在 400G FR4 PAM4 光模块中，符号率选择 53.125 Gbaud 而非 50 Gbaud，是一个经过严格设计的数值，主要基于 IEEE 标准协议、编码开销和系统兼容性的综合考量。以下是详细解释：

1. IEEE 802.3bs 标准的规定

　　400GBASE-FR4 规范（IEEE 802.3bs）明确定义了符号率为 53.125 Gbaud，具体原因如下：

  • 继承性设计： 该数值与早期 100G 以太网（如 100GBASE-LR4）的 28 Gbaud 符号率存在比例关系。 通过将符号率翻倍（28 Gbaud → 56 Gbaud）并略微调整，适配 PAM4 调制和 FEC 需求，最终定为 53.125 Gbaud。
  • 系统兼容性： 53.125 Gbaud 的时钟频率（26.5625 GHz 基频）可兼容现有光模块的时钟同步架构，降低设计复杂度。

2. FEC 开销与有效速率计算

　　PAM4 光模块需包含前向纠错（FEC） 等编码开销，实际符号率需略高于理论值：

  • 理论单波速率： 若使用 50 Gbaud 符号率，单波理论速率为：

    (50Gbaud×2bits/symbol=100Gbps) 但 FEC 编码需占用约 7% 的额外带宽（如 RS-FEC 或 KP4-FEC），因此实际符号率需提升至： (100Gbps×1.07≈107Gbps) 对应符号率为： (107Gbps/2bits/symbol=53.5Gbaud)

  • 标准最终数值： IEEE 通过更精确的计算（如 FEC 开销、时钟抖动容限等），将符号率定为 53.125 Gbaud，确保总有效速率为 400Gbps（4×100Gbps）。

3. 技术可行性限制

  • 光器件性能： 激光器和调制器的带宽需支持高频信号。53.125 Gbaud 对应的电信号基频为 26.5625 GHz，接近现有光器件的极限性能。若使用更高符号率（如 64 Gbaud），需要更昂贵的高带宽器件。
  • 信号完整性： 符号率越高，信号在光纤中的衰减和色散效应越显著。53.125 Gbaud 在 2 公里单模光纤（FR4 场景）下可实现可靠传输，而更高符号率可能需复杂补偿技术。

4. 与其他标准的对比

标准符号率（Gbaud）调制方式单波速率应用场景
400G FR453.125PAM4100Gbps2km 单模光纤
400G DR464PAM4200Gbps500m 单模光纤
100G LR428NRZ25Gbps10km 单模光纤
  • DR4 的更高符号率：400G-DR4 使用 64 Gbaud PAM4 实现单波 200Gbps，但需要更复杂的光器件和更短的传输距离。
  • FR4 的平衡选择：53.125 Gbaud 在成本、性能和传输距离之间取得平衡，适合数据中心互联等中短距场景。

5. 总结：为何不是 50 Gbaud？

  • 直接原因：50 Gbaud 无法覆盖 FEC 开销，会导致有效速率不足 (50×2×0.93=93Gbps)。
  • 深层原因：IEEE 标准需综合考虑历史兼容性、光器件性能、信号完整性，最终通过精确计算得出 53.125 Gbaud 作为最优解。

关键结论

　　53.125 Gbaud 是 IEEE 802.3bs 标准为 400G FR4 PAM4 量身定制的数值，旨在平衡编码开销、系统兼容性和技术可行性。这一数值并非随意选择，而是光通信领域多年技术演进和工程实践的结晶。