Bevor wir die PAM4-Technologie verstehen, was ist Modulationstechnologie? Modulationstechnologie ist das Verfahren zur Umwandlung von Basisbandsignalen (rohen elektrischen Signalen) in Sendesignale. Um eine effektive Kommunikation zu gewährleisten und Probleme bei der Signalübertragung über große Entfernungen zu überwinden, ist es notwendig, das Signalspektrum mittels Modulation auf einen Hochfrequenzkanal zu übertragen.
PAM4 ist eine Pulsamplitudenmodulationstechnik vierter Ordnung (PAM).
Das PAM-Signal ist nach NRZ (Non Return to Zero) eine weit verbreitete Signalübertragungstechnologie.
Das NRZ-Signal verwendet zwei Signalpegel, hoch und niedrig, um die 1 und 0 des digitalen Logiksignals darzustellen, und kann 1 Bit Logikinformation pro Taktzyklus übertragen.
Das PAM4-Signal verwendet 4 verschiedene Signalpegel für die Signalübertragung, und jeder Taktzyklus kann 2 Bit an logischen Informationen übertragen, nämlich 00, 01, 10 und 11.
Daher ist bei gleicher Baudrate die Bitrate des PAM4-Signals doppelt so hoch wie die des NRZ-Signals, was die Übertragungseffizienz verdoppelt und die Kosten effektiv senkt.
Die PAM4-Technologie findet breite Anwendung im Bereich der Hochgeschwindigkeits-Signalübertragung. Aktuell sind 400G-Transceiver-Module auf Basis der PAM4-Modulation für Rechenzentren und 50G-Transceiver-Module auf Basis dieser Technologie für 5G-Verbindungsnetze verfügbar.
Der Implementierungsprozess des 400G-DML-Transceivermoduls auf Basis von PAM4-Modulation verläuft wie folgt: Beim Senden werden die 16 empfangenen 25G-NRZ-Kanäle von der elektrischen Schnittstelleneinheit eingespeist, vom DSP-Prozessor vorverarbeitet, PAM4-moduliert und als 8 Kanäle mit 25G-PAM4-Signal ausgegeben. Diese werden auf den Treiberchip geladen. Die Hochgeschwindigkeitssignale werden mittels 8 Laserkanälen in 8 optische 50-Gbit/s-Kanäle umgewandelt, durch einen Wellenlängenmultiplexer kombiniert und zu einem 400G-Hochgeschwindigkeitssignal synthetisiert. Beim Empfangen wird das empfangene 400G-Hochgeschwindigkeitssignal über die optische Schnittstelleneinheit eingespeist, mittels Demultiplexer in 8 optische 50-Gbit/s-Kanäle umgewandelt, vom optischen Empfänger empfangen und in ein elektrisches Signal zurückgewandelt. Nach Taktrückgewinnung, Verstärkung, Entzerrung und PAM4-Demodulation durch einen DSP-Prozessorchip wird das elektrische Signal in 16 Kanäle eines 25G NRZ-Signals umgewandelt.
Die PAM4-Modulationstechnologie wird auf optische 400-Gbit/s-Module angewendet. Das auf PAM4-Modulation basierende optische 400-Gbit/s-Modul reduziert die Anzahl der benötigten Laser am Sender und damit auch die Anzahl der Empfänger am Empfänger, da im Vergleich zu NRZ Modulationsverfahren höherer Ordnung eingesetzt werden. Die PAM4-Modulation verringert die Anzahl der optischen Komponenten im Modul, was Vorteile wie geringere Montagekosten, reduzierten Stromverbrauch und kleinere Baugrößen mit sich bringt.
Für optische Module mit einer Bandbreite von 50 Gbit/s in 5G-Übertragungs- und Backhaul-Netzen besteht Bedarf. Um die Anforderungen an niedrige Kosten und hohe Bandbreite zu erfüllen, wird eine Lösung auf Basis von optischen 25G-Bauelementen und ergänzt durch das PAM4-Pulsamplitudenmodulationsformat eingesetzt.
Bei der Beschreibung von PAM-4-Signalen ist der Unterschied zwischen Baudrate und Bitrate zu beachten. Bei herkömmlichen NRZ-Signalen entspricht die Bitrate der Baudrate, da jedes Symbol ein Bit an Daten überträgt. Beispielsweise beträgt die Bitrate bei 100G-Ethernet mit vier 25,78125-GBaud-Signalen jeweils 25,78125 Gbit/s, wodurch eine Übertragungsrate von 100 Gbit/s erreicht wird. Bei PAM-4-Signalen hingegen überträgt jedes Symbol zwei Bit an Daten, sodass die übertragbare Bitrate doppelt so hoch ist wie die Baudrate. Beispielsweise beträgt die Bitrate bei 200G-Ethernet mit vier Kanälen à 26,5625-GBaud-Signalen jeweils 53,125 Gbit/s, wodurch eine Übertragungsrate von 200 Gbit/s erreicht wird. Bei 400G-Ethernet sind dafür acht Kanäle à 26,5625-GBaud-Signale erforderlich.
Veröffentlichungsdatum: 02.01.2025