無論是否開源，像ChatGPT、文心一言、作業輔導等各類AI工具，其背后都離不開大規模AI模型的訓練，而這一過程對算力的需求極為龐大。因此，一種新型的數據中心應運而生——我們稱之為“算力中心”。與傳統以數據存儲為主要目標的數據中心不同，算力中心的核心任務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的級聯協作，從而實現計算能力的顯著提升。

在這一過程中，GPU之間的高效互聯對800G光模塊乃至更高速率光模塊產生了巨大的需求。可以說，人工智能的迅猛發展不僅推動了高速互連技術的進步（如400G/800G以太網、PCIe、DDR等高速總線技術），也極大地帶動了整個光通信領域的發展，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）是指單位時間內傳輸的比特數，也就是通信系統中信息傳輸的速度，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，單位時間內可傳輸的數據量就越大，通信效率也就越高。在人工智能迅猛發展的當下，數據量呈現出爆炸式增長，這對通信系統提出了更高的要求。為了避免未來通信鏈路出現瓶頸，提升比特率及其傳輸效率已成為亟需解決的關鍵問題。

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波特率是什么意思？

波特率（Baud Rate）是指每秒鐘傳輸的碼元（Symbol）數量，是衡量數據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關系。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。

隨著通信技術的發展，信號速率不斷提升，許多高速接口（如以太網和 PCIe）已逐步轉向更高階的調制方式，如 PAM4（四電平脈沖幅度調制）。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的主要趨勢。

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

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

圖1：NRZ 和PAM4 脈沖幅度調制

總結：

波特率與比特率之間存在密切的關系，但在不同調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，在采用高階調制或編碼技術（如 PAM4 或 QPSK）的系統中，一個碼元可以承載多個比特的數據。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。因此，在這些技術中，波特率與比特率不再一致，而是呈現出倍數關系。

在光通信系統中，我們通常會使用兩種不同的速率參數來描述信號的傳輸特性。

第一種是比特率
，也稱為“傳輸速率”，表示單位時間內傳輸的二進制比特數，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，代表每秒傳輸的符號（Symbol）數量，單位為波特（Baud）。其中，symbolsN
表示所使用的調制格式中不同符號的總數。符號率的計算公式如下：

以 QPSK 調制為例，若信號還采用了偏振復用技術（Polarization Multiplexing），則在計算符號率時還需將偏振通道數納入考慮。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，終于理清了高速數字通信中比特率與波特率之間的關系和區別。作為一家專業的電子測量儀器供應商，我們深知客戶在面對這些高速信號測試時最關心的問題之一：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：

在數字通信領域，帶寬是一項至關重要的性能參數，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，數字通信中的“帶寬”通常指的是數字信號的傳輸速率，也就是單位時間內傳輸的比特數量，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分“模擬帶寬”與“數字帶寬”的概念，或者結合具體應用場景（如光通信、高速總線、無線傳輸等）進行拓展，我也可以繼續完善內容。

儀器帶寬選擇經驗法則

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

總結一下的話就是：

在當前高速通信的發展趨勢下，單通道 224 Gbps PAM4 調制技術正成為業界關注的焦點。由于 PAM4 每個符號傳輸 2 比特數據，因此其對應的波特率為 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 的矢量網絡分析儀（VNA）。而如果僅需測量鏈路插損等基礎參數，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），只需根據待測信號速率選擇支持相應速率的誤碼儀即可。例如，是德科技的旗艦級 BERT 解決方案——M8050A 系統，其中的 Pattern Generator M8042A 可輸出高達120 GBaud的 PAM4 信號，輕松應對新一代高速接口測試挑戰。

相比其他測試設備，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。

作為業內少數幾家能夠提供完整 224 Gbps 及 1.6 Tbps 技術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，持續助力前沿通信技術的研發與驗證。面對如此高的比特率要求，對測試儀器帶寬、精度和系統性能的挑戰確實非同一般，而我們已做好準備！

圖2：224Gbps/1.6T 技術測試解決方案

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”了一個產品廣告！

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

圖3：PNA 系列900Hz-110GHz 的2或4端口網分

圖4：是德科技網分+射頻開關高速線纜測試方案

延伸科普

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什么是數字調制？

數字調制是將原始數據比特流按照特定規則映射到IQ坐標系的過程。完成映射后，生成的數字I和Q信號通過數模轉換器（DAC）轉換為模擬I和Q信號，隨后經由IQ調制器上變頻至射頻頻段。在數字通信系統中，數字調制不僅實現了信息比特向頻帶信號的有效映射，還增強了信號傳輸的可靠性。

數字調制的主要形式包括幅移鍵控（ASK）、頻移鍵控（FSK）和相移鍵控（PSK）。載波具有三個可調整的特征參數：幅度、相位和頻率。根據這三個參數的不同變化，分別對應調幅（ASK）、調相（PSK）和調頻（FSK）。當調制過程同時涉及多個參數（如幅度和相位）的變化時，這種調制方式被稱為矢量調制。常見的矢量調制技術包括正交幅度調制（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更高的數據傳輸速率和效率。

圖5：數字調制技術

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香農定理（Shannon Equation）

1948年，香農(Shannon)提出了信息論，導出了香農公式。

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）。根據香農定理，信道容量可以通過增加帶寬或提升信噪比來實現增長。

其中C為信道容量（單位為 bps）。該公式揭示了一個關鍵事實——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，還與系統的信噪比以及所采用的編碼和調制技術密切相關。

需要強調的是，香農定理給出的是一個理論極限值，它告訴我們系統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，但并未指明應采用哪種具體的調制或編碼方式才能逼近這一極限。現實中，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，正是香農定理所揭示的核心內容。