Прежде чем понять технологию PAM4, давайте разберемся, что такое технология модуляции? Технология модуляции — это метод преобразования сигналов основной полосы частот (сырых электрических сигналов) в сигналы для передачи. Для обеспечения эффективности связи и преодоления проблем при передаче сигналов на большие расстояния необходимо передавать спектр сигнала в высокочастотный канал посредством модуляции.
PAM4 — это метод модуляции амплитуды импульса (PAM) четвертого порядка.
Сигнал PAM — популярная технология передачи сигналов после NRZ (Non Return to Zero — 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 такт.
Сигнал PAM4 использует 4 различных уровня сигнала для передачи, 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 битовая скорость сигнала PAM4 вдвое выше, чем у сигнала NRZ, что удваивает эффективность передачи и эффективно снижает затраты.
Технология PAM4 широко используется в области высокоскоростной передачи сигналов. В настоящее время существуют оптические приемопередающие модули 400G на основе технологии модуляции PAM4 для центров обработки данных и оптические приемопередающие модули 50G на основе технологии модуляции PAM4 для сетей межсоединений 5G.
Процесс реализации модуля оптического приемопередатчика 400G DML на основе модуляции PAM4 выглядит следующим образом: при передаче сигналов от блока электрического интерфейса поступают 16 каналов электрических сигналов 25G NRZ, которые предварительно обрабатываются DSP-процессором, модулируются PAM4 и выводятся на выходе 8 каналов электрических сигналов 25G PAM4, которые загружаются на микросхему драйвера. Высокоскоростные электрические сигналы преобразуются в 8 каналов высокоскоростных оптических сигналов 50 Гбит/с с помощью 8 каналов лазеров, объединяются с помощью мультиплексора с разделением по длинам волн и синтезируются в 1 канал высокоскоростного оптического сигнала 400G на выходе. При приеме сигналов от блока оптического интерфейса поступает 1 канал высокоскоростного оптического сигнала 400G, преобразуется в 8 каналов высокоскоростного оптического сигнала 50 Гбит/с с помощью демультиплексора, принимается оптическим приемником и преобразуется в электрический сигнал. После восстановления тактовой частоты, усиления, эквализации и демодуляции PAM4 с помощью микросхемы цифрового сигнального процессора (DSP) электрический сигнал преобразуется в 16 каналов электрического сигнала NRZ 25G.
Применение технологии модуляции PAM4 в оптических модулях 400 Гбит/с. Оптический модуль 400 Гбит/с на основе модуляции PAM4 позволяет сократить количество необходимых лазеров на передающей стороне и, соответственно, количество необходимых приемников на приемной стороне благодаря использованию методов модуляции более высокого порядка по сравнению с NRZ. Модуляция PAM4 уменьшает количество оптических компонентов в оптическом модуле, что может обеспечить такие преимущества, как снижение затрат на сборку, уменьшение энергопотребления и уменьшение габаритов корпуса.
В сетях передачи и магистральной связи 5G существует потребность в оптических модулях со скоростью 50 Гбит/с, и для достижения низкой стоимости и высокой пропускной способности используется решение на основе оптических устройств 25G, дополненное форматом импульсно-амплитудной модуляции PAM4.
При описании сигналов PAM-4 важно обращать внимание на разницу между скоростью передачи данных (бод) и битовой скоростью (битовой скоростью). Для традиционных сигналов NRZ, поскольку один символ передает один бит данных, битовая скорость и скорость передачи данных одинаковы. Например, в 100G Ethernet, используя четыре сигнала по 25,78125 Гбод для передачи, битовая скорость каждого сигнала также составляет 25,78125 Гбит/с, и четыре сигнала обеспечивают передачу сигнала со скоростью 100 Гбит/с; для сигналов PAM-4, поскольку один символ передает 2 бита данных, битовая скорость, которая может быть передана, вдвое превышает скорость передачи данных (бод). Например, используя 4 канала сигналов по 26,5625 Гбод для передачи в 200G Ethernet, битовая скорость каждого канала составляет 53,125 Гбит/с, и 4 канала сигналов могут обеспечить передачу сигнала со скоростью 200 Гбит/с. Для Ethernet 400G это может быть достигнуто с помощью 8 каналов сигналов со скоростью 26,5625 Гбод.
Дата публикации: 02.01.2025