前段時(shí)間上海的科技盛會(huì)很多，2024 世界人工智能大會(huì)（“WAIC”）和MWC（世界通信大會(huì)）大家都去看了嗎？兩個(gè)展會(huì)都是深度結(jié)合人工智能。

這么熱的天，能去現(xiàn)場(chǎng)的，一定都是純“AI”戰(zhàn)士吧！（玩?zhèn)€梗哈哈）

當(dāng)然 小k 也關(guān)注到大會(huì)上各家CEO 對(duì) AI 模型開(kāi)源不開(kāi)源的問(wèn)題是爭(zhēng)論不休，不管開(kāi)不開(kāi)源，像ChatGPT、文言一心、作業(yè)輔導(dǎo)（輔導(dǎo)作業(yè)的家長(zhǎng)要不要了解一下哈哈）等AI 工具，AI大模型訓(xùn)練肯定是必不可少。這就衍生出了一種新型的數(shù)據(jù)中心，我們把它稱之為算力中心。區(qū)別于傳統(tǒng)以存儲(chǔ)為主要目的的數(shù)據(jù)中心，算力中心顧名思義就是以計(jì)算為主要目的的數(shù)據(jù)中心。依賴于GPU強(qiáng)大的并行計(jì)算能力和大規(guī)模GPU級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)一個(gè)算力的提升。GPU的級(jí)聯(lián)對(duì)于800G光模塊甚至更高速率的光模塊需求量都是非常巨大的。所以，人工智能的火熱不僅帶動(dòng)了高速互連技術(shù)（400G/800G Ethernet、PCIe、DDR 等高速總線技術(shù)），也帶動(dòng)了整個(gè)光通信領(lǐng)域（400G、800G 光模塊）！

接下來(lái)的日子，小k 在各個(gè)數(shù)據(jù)速率中迷失了。因?yàn)樾 發(fā)現(xiàn)，以前一直記在心中的“比特率”=“波特率”這個(gè)知識(shí)點(diǎn)有點(diǎn)不夠用了？因?yàn)樵诤芏鄨?chǎng)合下，“比特率”≠“波特率”了！波特率和比特率有什么不同呢？

小k還是先復(fù)習(xí)一下

這兩個(gè)在通信領(lǐng)域很重要的概念，

也許就能發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的答案！

01比特率是什么意思?

比特率(Bit Rate)是比特的傳輸速率，也就是通信系統(tǒng)時(shí)間內(nèi)的信息傳輸速率，單位是比特／秒(bit/s)。比特率是指每秒傳送的比特(bit)位數(shù)（即 0 或1）。常見(jiàn)的單位有kbps，Mbps，Gbps等等。通常也稱之為信號(hào)速率。比特率越高，每秒傳送數(shù)據(jù)就越多。

AI時(shí)代下，數(shù)據(jù)量的飛速增長(zhǎng)已經(jīng)變成了一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。為了避免很快出現(xiàn)瓶頸，我們需要提高比特率效率。

02波特率是什么意思？

波特率是指每秒鐘傳送碼元符號(hào)的個(gè)數(shù)，是衡量數(shù)據(jù)傳送速率的指標(biāo)。單位為Baud。當(dāng)信號(hào)是非歸零碼（NRZ）的時(shí)候，比特率就等于波特率了。（哈哈，小k 也是這么覺(jué)得?。┍热缯f(shuō)USB3.0的信號(hào)速率是5Gbps，那么，這里說(shuō)的就是它的比特率是5Gbps，又因?yàn)樗荖RZ編碼信號(hào)，那么它的波特率也就是5GBaud。但是在NRZ信號(hào)中很少說(shuō)波特率。

但是隨著信號(hào)速率越來(lái)越高，比如Ethernet和PCIe都開(kāi)始采用PAM4這類信號(hào)了。在上期的“讓高端示波器不再高不可攀”的文章中，小k 也提到了下一代技術(shù)浪潮，主要都會(huì)采用PAM4 調(diào)制。PAM4 采用的是 4電平（00、01、10、11），在每一個(gè)符號(hào)中包含2 bit的數(shù)據(jù)。比如 PCIe 6.0的信號(hào)速率為 64 Gbps，那它的波特率就是 32 GBaud。這只是用PAM4來(lái)舉例子，如果是PAM8、PAM16等等調(diào)制信號(hào)依此類推即可。

圖1：NRZ 和PAM4 脈沖幅度調(diào)制

哈哈，相信大家都和小k一樣，從上面的文字中，發(fā)現(xiàn)了“比特率”≠“波特率”的原因！原來(lái)是信號(hào)數(shù)字調(diào)制的原因！

總結(jié)：

波特率和比特率之間存在一定的關(guān)系。在理想情況下，波特率等于比特率。也就是說(shuō)，在每個(gè)波特（信號(hào)變化）中傳輸一個(gè)比特的情況下，波特率和比特率是相等的。但是，對(duì)于某些調(diào)制技術(shù)和編碼技術(shù)（PAM4、QPSK 等），一個(gè)波特可能傳輸多個(gè)比特的信息，因此波特率不等于比特率。

上面舉了5Gbps USB3.0 的例子，

現(xiàn)在光通信這么火，

小k再舉個(gè)光通信的信號(hào)例子吧！

光通信中我們現(xiàn)在實(shí)際上使用兩種不同的速度。

第一種是以每秒比特?cái)?shù)為單位的比特率 ftx，也稱 為“傳輸速率”。

第二種是符號(hào)率 S，表示每秒傳輸?shù)姆?hào)數(shù)，單位為波特。它也因此通常被稱為“波特率”。Nsymbols 是按字母順序的符號(hào)數(shù)量，符號(hào)率的計(jì)算公式如下：

我們以QPSK 公式為例，如果信號(hào)也被偏振復(fù)用，那么這個(gè)結(jié)果要除以2。以一個(gè) 100Gbps QPSK 信號(hào)為例，符號(hào)率 S = (100 Gbps) / (2 比特/符號(hào) ) / ( 2 偏振 ) = 25 GBaud。

小k 這下是終于搞清楚各路信號(hào)的比特率和波特率的關(guān)系和區(qū)別了。作為一家專業(yè)的電子測(cè)量?jī)x器公司，小k也想起來(lái)了一個(gè)客戶關(guān)心的問(wèn)題，該如何選擇合適的儀器帶寬來(lái)測(cè)試這些數(shù)字通信的高速信號(hào)呢？

備注：在數(shù)字通信領(lǐng)域，帶寬同樣是最重要的性能參數(shù)，它反映了通信速度的快慢或通信信道°容量的大小。數(shù)字通信中的“帶寬'是指數(shù)字信號(hào)的傳輸速率，即每秒傳送的比特?cái)?shù)，簡(jiǎn)稱位率或比特率，其單位是b/s或bps。

儀器帶寬選擇經(jīng)驗(yàn)法則

小k 還在 DesignCon 2024 上，發(fā)現(xiàn)了一篇很好的論文，直接上結(jié)論吧！

——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：

1. 目前比較熱的單通道224Gbps，PAM4調(diào)制，單通道波特率為112GBd 。用戶測(cè)試用的采樣示波器需要的帶寬為112GBd* ? =84GHz。

2. 224 Gbps驗(yàn)證時(shí)最好使用110G VNA，如果只測(cè)試鏈路的插損值，通常選用＞56GHz的VNA即可。

友情提醒：以上經(jīng)驗(yàn)法則僅適用于高速以太網(wǎng)測(cè)試時(shí)采用的矢網(wǎng)和采樣示波器。關(guān)于測(cè)試PCIe /USB /DDR 等高速信號(hào)的示波器帶寬選擇這塊，請(qǐng)大家根據(jù)信號(hào)的上升時(shí)間的經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)選擇合適的測(cè)試帶寬，或者直接留言告訴我們來(lái)幫你選擇！

再說(shuō)一個(gè)小技巧， 譬如我們家的BERT, 你需要產(chǎn)生多少速率的信號(hào)，就選擇支持對(duì)應(yīng)速率的誤碼儀就行。目前我們最高性能的誤碼儀M8050A 中的PG M8042A 可以產(chǎn)生120GBaud 信號(hào)。還是BERT好選?。?/p>

所以是德科技應(yīng)該是目前業(yè)內(nèi)為數(shù)不多具有完整的針對(duì)224 Gbps / 1.6T 技術(shù)的測(cè)試解決方案的測(cè)試商！畢竟如此高的比特率，對(duì)儀器的帶寬要求真的不是一般高?。?/p>

咳咳，論文中提到的110GHz VNA， 不就是我們的N5290A嗎？小k 猝不及防又插入了一個(gè)產(chǎn)品廣告！聽(tīng)說(shuō)現(xiàn)在很多做高速線纜、連接器的廠家在用PXI 矢網(wǎng)或者臺(tái)式矢網(wǎng)+射頻開(kāi)關(guān)的測(cè)試方案，有興趣了解的歡迎在評(píng)論區(qū)給小k留言！

延伸科普

01什么是數(shù)字調(diào)制？

數(shù)字調(diào)制是將原始數(shù)據(jù)比特流按照一定規(guī)則映射至IQ坐標(biāo)系的過(guò)程。映射完成后得到數(shù)字I和Q信號(hào)，再由DAC轉(zhuǎn)換為模擬I和Q信號(hào)，最后經(jīng)IQ調(diào)制器變頻至射頻頻段1。在數(shù)字通信系統(tǒng)中，數(shù)字調(diào)制將信息比特映射到頻帶信號(hào)，承載數(shù)字信號(hào)，更加可靠2。數(shù)字調(diào)制的主要形式有ASK、FSK和PSK。

載波有三個(gè)特征參數(shù)可以改變，即幅度、相位和頻率。分別針對(duì)這三個(gè)特征參數(shù)進(jìn)行改變就稱為調(diào)幅、調(diào)相和調(diào)頻。數(shù)字調(diào)制稱為矢量調(diào)制，因?yàn)橥瑫r(shí)改變兩個(gè)以上的參數(shù)，如幅度和相位。

圖5：數(shù)字調(diào)制技術(shù)

02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 (Hz)，S 表示接收的信號(hào)平均功率 (W)，N 表示平均噪聲功率 (W)。信道容量可以通過(guò)增加帶寬或優(yōu)化信噪比 (SNR = S/N) 來(lái)增加。實(shí)際上，該定理給出了理論上的最大值，但沒(méi)有說(shuō)明哪種信號(hào)概念可以讓我們最接近這一極限。

香農(nóng)公式：公式表明，信道帶寬限制了比特率的增加，信道容量還取決于系統(tǒng)信噪比以及編碼技術(shù)種類。

無(wú)線信道并不是可以任意增加傳送信息的速率，它受其固有規(guī)律的制約，就像城市道路上的交通狀況，受到道路寬度、車輛數(shù)量等因素影響。這個(gè)規(guī)律就是香農(nóng)定理。