مقدمه ای بر فناوری PAM4

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

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

سیگنال PAM یک فناوری محبوب انتقال سیگنال پس از NRZ (بدون بازگشت به صفر) است.

سیگنال NRZ از دو سطح سیگنال بالا و پایین برای نمایش 1 و 0 سیگنال منطقی دیجیتال استفاده می کند و می تواند 1 بیت اطلاعات منطقی را در هر سیکل ساعت ارسال کند.

سیگنال PAM4 از 4 سطح سیگنال مختلف برای انتقال سیگنال استفاده می کند و هر سیکل ساعت می تواند 2 بیت اطلاعات منطقی یعنی 00، 01، 10 و 11 را منتقل کند.
بنابراین، در شرایط نرخ باود یکسان، نرخ بیت سیگنال PAM4 دو برابر سیگنال NRZ است که بازده انتقال را دو برابر می کند و به طور موثر هزینه ها را کاهش می دهد.

فناوری PAM4 به طور گسترده در زمینه اتصال سیگنال پرسرعت مورد استفاده قرار گرفته است. در حال حاضر، ماژول فرستنده و 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 پیاده سازی ماژول فرستنده گیرنده نوری 400G DML بر اساس مدولاسیون PAM4 به شرح زیر است: هنگام انتقال سیگنال های واحد، 16 کانال دریافتی سیگنال های الکتریکی 25G NRZ از واحد رابط الکتریکی وارد می شود که توسط پردازنده DSP پیش پردازش شده، مدوله شده PAM4 و خروجی 8 کانال سیگنال الکتریکی 25G PAM4 که بر روی درایور بارگذاری می شود تراشه سیگنال های الکتریکی پرسرعت از طریق 8 کانال لیزر به 8 کانال سیگنال های نوری پرسرعت 50 گیگابیت بر ثانیه تبدیل می شوند که توسط یک مالتی پلکسر تقسیم طول موج ترکیب می شوند و به 1 کانال خروجی سیگنال نوری پرسرعت 400G سنتز می شوند. هنگام دریافت سیگنال های واحد، سیگنال نوری پرسرعت 1 کانال 400G دریافت شده از طریق واحد رابط نوری وارد می شود، از طریق یک دم مولتی پلکسر به سیگنال نوری پرسرعت 8 کاناله 50 گیگابیت بر ثانیه تبدیل می شود، توسط گیرنده نوری دریافت می شود و به الکتریکی تبدیل می شود. سیگنال پس از بازیابی ساعت، تقویت، یکسان سازی و دمدولاسیون PAM4 توسط یک تراشه پردازش DSP، سیگنال الکتریکی به 16 کانال سیگنال الکتریکی 25G NRZ تبدیل می شود.

فناوری مدولاسیون PAM4 را روی ماژول های نوری 400 گیگابیت بر ثانیه اعمال کنید. ماژول نوری 400 گیگابیت بر ثانیه مبتنی بر مدولاسیون PAM4 می تواند تعداد لیزرهای مورد نیاز در انتهای فرستنده را کاهش دهد و به تبع آن تعداد گیرنده های مورد نیاز در انتهای گیرنده را به دلیل استفاده از تکنیک های مدولاسیون مرتبه بالاتر در مقایسه با NRZ کاهش دهد. مدولاسیون PAM4 تعداد اجزای نوری را در ماژول نوری کاهش می‌دهد که می‌تواند مزایایی مانند هزینه‌های مونتاژ پایین، کاهش مصرف برق و اندازه بسته‌بندی کوچک‌تر را به همراه داشته باشد.

تقاضا برای ماژول های نوری 50 گیگابیت بر ثانیه در شبکه های انتقال 5G و backhaul وجود دارد و راه حلی مبتنی بر دستگاه های نوری 25G و تکمیل شده با فرمت مدولاسیون دامنه پالس PAM4 برای دستیابی به نیازهای کم هزینه و پهنای باند بالا اتخاذ شده است.

هنگام توصیف سیگنال های PAM-4، توجه به تفاوت بین نرخ باود و نرخ بیت مهم است. برای سیگنال های سنتی NRZ، از آنجایی که یک نماد یک بیت داده را ارسال می کند، نرخ بیت و نرخ باود یکسان هستند. به عنوان مثال، در 100G اترنت، با استفاده از چهار سیگنال 25.78125GBaud برای انتقال، نرخ بیت در هر سیگنال نیز 25.78125Gbps است، و چهار سیگنال به انتقال سیگنال 100Gbps می‌رسند. برای سیگنال های PAM-4، از آنجایی که یک نماد 2 بیت داده را ارسال می کند، نرخ بیت قابل انتقال دو برابر نرخ باود است. به عنوان مثال، با استفاده از 4 کانال سیگنال 26.5625GBaud برای انتقال در اترنت 200G، نرخ بیت در هر کانال 53.125Gbps است و 4 کانال سیگنال می تواند به انتقال سیگنال 200Gbps برسد. برای اترنت 400G، می توان با 8 کانال سیگنال 26.5625 گیگابایتی به آن رسید.