Uvod u PAM4 tehnologiju

Prije nego što shvatimo PAM4 tehnologiju, što je modulacijska tehnologija? Modulacijska tehnologija je tehnika pretvaranja baznih signala (sirovih električnih signala) u prijenosne signale. Kako bi se osigurala učinkovitost komunikacije i prevladali problemi u prijenosu signala na velike udaljenosti, potrebno je prenijeti signalni spektar na visokofrekventni kanal putem modulacije za prijenos.

PAM4 je tehnika modulacije amplitude impulsa (PAM) četvrtog reda.

PAM signal je popularna tehnologija prijenosa signala nakon NRZ-a (Non Return to Zero - bez povratka u nulu).

NRZ signal koristi dvije razine signala, visoku i nisku, za predstavljanje 1 i 0 digitalnog logičkog signala i može prenijeti 1 bit logičke informacije po taktnom ciklusu.

PAM4 signal koristi 4 različite razine signala za prijenos signala, a svaki taktni ciklus može prenijeti 2 bita logičkih informacija, i to 00, 01, 10 i 11.
Stoga je, pod istim uvjetima brzine prijenosa, brzina prijenosa PAM4 signala dvostruko veća od brzine prijenosa NRZ signala, što udvostručuje učinkovitost prijenosa i učinkovito smanjuje troškove.

PAM4 tehnologija se široko koristi u području brzog međusobnog povezivanja signala. Trenutno postoje 400G optički primopredajni moduli temeljeni na PAM4 modulacijskoj tehnologiji za podatkovne centre i 50G optički primopredajni moduli temeljeni na PAM4 modulacijskoj tehnologiji za 5G mrežu međusobnog povezivanja.

Proces implementacije 400G DML optičkog primopredajnog modula temeljenog na PAM4 modulaciji je sljedeći: pri odašiljanju jediničnih signala, primljenih 16 kanala 25G NRZ električnih signala ulazi iz jedinice električnog sučelja, prethodno ih obrađuje DSP procesor, modulira PAM4 i daje 8 kanala 25G PAM4 električnih signala, koji se učitavaju na upravljački čip. Brzi električni signali pretvaraju se u 8 kanala optičkih signala velike brzine od 50 Gbps putem 8 laserskih kanala, kombiniraju se multiplekserom s valnom duljinom i sintetiziraju u 1 kanal izlaznog optičkog signala velike brzine od 400 Gbps. Pri prijemu jediničnih signala, primljeni 1-kanalni optički signal velike brzine od 400 Gbps ulazi kroz jedinicu optičkog sučelja, pretvara se u 8-kanalni optički signal velike brzine od 50 Gbps putem demultipleksera, prima ga optički prijemnik i pretvara u električni signal. Nakon oporavka takta, pojačanja, izjednačavanja i PAM4 demodulacije pomoću DSP procesora, električni signal se pretvara u 16 kanala 25G NRZ električnog signala.

Primjena PAM4 modulacijske tehnologije na optičke module od 400 Gb/s. Optički modul od 400 Gb/s temeljen na PAM4 modulaciji može smanjiti broj potrebnih lasera na odašiljaču i odgovarajuće smanjiti broj potrebnih prijemnika na prijemnom kraju zbog korištenja tehnika modulacije višeg reda u usporedbi s NRZ-om. PAM4 modulacija smanjuje broj optičkih komponenti u optičkom modulu, što može donijeti prednosti poput nižih troškova montaže, smanjene potrošnje energije i manje veličine pakiranja.

Postoji potražnja za optičkim modulima od 50 Gbit/s u 5G prijenosnim i backhaul mrežama, a rješenje temeljeno na 25G optičkim uređajima i dopunjeno PAM4 formatom pulsno-amplitudne modulacije usvojeno je kako bi se postigli zahtjevi za niskom cijenom i velikom propusnošću.

Prilikom opisivanja PAM-4 signala, važno je obratiti pozornost na razliku između brzine prijenosa podataka (baud rate) i brzine prijenosa podataka (baud rate). Za tradicionalne NRZ signale, budući da jedan simbol prenosi jedan bit podataka, brzina prijenosa podataka (bid rate) i brzina prijenosa podataka (baud rate) su isti. Na primjer, u 100G Ethernetu, korištenjem četiri signala od 25,78125 GBaud za prijenos, brzina prijenosa podataka na svakom signalu je također 25,78125 Gbps, a četiri signala postižu prijenos signala od 100 Gbps; Za PAM-4 signale, budući da jedan simbol prenosi 2 bita podataka, brzina prijenosa podataka koja se može prenijeti je dvostruko veća od brzine prijenosa podataka. Na primjer, korištenjem 4 kanala signala od 26,5625 GBaud za prijenos u 200G Ethernetu, brzina prijenosa podataka na svakom kanalu je 53,125 Gbps, a 4 kanala signala mogu postići prijenos signala od 200 Gbps. Za 400G Ethernet, to se može postići s 8 kanala signala od 26,5625 GBaud.