié)合具體應(yīng)用場景（如光通信、高速總線、無線傳輸?shù)龋┻M行拓展，我也可以繼續(xù)完善內(nèi)容。

儀器帶寬選擇經(jīng)驗法則

——以上內(nèi)容截取自DesignCon 2024 論文《Are 1.0 mm Precision RF Connectors Really Required for 224 Gbps PAM4 Verification?》

總結(jié)一下的話就是：

在當前高速通信的發(fā)展趨勢下，單通道 224 Gbps PAM4 調(diào)制技術(shù)正成為業(yè)界關(guān)注的焦點。由于 PAM4 每個符號傳輸 2 比特數(shù)據(jù)，因此其對應(yīng)的波特率為 112 GBaud。

因此，建議選用具備 84 GHz 或更高帶寬的采樣示波器以確保信號完整性測試的準確性。

在進行 224 Gbps 鏈路驗證時，若需全面評估信道性能，推薦使用帶寬超過110 GHz 的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀（VNA）。而如果僅需測量鏈路插損等基礎(chǔ)參數(shù)，則選擇帶寬大于56 GHz 的 VNA即可滿足需求。

此外，還有一個實用的小技巧：若您在使用誤碼率測試儀（BERT），只需根據(jù)待測信號速率選擇支持相應(yīng)速率的誤碼儀即可。例如，是德科技的旗艦級 BERT 解決方案——M8050A 系統(tǒng)，其中的 Pattern Generator M8042A 可輸出高達120 GBaud的 PAM4 信號，輕松應(yīng)對新一代高速接口測試挑戰(zhàn)。

相比其他測試設(shè)備，BERT 的選型更為直觀明確，也更容易滿足高比特率下的測試需求。

作為業(yè)內(nèi)少數(shù)幾家能夠提供完整 224 Gbps 及 1.6 Tbps 技術(shù)測試解決方案的廠商之一，是德科技憑借強大的高速測試平臺，持續(xù)助力前沿通信技術(shù)的研發(fā)與驗證。面對如此高的比特率要求，對測試儀器帶寬、精度和系統(tǒng)性能的挑戰(zhàn)確實非同一般，而我們已做好準備！

圖2：224Gbps/1.6T 技術(shù)測試解決方案

咳咳～論文中提到的那個 110 GHz VNA，不正是我們的N5290A嗎？小 k 又猝不及防地“軟植入”了一個產(chǎn)品廣告！

聽說目前很多從事高速線纜、連接器研發(fā)和生產(chǎn)的廠商，正在采用 PXI 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，或者搭配射頻開關(guān)使用的臺式矢網(wǎng)方案來進行高頻測試。如果您對這些測試架構(gòu)感興趣，歡迎在評論區(qū)留言告訴小 k，我們一起交流探討！

圖3：PNA 系列900Hz-110GHz 的2或4端口網(wǎng)分

圖4：是德科技網(wǎng)分+射頻開關(guān)高速線纜測試方案

延伸科普

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什么是數(shù)字調(diào)制？

數(shù)字調(diào)制是將原始數(shù)據(jù)比特流按照特定規(guī)則映射到IQ坐標系的過程。完成映射后，生成的數(shù)字I和Q信號通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）轉(zhuǎn)換為模擬I和Q信號，隨后經(jīng)由IQ調(diào)制器上變頻至射頻頻段。在數(shù)字通信系統(tǒng)中，數(shù)字調(diào)制不僅實現(xiàn)了信息比特向頻帶信號的有效映射，還增強了信號傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

數(shù)字調(diào)制的主要形式包括幅移鍵控（ASK）、頻移鍵控（FSK）和相移鍵控（PSK）。載波具有三個可調(diào)整的特征參數(shù)：幅度、相位和頻率。根據(jù)這三個參數(shù)的不同變化，分別對應(yīng)調(diào)幅（ASK）、調(diào)相（PSK）和調(diào)頻（FSK）。當調(diào)制過程同時涉及多個參數(shù)（如幅度和相位）的變化時，這種調(diào)制方式被稱為矢量調(diào)制。常見的矢量調(diào)制技術(shù)包括正交幅度調(diào)制（QAM）和多電平相移鍵控（如PAM4），它們通過同時改變載波的多個屬性來實現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)傳輸速率和效率。

圖5：數(shù)字調(diào)制技術(shù)

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香農(nóng)定理（Shannon Equation）

1948年，香農(nóng)(Shannon)提出了信息論，導(dǎo)出了香農(nóng)公式。

信道容量（信道支持的最大的比特率）：

其中，B表示信道帶寬（單位為 Hz），S表示接收端的信號平均功率（單位為 W），N表示信道中的平均噪聲功率（單位為 W）。根據(jù)香農(nóng)定理，信道容量可以通過增加帶寬或提升信噪比來實現(xiàn)增長。

其中C為信道容量（單位為 bps）。該公式揭示了一個關(guān)鍵事實——信道帶寬限制了比特率的增長上限，而信道容量不僅取決于帶寬，還與系統(tǒng)的信噪比以及所采用的編碼和調(diào)制技術(shù)密切相關(guān)。

需要強調(diào)的是，香農(nóng)定理給出的是一個理論極限值，它告訴我們系統(tǒng)在給定信噪比和帶寬條件下所能達到的最大信息傳輸速率，但并未指明應(yīng)采用哪種具體的調(diào)制或編碼方式才能逼近這一極限?，F(xiàn)實中，無線信道無法無限制地提升信息傳輸速率，它受到其固有物理規(guī)律的制約，就像城市道路的通行能力受限于道路寬度和交通流量一樣。這個根本性的限制，正是香農(nóng)定理所揭示的核心內(nèi)容。