مقدمه‌ای بر فناوری PAM4

قبل از درک فناوری PAM4، فناوری مدولاسیون چیست؟ فناوری مدولاسیون تکنیک تبدیل سیگنال‌های باند پایه (سیگنال‌های الکتریکی خام) به سیگنال‌های انتقال است. برای اطمینان از اثربخشی ارتباط و غلبه بر مشکلات در انتقال سیگنال در مسافت‌های طولانی، لازم است طیف سیگنال از طریق مدولاسیون به یک کانال فرکانس بالا برای انتقال منتقل شود.

PAM4 یک تکنیک مدولاسیون دامنه پالس مرتبه چهارم (PAM) است.

سیگنال PAM یک فناوری انتقال سیگنال محبوب پس از NRZ (Non Return to Zero) است.

سیگنال NRZ از دو سطح سیگنال، بالا و پایین، برای نمایش ۱ و ۰ سیگنال منطقی دیجیتال استفاده می‌کند و می‌تواند در هر سیکل کلاک، ۱ بیت اطلاعات منطقی را منتقل کند.

سیگنال PAM4 از ۴ سطح سیگنال مختلف برای انتقال سیگنال استفاده می‌کند و هر سیکل ساعت می‌تواند ۲ بیت اطلاعات منطقی، یعنی ۰۰، ۰۱، ۱۰ و ۱۱ را منتقل کند.
بنابراین، تحت شرایط نرخ بیت یکسان، نرخ بیت سیگنال PAM4 دو برابر سیگنال NRZ است که راندمان انتقال را دو برابر کرده و به طور موثر هزینه‌ها را کاهش می‌دهد.

فناوری PAM4 به طور گسترده در زمینه اتصال سیگنال پرسرعت مورد استفاده قرار گرفته است. در حال حاضر، ماژول فرستنده-گیرنده نوری 400G مبتنی بر فناوری مدولاسیون PAM4 برای مرکز داده و ماژول فرستنده-گیرنده نوری 50G مبتنی بر فناوری مدولاسیون PAM4 برای شبکه اتصال 5G وجود دارد.

فرآیند پیاده‌سازی ماژول فرستنده-گیرنده نوری 400G DML مبتنی بر مدولاسیون PAM4 به شرح زیر است: هنگام ارسال سیگنال‌های واحد، 16 کانال سیگنال‌های الکتریکی 25G NRZ دریافتی از واحد رابط الکتریکی وارد می‌شوند، توسط پردازنده DSP پیش‌پردازش، PAM4 مدوله شده و 8 کانال سیگنال‌های الکتریکی 25G PAM4 خروجی می‌دهند که روی تراشه درایور بارگذاری می‌شوند. سیگنال‌های الکتریکی پرسرعت از طریق 8 کانال لیزر به 8 کانال سیگنال نوری پرسرعت 50 گیگابیت بر ثانیه تبدیل می‌شوند، توسط یک مالتی‌پلکسر تقسیم طول موج ترکیب می‌شوند و در 1 کانال خروجی سیگنال نوری پرسرعت 400G سنتز می‌شوند. هنگام دریافت سیگنال‌های واحد، سیگنال نوری پرسرعت 1 کاناله 400G دریافتی از طریق واحد رابط نوری وارد می‌شود، از طریق یک دی‌مالتی‌پلکسر به سیگنال نوری پرسرعت 8 کاناله 50 گیگابیت بر ثانیه تبدیل می‌شود، توسط یک گیرنده نوری دریافت می‌شود و به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می‌شود. پس از بازیابی کلاک، تقویت، برابرسازی و دمدولاسیون PAM4 توسط یک تراشه پردازش DSP، سیگنال الکتریکی به 16 کانال سیگنال الکتریکی 25G NRZ تبدیل می‌شود.

فناوری مدولاسیون PAM4 را روی ماژول‌های نوری ۴۰۰ گیگابیت بر ثانیه اعمال کنید. ماژول نوری ۴۰۰ گیگابیت بر ثانیه مبتنی بر مدولاسیون PAM4 می‌تواند تعداد لیزرهای مورد نیاز در انتهای فرستنده را کاهش دهد و به همین ترتیب تعداد گیرنده‌های مورد نیاز در انتهای گیرنده را به دلیل استفاده از تکنیک‌های مدولاسیون مرتبه بالاتر در مقایسه با NRZ کاهش دهد. مدولاسیون PAM4 تعداد اجزای نوری در ماژول نوری را کاهش می‌دهد که می‌تواند مزایایی مانند هزینه‌های مونتاژ کمتر، کاهش مصرف برق و اندازه بسته‌بندی کوچکتر را به همراه داشته باشد.

تقاضا برای ماژول‌های نوری 50 گیگابیت بر ثانیه در شبکه‌های انتقال و بک‌هال 5G وجود دارد و یک راه‌حل مبتنی بر دستگاه‌های نوری 25G و تکمیل‌شده با فرمت مدولاسیون دامنه پالس PAM4 برای دستیابی به نیازهای کم‌هزینه و پهنای باند بالا اتخاذ شده است.

هنگام توصیف سیگنال‌های PAM-4، توجه به تفاوت بین نرخ باود و نرخ بیت مهم است. برای سیگنال‌های NRZ سنتی، از آنجایی که یک نماد یک بیت داده را منتقل می‌کند، نرخ بیت و نرخ باود یکسان هستند. به عنوان مثال، در اترنت 100G، با استفاده از چهار سیگنال 25.78125GBaud برای انتقال، نرخ بیت روی هر سیگنال نیز 25.78125Gbps است و چهار سیگنال به انتقال سیگنال 100Gbps دست می‌یابند. برای سیگنال‌های PAM-4، از آنجایی که یک نماد 2 بیت داده را منتقل می‌کند، نرخ بیتی که می‌تواند منتقل شود دو برابر نرخ باود است. به عنوان مثال، با استفاده از 4 کانال سیگنال 26.5625GBaud برای انتقال در اترنت 200G، نرخ بیت روی هر کانال 53.125Gbps است و 4 کانال سیگنال می‌توانند به انتقال سیگنال 200Gbps دست یابند. برای اترنت ۴۰۰G، می‌توان با ۸ کانال از سیگنال‌های ۲۶.۵۶۲۵GBaud به آن دست یافت.