Прежде чем разбираться в технологии PAM4, давайте разберёмся, что такое технология модуляции. Технология модуляции — это метод преобразования сигналов основной полосы (необработанных электрических сигналов) в сигналы передачи. Для обеспечения эффективности связи и решения проблем, связанных с передачей сигналов на большие расстояния, необходимо перенести спектр сигнала в высокочастотный канал посредством модуляции.
PAM4 — это метод модуляции амплитуды импульса (PAM) четвертого порядка.
Сигнал PAM является популярной технологией передачи сигналов после NRZ (без возврата к нулю).
Сигнал NRZ использует два уровня сигнала, высокий и низкий, для представления 1 и 0 цифрового логического сигнала и может передавать 1 бит логической информации за тактовый цикл.
Сигнал PAM4 использует 4 различных уровня сигнала для передачи сигнала, и каждый тактовый цикл может передавать 2 бита логической информации, а именно 00, 01, 10 и 11.
Таким образом, при одинаковых условиях скорости передачи данных скорость передачи данных сигнала PAM4 в два раза превышает скорость передачи данных сигнала NRZ, что удваивает эффективность передачи и эффективно снижает затраты.
Технология PAM4 широко используется в области высокоскоростной передачи сигналов. В настоящее время существуют оптические приёмопередающие модули 400G на основе технологии модуляции PAM4 для центров обработки данных и оптические приёмопередающие модули 50G на основе технологии модуляции PAM4 для сетей 5G.
Процесс реализации оптического приемопередающего модуля 400G DML на основе модуляции PAM4 выглядит следующим образом: при передаче сигналов блока принятые 16 каналов электрических сигналов 25G NRZ поступают с блока электрического интерфейса, предварительно обрабатываются процессором DSP, модулируются PAM4 и выводятся 8 каналов электрических сигналов 25G PAM4, которые загружаются в микросхему драйвера. Высокоскоростные электрические сигналы преобразуются в 8 каналов высокоскоростных оптических сигналов 50 Гбит/с через 8 каналов лазеров, объединяются мультиплексором с разделением по длине волны и синтезируются в 1 канал высокоскоростного оптического сигнала 400G. При приеме сигналов блока принятый 1-канальный высокоскоростной оптический сигнал 400G поступает через блок оптического интерфейса, преобразуется в 8 каналов высокоскоростного оптического сигнала 50 Гбит/с через демультиплексор, принимается оптическим приемником и преобразуется в электрический сигнал. После восстановления тактовой частоты, усиления, выравнивания и демодуляции PAM4 с помощью микросхемы обработки DSP электрический сигнал преобразуется в 16 каналов электрического сигнала 25G NRZ.
Применение технологии модуляции PAM4 к оптическим модулям 400 Гбит/с. Оптический модуль 400 Гбит/с, основанный на модуляции PAM4, позволяет сократить количество необходимых лазеров на передающей стороне и, соответственно, количество необходимых приёмников на приёмной стороне благодаря использованию методов модуляции более высокого порядка по сравнению с NRZ. Модуляция PAM4 уменьшает количество оптических компонентов в оптическом модуле, что даёт такие преимущества, как снижение стоимости сборки, снижение энергопотребления и уменьшение размера корпуса.
Существует потребность в оптических модулях со скоростью передачи данных 50 Гбит/с в сетях передачи и транзитных сетях 5G, и для достижения низких затрат и высоких требований к пропускной способности принято решение на основе оптических устройств 25G, дополненное форматом амплитудной модуляции импульсов PAM4.
При описании сигналов PAM-4 важно учитывать разницу между скоростью передачи данных (бод) и битовой скоростью (битовой скоростью). Для традиционных сигналов NRZ, поскольку один символ передаёт один бит данных, битовая скорость и скорость передачи данных одинаковы. Например, в 100G Ethernet при использовании четырёх сигналов по 25,78125 Гбод скорость передачи данных для каждого сигнала также составляет 25,78125 Гбит/с, и эти четыре сигнала обеспечивают передачу сигнала со скоростью 100 Гбит/с. Для сигналов PAM-4, поскольку один символ передаёт 2 бита данных, возможная битовая скорость передачи данных вдвое превышает скорость передачи данных. Например, при использовании четырёх каналов по 26,5625 Гбод для передачи в 200G Ethernet скорость передачи данных для каждого канала составляет 53,125 Гбит/с, и четыре канала сигналов могут обеспечить передачу сигнала со скоростью 200 Гбит/с. Для Ethernet 400G это может быть достигнуто с помощью 8 каналов сигналов 26,5625 Гбод.
Время публикации: 02 января 2025 г.