PAM5 编码详解
PAM5（5-Level Pulse Amplitude Modulation，5级脉冲幅度调制）是一种多电平编码技术，主要用于高速以太网（如 1000BASE-T 千兆以太网 和 10GBASE-T 万兆以太网）的物理层传输。它通过 5种不同的电压电平 来传输数据，相比传统的二进制编码（如 NRZ），PAM5 可以在 同一带宽下传输更多信息，从而提高数据传输速率。
1. PAM5 的基本原理
PAM5 采用 5个不同的电压电平 来表示数据，每个符号（Symbol）可以传输 2.32 bits（因为 log25≈2.32log25≈2.32），比传统的二进制编码（1 bit/符号）更高效。
PAM5 的电平定义
| 电平 | 电压值 | 数据编码 |
|---|---|---|
| +2 | +1 V | 11 |
| +1 | +0.5 V | 10 |
| 0 | 0 V | 00 |
| -1 | -0.5 V | 01 |
| -2 | -1 V | 11 |
- 每个电平代表 2 bits（但由于有 5 个电平，实际每个符号携带的信息量 > 2 bits）。
- 相邻电平的电压差较小，使得信号更容易受到噪声干扰，因此需要 复杂的均衡和纠错技术（如 FEC，前向纠错）。
2. PAM5 在千兆以太网（1000BASE-T）中的应用
在 1000BASE-T（千兆以太网）中：
- 4 对双绞线（8 根线） 同时传输数据，每对线采用 PAM5 编码。
- 每对线传输 250 Mbps，4 对线并行传输，总带宽 = 1 Gbps。
- 每个符号传输 2 bits（由于 5 个电平，实际信息量更高）。
- 采用 Trellis 编码（网格编码调制，TCM） 提高抗噪声能力。
1000BASE-T 的 PAM5 数据流
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时间点 | 电平 | 数据 -------|------|----- t1 | +1 | 10 t2 | -2 | 11 t3 | 0 | 00 t4 | +2 | 11
3. PAM5 在 10GBASE-T（万兆以太网）中的优化
在 10GBASE-T 中，PAM5 的变种 PAM16（16 电平）被用于提高数据速率，但 PAM5 仍然用于部分均衡技术。
4. PAM5 的优缺点
优点
✅ 更高的频谱效率：比 NRZ（不归零码）传输更多数据。
✅ 适用于双绞线：在 Cat5e/Cat6 上实现千兆/万兆传输。
✅ 抗干扰能力强（配合 TCM/FEC）。
缺点
❌ 对噪声敏感：由于电平间隔小，容易受 EMI（电磁干扰）影响。
❌ 需要复杂的均衡技术（如 DFE，判决反馈均衡）。
❌ 功耗较高（相比 PAM3 或二进制编码）。
5. PAM5 vs. 其他编码
| 编码方式 | 电平数 | 每符号比特数 | 典型应用 |
|---|---|---|---|
| NRZ | 2 | 1 | 低速串行通信 |
| PAM3 | 3 | ~1.58 | 早期以太网 |
| PAM5 | 5 | ~2.32 | 1000BASE-T, 10GBASE-T |
| PAM16 | 16 | 4 | 10GBASE-T, 高速 SerDes |
6. 总结
- PAM5 是一种多电平调制技术，用于高速以太网（千兆/万兆）。
- 采用 5 个电压电平，每个符号传输 ~2.32 bits，提高带宽利用率。
- 主要应用于 1000BASE-T（千兆以太网），配合 TCM/FEC 增强抗干扰能力。
- 相比 NRZ，PAM5 更高效，但对噪声更敏感，需要复杂的信号处理技术。
PAM5 是千兆以太网的关键技术之一，使得 Cat5e/Cat6 双绞线 能够支持 1 Gbps 甚至 10 Gbps 的传输速率。