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

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

當然 小k 也關(guān)注到大會上各家CEO 對 AI 模型開源不開源的問題是爭論不休，不管開不開源，像ChatGPT、文言一心、作業(yè)輔導（輔導作業(yè)的家長要不要了解一下哈哈）等AI 工具，AI大模型訓練肯定是必不可少。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)以存儲為主要目的的數(shù)據(jù)中心，算力中心顧名思義就是以計算為主要目的的數(shù)據(jù)中心。依賴于GPU強大的并行計算能力和大規(guī)模GPU級聯(lián)實現(xiàn)一個算力的提升。GPU的級聯(lián)對于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了高速互連技術(shù)（400G/800G Ethernet、PCIe、DDR 等高速總線技術(shù)），也帶動了整個光通信領(lǐng)域（400G、800G 光模塊）！

接下來的日子，小k 在各個數(shù)據(jù)速率中迷失了。因為小k 發(fā)現(xiàn)，以前一直記在心中的“比特率”=“波特率”這個知識點有點不夠用了？因為在很多場合下，“比特率”≠“波特率”了！波特率和比特率有什么不同呢？

小k還是先復習一下

這兩個在通信領(lǐng)域很重要的概念，

也許就能發(fā)現(xiàn)問題的答案！

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）。常見的單位有kbps，Mbps，Gbps等等。通常也稱之為信號速率。比特率越高，每秒傳送數(shù)據(jù)就越多。

AI時代下，數(shù)據(jù)量的飛速增長已經(jīng)變成了一個巨大的挑戰(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的個數(shù)，是衡量數(shù)據(jù)傳送速率的指標。單位為Baud。當信號是非歸零碼（NRZ）的時候，比特率就等于波特率了。（哈哈，小k 也是這么覺得！）比如說USB3.0的信號速率是5Gbps，那么，這里說的就是它的比特率是5Gbps，又因為它是NRZ編碼信號，那么它的波特率也就是5GBaud。但是在NRZ信號中很少說波特率。

但是隨著信號速率越來越高，比如Ethernet和PCIe都開始采用PAM4這類信號了。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，主要都會采用PAM4 調(diào)制。PAM4 采用的是 4電平（00、01、10、11），在每一個符號中包含2 bit的數(shù)據(jù)。比如 PCIe 6.0的信號速率為 64 Gbps，那它的波特率就是 32 GBaud。這只是用PAM4來舉例子，如果是PAM8、PAM16等等調(diào)制信號依此類推即可。

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！原來是信號數(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，在每個波特（信號變化）中傳輸一個比特的情況下，波特率和比特率是相等的。但是，對于某些調(diào)制技術(shù)和編碼技術(shù)（PAM4、QPSK 等），一個波特可能傳輸多個比特的信息，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再舉個光通信的信號例子吧！

光通信中我們現(xiàn)在實際上使用兩種不同的速度。

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

第二種是符號率 S，表示每秒傳輸?shù)姆枖?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數(shù)量，符號率的計算公式如下：

我們以QPSK 公式為例，如果信號也被偏振復用，那么這個結(jié)果要除以2。以一個 100Gbps QPSK 信號為例，符號率 S = (100 Gbps) / (2 比特/符號 ) / ( 2 偏振 ) = 25 GBaud。

小k 這下是終于搞清楚各路信號的比特率和波特率的關(guān)系和區(qū)別了。作為一家專業(yè)的電子測量儀器公司，小k也想起來了一個客戶關(guān)心的問題，該如何選擇合適的儀器帶寬來測試這些數(shù)字通信的高速信號呢？

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)字信號的傳輸速率，即每秒傳送的比特數(shù)，簡稱位率或比特率，其單位是b/s或bps。

儀器帶寬選擇經(jīng)驗法則

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 。用戶測試用的采樣示波器需要的帶寬為112GBd* ? =84GHz。

2. 224 Gbps驗證時最好使用110G VNA，如果只測試鏈路的插損值，通常選用＞56GHz的VNA即可。

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

再說一個小技巧， 譬如我們家的BERT, 你需要產(chǎn)生多少速率的信號，就選擇支持對應(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。還是BERT好選啊！

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224 Gbps / 1.6T 技術(shù)的測試解決方案的測試商！畢竟如此高的比特率，對儀器的帶寬要求真的不是一般高啊！

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產(chǎn)品廣告！聽說現(xiàn)在很多做高速線纜、連接器的廠家在用PXI 矢網(wǎng)或者臺式矢網(wǎng)+射頻開關(guān)的測試方案，有興趣了解的歡迎在評論區(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坐標系的過程。映射完成后得到數(shù)字I和Q信號，再由DAC轉(zhuǎn)換為模擬I和Q信號，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，承載數(shù)字信號，更加可靠2。數(shù)字調(diào)制的主要形式有ASK、FSK和PSK。

載波有三個特征參數(shù)可以改變，即幅度、相位和頻率。分別針對這三個特征參數(shù)進行改變就稱為調(diào)幅、調(diào)相和調(diào)頻。數(shù)字調(diào)制稱為矢量調(diào)制，因為同時改變兩個以上的參數(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 表示接收的信號平均功率 (W)，N 表示平均噪聲功率 (W)。信道容量可以通過增加帶寬或優(yōu)化信噪比 (SNR = S/N) 來增加。實際上，該定理給出了理論上的最大值，但沒有說明哪種信號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。這個規(guī)律就是香農(nóng)定理。