Перш ніж розібратися з технологією PAM4, що таке технологія модуляції? Технологія модуляції – це метод перетворення сигналів основної смуги частот (необроблених електричних сигналів) у сигнали передачі. Для забезпечення ефективності зв'язку та подолання проблем передачі сигналу на великі відстані необхідно перенести спектр сигналу на високочастотний канал за допомогою модуляції для передачі.
PAM4 — це метод модуляції амплітудної імпульсної модуляції (PAM) четвертого порядку.
Сигнал PAM є популярною технологією передачі сигналів після NRZ (без повернення до нуля).
Сигнал NRZ використовує два рівні сигналу, високий та низький, для представлення 1 та 0 цифрового логічного сигналу та може передавати 1 біт логічної інформації за тактовий цикл.
Сигнал PAM4 використовує 4 різні рівні сигналу для передачі сигналу, і кожен тактовий цикл може передавати 2 біти логічної інформації, а саме 00, 01, 10 та 11.
Отже, за тих самих умов швидкості передачі даних, швидкість передачі даних сигналу PAM4 вдвічі перевищує швидкість передачі даних сигналу NRZ, що подвоює ефективність передачі та ефективно знижує витрати.
Технологія PAM4 широко використовується в галузі високошвидкісного з'єднання сигналів. Наразі існує оптичний приймально-передавальний модуль 400G на основі технології модуляції PAM4 для центрів обробки даних та оптичний приймально-передавальний модуль 50G на основі технології модуляції PAM4 для мереж 5G.
Процес реалізації модуля оптичного приймача DML 400G на основі модуляції PAM4 виглядає наступним чином: під час передачі одиничних сигналів отримані 16 каналів електричних сигналів 25G NRZ надходять з блоку електричного інтерфейсу, попередньо обробляються процесором DSP, модулюються PAM4 та виводять 8 каналів електричних сигналів 25G PAM4, які завантажуються на мікросхему драйвера. Високошвидкісні електричні сигнали перетворюються на 8 каналів високошвидкісних оптичних сигналів 50 Гбіт/с через 8 каналів лазерів, об'єднуються мультиплексором з поділом довжин хвиль та синтезуються в 1 канал високошвидкісного оптичного сигналу 400 Гбіт/с. Під час прийому одиничних сигналів отриманий 1-канальний високошвидкісний оптичний сигнал 400 Гбіт/с надходить через блок оптичного інтерфейсу, перетворюється на 8-канальний високошвидкісний оптичний сигнал 50 Гбіт/с через демультиплексор, приймається оптичним приймачем та перетворюється на електричний сигнал. Після відновлення тактової частоти, посилення, вирівнювання та демодуляції PAM4 за допомогою мікросхеми обробки DSP, електричний сигнал перетворюється на 16 каналів електричного сигналу 25G NRZ.
Застосуйте технологію модуляції PAM4 до оптичних модулів 400 Гбіт/с. Оптичний модуль 400 Гбіт/с на основі модуляції PAM4 може зменшити кількість необхідних лазерів на передавальній стороні та відповідно зменшити кількість необхідних приймачів на приймальній стороні завдяки використанню методів модуляції вищого порядку порівняно з NRZ. Модуляція PAM4 зменшує кількість оптичних компонентів в оптичному модулі, що може забезпечити такі переваги, як зниження витрат на складання, зменшення споживання енергії та менший розмір корпусу.
Існує попит на оптичні модулі зі швидкістю 50 Гбіт/с у мережах передачі та магістральних мережах 5G, і для досягнення вимог щодо низької вартості та високої пропускної здатності було прийнято рішення на основі оптичних пристроїв 25G, доповнене форматом імпульсно-амплітудної модуляції PAM4.
Описуючи сигнали PAM-4, важливо звернути увагу на різницю між швидкістю передачі в бодах та бітрейтом. Для традиційних сигналів NRZ, оскільки один символ передає один біт даних, бітрейт та швидкість передачі в бодах однакові. Наприклад, у 100G Ethernet, використовуючи чотири сигнали зі швидкістю 25,78125 Гбіт/с для передачі, бітрейт кожного сигналу також становить 25,78125 Гбіт/с, і чотири сигнали досягають швидкості передачі сигналу 100 Гбіт/с; для сигналів PAM-4, оскільки один символ передає 2 біти даних, бітрейт, який може бути переданий, вдвічі перевищує швидкість передачі. Наприклад, використовуючи 4 канали сигналів зі швидкістю 26,5625 Гбіт/с для передачі у 200G Ethernet, бітрейт кожного каналу становить 53,125 Гбіт/с, і 4 канали сигналів можуть досягти швидкості передачі сигналу 200 Гбіт/с. Для 400G Ethernet цього можна досягти з 8 каналами сигналів зі швидкістю 26,5625 Гбіт/с.
Час публікації: 02 січня 2025 р.