Uvod v tehnologijo PAM4

Preden razumemo tehnologijo PAM4, kaj je modulacijska tehnologija? Modulacijska tehnologija je tehnika pretvorbe osnovnih pasovnih signalov (surovih električnih signalov) v prenosne signale. Da bi zagotovili učinkovitost komunikacije in premagali težave pri prenosu signalov na dolge razdalje, je treba signalni spekter prenesti na visokofrekvenčni kanal z modulacijo za prenos.

PAM4 je tehnika modulacije amplitude impulzov (PAM) četrtega reda.

PAM signal je priljubljena tehnologija prenosa signala po NRZ (Non Return to Zero - brez vrnitve v ničlo).

Signal NRZ uporablja dva signalna nivoja, visok in nizek, za predstavitev 1 in 0 digitalnega logičnega signala in lahko prenese 1 bit logičnih informacij na taktni cikel.

Signal PAM4 uporablja 4 različne nivoje signala za prenos signala, vsak taktni cikel pa lahko prenese 2 bita logičnih informacij, in sicer 00, 01, 10 in 11.
Zato je pri enakih pogojih baud hitrosti bitna hitrost signala PAM4 dvakrat večja od bitne hitrosti signala NRZ, kar podvoji učinkovitost prenosa in učinkovito zmanjša stroške.

Tehnologija PAM4 se pogosto uporablja na področju visokohitrostnega povezovanja signalov. Trenutno obstajata 400G optični oddajno-sprejemni modul, ki temelji na modulacijski tehnologiji PAM4 za podatkovne centre, in 50G optični oddajno-sprejemni modul, ki temelji na modulacijski tehnologiji PAM4 za medsebojno povezovanje omrežij 5G.

Postopek implementacije optičnega oddajno-sprejemnega modula 400G DML, ki temelji na modulaciji PAM4, je naslednji: pri oddajanju enotnih signalov se prejetih 16 kanalov električnih signalov 25G NRZ vnese iz električne vmesniške enote, jih predhodno obdela DSP procesor, modulira PAM4 in odda 8 kanalov električnih signalov 25G PAM4, ki se naložijo na gonilniški čip. Visokohitrostni električni signali se prek 8 laserskih kanalov pretvorijo v 8 kanalov visokohitrostnih optičnih signalov s hitrostjo 50 Gbps, ki jih združi multiplekser z delitev valovnih dolžin in sintetizira v 1 kanal visokohitrostnega optičnega signala 400G. Pri sprejemanju enotnih signalov se prejeti 1-kanalni visokohitrostni optični signal 400G vnese prek optične vmesniške enote, se prek demultiplekserja pretvori v 8-kanalni visokohitrostni optični signal s hitrostjo 50 Gbps, ki ga sprejme optični sprejemnik in se nato pretvori v električni signal. Po obnovi ure, ojačanju, izenačitvi in ​​demodulaciji PAM4 s pomočjo DSP procesorja se električni signal pretvori v 16 kanalov električnega signala 25G NRZ.

Uporabite modulacijsko tehnologijo PAM4 za optične module s hitrostjo 400 Gb/s. Optični modul s hitrostjo 400 Gb/s, ki temelji na modulaciji PAM4, lahko zmanjša število potrebnih laserjev na oddajni strani in ustrezno zmanjša število potrebnih sprejemnikov na sprejemni strani zaradi uporabe modulacijskih tehnik višjega reda v primerjavi z NRZ. Modulacija PAM4 zmanjša število optičnih komponent v optičnem modulu, kar lahko prinese prednosti, kot so nižji stroški montaže, manjša poraba energije in manjša velikost embalaže.

V prenosnih in povratnih omrežjih 5G obstaja povpraševanje po optičnih modulih s hitrostjo 50 Gbit/s, zato je bila za doseganje zahtev po nizkih stroških in visoki pasovni širini sprejeta rešitev, ki temelji na optičnih napravah 25 Gbit/s in je dopolnjena s formatom pulzno-amplitudne modulacije PAM4.

Pri opisovanju signalov PAM-4 je pomembno biti pozoren na razliko med baud hitrostjo in bitno hitrostjo. Pri tradicionalnih signalih NRZ sta bitna hitrost in baud hitrost enaki, ker en simbol prenese en bit podatkov. Na primer, pri 100G Ethernetu, ko se za prenos uporabljajo štirje signali s hitrostjo 25,78125 GBaud, je bitna hitrost vsakega signala prav tako 25,78125 Gbps, in štirje signali dosežejo prenos signala 100 Gbps; pri signalih PAM-4, ko en simbol prenese 2 bita podatkov, je bitna hitrost, ki jo je mogoče prenesti, dvakrat večja od bitne hitrosti. Na primer, če se za prenos v 200G Ethernetu uporabljajo 4 kanali s signali s hitrostjo 26,5625 GBaud, je bitna hitrost vsakega kanala 53,125 Gbps, 4 kanali signalov pa lahko dosežejo prenos signala 200 Gbps. Pri 400G Ethernetu je to mogoče doseči z 8 kanali s signali s hitrostjo 26,5625 GBaud.