TDECQ 检测技术

TDECQ检测技术用于评估PAM4光发射机通信质量，完整名称为“针对四相调制的发射机色散眼图闭合代价（Transmitter and Dispersion Eye Closure for PAM4(Quaternary)）”。

TDECQ的背景

从NRZ信号到PAM4信号的转变需要变革测试参数和测试方法。早期评估光发射机通信质量的测试规范为发射机色散代价（Transmitter and Dispersion Penalty， TDP），最早出现于2002年发布的IEEE802.3ae中针对10GBase-SR/LR/ER的发射机指标规范中。

信息的传输需要制定规范和协议。IEEE全称Institute of Electrical and Electronics Engineers，即电气与电子工程师协会，是规范制定者们的协会，但具体制定者所在的群体是协会中某个下属层级。协会中的层级首先是顶级IEEE——协会，二级是Society——学会，三级是Committee——委员会，四级是Work Group——工作组，五级是Task Group——任务组。
IEEE802.3ae之所以叫这个名字，是按照层级标准一层一层定义下来的：IEEE代表协会，802代表委员会成立的时间是在1980年2月，专门负责LAN（局域网Local Area Network）/MAN（城域网Metropolitan Area Network）标准的制定和维护。后面的.3表示委员会下属第三工作组，即以太网工作组，负责定义有线以太网的物理层（Physical Layer, PHY）和数据链路层的媒体控制访问（Media Access Control）的标准集合，通过各种类型的铜缆或光缆在节点或基础设备（集线器、交换机、路由器）之间建立物理连接。ae表示任务组，负责10Gb光纤以太网（万兆以太网）的规范制定，ae并无具体意义，仅为任务代号。
在IEEE802.3ae任务组中，明确了用于LAN（10BGASE-SR）、WAN（10GBASE-LR、10GBASE-ER、10GBASE-LX4）的万兆光纤以太网的相关标准。后缀SR/LR/ER/LX4可在网站中查询具体意义(网址)，光纤媒介的型号具体表示方法为10GBASE-[媒介类型][编码方案][波长数]，或更加具体：10GBASE-[E/L/S][R/W/X][4]。
万兆以太网只使用光纤作为传输媒体而不使用铜线，并创造了新的光物理媒体相关子层（Physical Media Dependent, PMD）。光纤参与了信息的传输，仍须符合IEEE制定的相关规范：波长、色散、长度（E/L/S）、编码类型（R/W/X）、模式（几个波长信道或者多模）。
发射机/接收机的灵敏度：在满足同样误码率的需求下，发射机/接收机所需要的最小功率。如果有多个系统，其中需求功率较低的系统认为它灵敏度更高，影响该性能的参数是器件的热噪声和散粒噪声。

TDP的测试流程

测量理想参考发射机在误码率1e-12下的灵敏度 $P_0$ ；
用被测光发射机(DUT)替代参考发射机，且在链路上加入光纤、偏振控制器、光分路器、光反射计等设备，使得光链路色散、插损和回损满足IEEE制定的规范要求；
在2的光链路中测量误码率1e-12下的灵敏度 $P_\mathrm{DUT}$ ;
$\mathrm{TDP}=P_\mathrm{DUT}-P_0$

根据TDP的测试流程可知，发射机色散代价指的就是发射机在光链路下相对于理想发射机误码率1e-12下灵敏度的偏离。这种测试方法存在几个问题：1. 理想参考发射机去哪儿找？ 2. 满足IEEE规范的光链路如何构建？ 3. 误码率1e-12下灵敏度的测试资金和时间成本高。

TDP进化为TDEC

2015年IEEE发布了IEEE802.3bm的标准规范，出现了100G-SR4的标准，将误码率标准从1e-12提升至5e-5，TDP发射机色散代价更名为TDEC（Transmitter and Dispersion Eye Closure）发射机色散眼图闭合代价。100G-SR4规范中，光链路不再是要求无误码传输，可以容忍5e-5的误码率，最终通过FEC前向纠错码技术保证整个系统的光传输性能。

TDEC的测试流程

Optical Splitter + Variable Reflector目的是为了控制一定的回波损耗，满足标准规范；
多模光纤的模间色散折算成了带宽代价；
TDEC只是针对SR4标准；
进入示波器的光信号，在下图中蓝色方框区域（0.4 UI（Unit Interval）和0.6 UI，方框宽度0.04 UI）中画直方图，该区域是标准中指定的测试TDEC区域，假定该区域内计算的误码率BER不高于目标误码率5e-5；
利用算法给该区域内的信号加入噪声，引入误码，一直加到误码率达到5e-5为止，得到红色直方图轮廓；
示波器内部根据输入信号幅度和周期构建理想信号模型，并在相同区域用算法引入噪声，直到误码率达到5e-5，得到绿色直方图轮廓；
将绿色代表的加入噪声与前面红色代表的加入噪声进行比值，取dB单位，就得到了TDEC。

TDEC进化为TDECQ

TDECQ是用来表征PAM4信号发射机性能的参数，其计算方法与TDEC类似。下图是IEEE802.3标准组织针对TDECQ的测试框图。

对于单模信号，需要在链路中增加光纤以满足损耗和色散要求。对于多模而言可以省去光纤；
测试码型要求;
参考接收机要求：
- 理想的四阶贝塞尔-汤姆逊低通滤波频响；
- 低通滤波频响的3 dB带宽是被测信号符号率SR的一半，对于26.56 GBaud 的PAM4光信号测试，带宽变为11.2 GHz。
PAM4信号需要在接收端使用均衡器来张开眼图，因此TDECQ测试仪表中需要用到EQ，标准规定用5 tap/Tspaced的FFE均衡器；
严格标准规范测试中需要搭建光链路，但实际很多情况下人们省略了光纤链路而直接测试光发射机输出信号的TDECQ；
蓝色方框（0.45 UI和0.55 UI，每个方框宽度0.04 UI），该区域误符号率SER不高于规范要求的目标SER 4.8e-4；
理想信号模型引入噪声直到SER 4.8e-4；
取噪声轮廓比值。