基于PAM4调制的400G光模块

易飞扬

PAM4是400G光模块的主要调制方式，有多模和单模两种类型。基于PAM4调制的400G光模块电口侧以8x50G PAM4调制，光口侧则有8x50G PAM4和4x100G PAM4两种调制类型。

多模光模块

400G多模光模块常见的有SR8和SR4.2接口，皆使用8x50G PAM4调制。

400G SR8：”SR”指使用多模光纤传输100m距离，而“8”表示有8个光通道。每个光通道以50G PAM4运行时，总共需要16根光纤（8个Tx和8个Rx）。SR8模块使用MPO-16连接器或MPO-24连接器连接8对光纤。

400G SR4.2：”SR”指使用多模光纤传输100m距离，“4”表示有4个光通道，而”2”则表示每个通道使用两个波长。每个光通道以2x50G PAM4运行，总共需要8根光纤，波长是双向和多路复用的。SR4.2模块使用MPO-12连接器，而SR4.2的主要优势是可以继续使用现有已安装的光纤资源。

MPO-12连接器中的SR4.2。每根光纤都承载2x50G双向PAM4信号。SR4.2还支持MDC和SN连接器接口。

400G多模光模块摘要表

单模光模块

单模400G光模块可以分为两组。一组光口侧以8x50G PAM4调制，另一组以4x100G PAM4调制。两种方法都将DSP用作CDR（没有建立模拟CDR）或组合使用Gearbox和CDR。区别在于线路侧的信号传输速率和使用的激光器数量。

基于8×50G PAM4的单模光模块

存在三个通用类型：FR8、LR8和2xFR4。FR8和LR8是最早可用的400G单模接口。”8”表示使用8个波长，每个波长以50G PAM4运行。“FR”表示传输2km，“LR”表示传输10km。8个波长被多路复用到一根光纤中，FR8和LR8光模块使用双工LC光接口。

2xFR4光模块使用8个激光器，但分为4个波长的两组（遵循200G FR4标准）。这两组分别复用到光纤中，并且光模块在2个CS连接器上提供2x200G信号。

基于8×50G PAM4的单模光模块摘要表

但是，在使用8x50G解决方案时需要权衡。一方面，它们在某些情况下提供了改进的链路预算，但另一方面，每个模块的总激光器成本更高，光学封装更加复杂，导致较低的产量和较高的生产成本。相比之下，4x100G模块具有更低的功耗和更简单的热处理能力，因此，器件上逐渐转向采用4x100G解决方案。

基于4x100G PAM4的单模光模块

4x100G光模块是当前的市场焦点，最常见的部分是线路侧使用带有100G PAM4的4条通道。在这里，我们可以将光模块分为“多光纤”和“双光纤”两种类型。这些光模块中的关键元件是具有Gearbox功能的DSP，包括 DR4、FR4和LR4。

在DR4光模块中，DSP将8x50G PAM4电信号转换为4x100G PAM4，传输到光引擎。同时，DSP充当CDR。在DR4中，每个通道的工作波长为1310nm，并且需要一根光纤，因此总共需要8根光纤。

FR4和LR4 DSP的基本功能在FR4和LR4光模块中与在DR4中相同，但是现在使用4个波长（CWDM4）代替了4个1310nm信号，并添加了一个多路复用器将这些CWDM信号组合在一起。这样，所需的光纤数量减少到2（TX+RX），采用双工LC光口。

对于LR4，存在两条不同的路由，我们很可能最终会得到两个版本，一个版本用于6km（IEEE），一个版本用于10km（100G lambda MSA）。

基于4×100G PAM4的单模光模块摘要表

未来，出于成本的考虑，用4路光信号实现400G传输的方式可能会成为主流；同时光模块的电口也可能会逐渐升级到4×100G PAM4的形式，以省去Gearbox芯片从而节省功耗和成本。