Úvod do technológie PAM4

Predtým, ako pochopíme technológiu PAM4, čo je modulačná technológia? Modulačná technológia je technika prevodu základných signálov (surových elektrických signálov) na prenosové signály. Aby sa zabezpečila efektívnosť komunikácie a prekonali problémy pri prenose signálu na dlhé vzdialenosti, je potrebné preniesť signálové spektrum do vysokofrekvenčného kanála pomocou modulácie.

PAM4 je modulačná technika štvrtého rádu s pulznou amplitúdovou moduláciou (PAM).

Signál PAM je populárna technológia prenosu signálu hneď po NRZ (Non Return to Zero - bez návratu do nuly).

Signál NRZ používa dve úrovne signálu, vysokú a nízku, na reprezentáciu 1 a 0 digitálneho logického signálu a môže prenášať 1 bit logickej informácie za hodinový cyklus.

Signál PAM4 používa na prenos signálu 4 rôzne úrovne signálu a každý hodinový cyklus môže prenášať 2 bity logickej informácie, a to 00, 01, 10 a 11.
Preto je za rovnakých podmienok prenosovej rýchlosti bitová rýchlosť signálu PAM4 dvojnásobná oproti signálu NRZ, čo zdvojnásobuje účinnosť prenosu a efektívne znižuje náklady.

Technológia PAM4 sa široko používa v oblasti vysokorýchlostného prepojenia signálov. V súčasnosti existuje 400G optický transceiverový modul založený na modulačnej technológii PAM4 pre dátové centrá a 50G optický transceiverový modul založený na modulačnej technológii PAM4 pre prepojovaciu sieť 5G.

Proces implementácie optického transceiverového modulu 400G DML založeného na modulácii PAM4 je nasledovný: pri prenose jednotkových signálov sa z jednotky elektrického rozhrania privádza 16 prijatých elektrických signálov 25G NRZ, ktoré sú predspracované procesorom DSP, modulované PAM4 a na výstup sa privádza 8 kanálov elektrických signálov 25G PAM4, ktoré sa potom načítajú do budiča. Vysokorýchlostné elektrické signály sa prostredníctvom 8 laserových kanálov prevedú na 8 kanálov vysokorýchlostných optických signálov s rýchlosťou 50 Gb/s, ktoré sa kombinujú multiplexorom s delením vlnových dĺžok a syntetizujú do 1 kanála vysokorýchlostného optického signálu s výstupom 400G. Pri príjme jednotkových signálov sa prijatý 1-kanálový vysokorýchlostný optický signál 400G privádza cez jednotku optického rozhrania, demultiplexor ho prevedie na 8-kanálový vysokorýchlostný optický signál s rýchlosťou 50 Gb/s, ktorý prijíma optický prijímač a prevádza sa na elektrický signál. Po obnovení hodinového signálu, zosilnení, vyrovnaní a demodulácii PAM4 pomocou DSP procesora sa elektrický signál prevedie na 16 kanálov elektrického signálu s frekvenciou 25G NRZ.

Aplikujte modulačnú technológiu PAM4 na optické moduly s rýchlosťou 400 Gb/s. Optický modul s rýchlosťou 400 Gb/s založený na modulácii PAM4 môže znížiť počet potrebných laserov na vysielacej strane a zodpovedajúcim spôsobom znížiť počet potrebných prijímačov na prijímacej strane vďaka použitiu modulačných techník vyššieho rádu v porovnaní s NRZ. Modulácia PAM4 znižuje počet optických komponentov v optickom module, čo môže priniesť výhody, ako sú nižšie náklady na montáž, znížená spotreba energie a menšie rozmery balenia.

V 5G prenosových a backhaul sieťach je dopyt po optických moduloch s rýchlosťou 50 Gbit/s a na dosiahnutie požiadaviek na nízke náklady a vysokú šírku pásma sa prijíma riešenie založené na 25G optických zariadeniach doplnenom o formát pulznej amplitúdovej modulácie PAM4.

Pri popise signálov PAM-4 je dôležité venovať pozornosť rozdielu medzi prenosovou rýchlosťou a bitovou rýchlosťou. Pri tradičných signáloch NRZ, keďže jeden symbol prenáša jeden bit dát, bitová rýchlosť a prenosová rýchlosť sú rovnaké. Napríklad v 100G Ethernet, pri použití štyroch signálov s rýchlosťou 25,78125 GBaud na prenos, je bitová rýchlosť každého signálu tiež 25,78125 Gbps a štyri signály dosahujú prenosovú rýchlosť 100 Gbps; Pri signáloch PAM-4, keďže jeden symbol prenáša 2 bity dát, je prenosová rýchlosť dvojnásobná oproti prenosovej rýchlosti. Napríklad pri použití 4 kanálov signálov s rýchlosťou 26,5625 GBaud na prenos v 200G Ethernet, je bitová rýchlosť na každom kanáli 53,125 Gbps a 4 kanály signálov môžu dosiahnuť prenosovú rýchlosť 200 Gbps. Pri 400G Ethernet je to možné dosiahnuť s 8 kanálmi signálov s rýchlosťou 26,5625 GBaud.