Antes de entendermos a tecnologia PAM4, o que é tecnologia de modulação? A tecnologia de modulação é a técnica de conversão de sinais de banda base (sinais elétricos brutos) em sinais de transmissão. Para garantir a eficácia da comunicação e superar problemas na transmissão de sinais a longa distância, é necessário transferir o espectro do sinal para um canal de alta frequência por meio da modulação para transmissão.
PAM4 é uma técnica de modulação de amplitude de pulso (PAM) de quarta ordem.
O sinal PAM é uma tecnologia de transmissão de sinal popular depois do NRZ (Non Return to Zero).
O sinal NRZ utiliza dois níveis de sinal, alto e baixo, para representar o 1 e o 0 do sinal lógico digital, e pode transmitir 1 bit de informação lógica por ciclo de clock.
O sinal PAM4 utiliza 4 níveis de sinal diferentes para a transmissão do sinal, e cada ciclo de clock pode transmitir 2 bits de informação lógica, nomeadamente 00, 01, 10 e 11.
Portanto, sob as mesmas condições de taxa de transmissão (baud rate), a taxa de bits do sinal PAM4 é o dobro da do sinal NRZ, o que duplica a eficiência da transmissão e reduz efetivamente os custos.
A tecnologia PAM4 tem sido amplamente utilizada na área de interconexão de sinais de alta velocidade. Atualmente, existem módulos transceptores ópticos de 400G baseados na tecnologia de modulação PAM4 para data centers e módulos transceptores ópticos de 50G baseados na mesma tecnologia para redes de interconexão 5G.
O processo de implementação do módulo transceptor óptico DML de 400G baseado em modulação PAM4 é o seguinte: na transmissão de sinais, os 16 canais de sinais elétricos NRZ de 25G recebidos são inseridos pela unidade de interface elétrica, pré-processados pelo processador DSP, modulados em PAM4 e emitidos como 8 canais de sinais elétricos PAM4 de 25G, que são carregados no chip driver. Os sinais elétricos de alta velocidade são convertidos em 8 canais de sinais ópticos de alta velocidade de 50Gbps por meio de 8 canais de laser, combinados por um multiplexador por divisão de comprimento de onda e sintetizados em 1 canal de sinal óptico de alta velocidade de 400G. Na recepção de sinais, o sinal óptico de alta velocidade de 400G recebido é inserido pela unidade de interface óptica, convertido em 8 canais de sinais ópticos de alta velocidade de 50Gbps por meio de um demultiplexador, recebido por um receptor óptico e convertido em um sinal elétrico. Após a recuperação do sinal de clock, amplificação, equalização e demodulação PAM4 por um chip de processamento DSP, o sinal elétrico é convertido em 16 canais de sinal elétrico NRZ de 25G.
A tecnologia de modulação PAM4 é aplicada a módulos ópticos de 400 Gb/s. O módulo óptico de 400 Gb/s baseado em modulação PAM4 pode reduzir o número de lasers necessários na extremidade transmissora e, consequentemente, o número de receptores necessários na extremidade receptora, devido ao uso de técnicas de modulação de ordem superior em comparação com a NRZ. A modulação PAM4 reduz o número de componentes ópticos no módulo, o que pode trazer vantagens como custos de montagem mais baixos, menor consumo de energia e tamanho de encapsulamento reduzido.
Existe uma demanda por módulos ópticos de 50 Gbit/s em redes de transmissão e backhaul 5G, e uma solução baseada em dispositivos ópticos 25G, complementada pelo formato de modulação por amplitude de pulso PAM4, é adotada para atender aos requisitos de baixo custo e alta largura de banda.
Ao descrever sinais PAM-4, é importante atentar para a diferença entre taxa de transmissão (baud rate) e taxa de bits (bit rate). Para sinais NRZ tradicionais, como cada símbolo transmite um bit de dados, a taxa de bits e a taxa de transmissão são iguais. Por exemplo, em uma rede Ethernet de 100G, utilizando quatro sinais de 25,78125 GBaud para transmissão, a taxa de bits em cada sinal também é de 25,78125 Gbps, e os quatro sinais atingem uma transmissão de 100 Gbps. Já para sinais PAM-4, como cada símbolo transmite 2 bits de dados, a taxa de bits que pode ser transmitida é o dobro da taxa de transmissão. Por exemplo, utilizando 4 canais de sinais de 26,5625 GBaud para transmissão em uma rede Ethernet de 200G, a taxa de bits em cada canal é de 53,125 Gbps, e os 4 canais de sinais podem atingir uma transmissão de 200 Gbps. Para uma rede Ethernet de 400G, isso pode ser alcançado com 8 canais de sinais de 26,5625 GBaud.
Data da publicação: 02/01/2025