PAM4技術簡介 (1)

什麼是PAM4

PAM4是PAM(Pulse Amplitude Modulation,脈衝幅度調製)調製技術的一種。
PAM信號是繼NRZ(Non- Return-to-Zero)後的熱門信號傳輸技術,也是多階調製技術的代表,當前已被廣泛應用在高速信號互連領域。
NRZ和PAM4信號典型波形如下圖所示。其中,右側為NRZ和PAM4的光眼圖對比,NRZ為單眼波形,PAM4為三眼波形(y軸方向存在3個眼狀圖形)。

 PAM4信号波形和眼圖對比

»NRZ與PAM4信號差異如下: NRZ信號採用高、低兩種信號電平表示數字邏輯信號的1、0,每個時鐘週期可以傳輸1bit的邏輯信息。

» PAM4信號採用4個不同的信號電平進行信號傳輸,每個時鐘週期可以傳輸2bit的邏輯信息,即00、01、10、11。
因此,在同樣波特率條件下,PAM4信號比特速率是NRZ信號的2倍,傳輸效率提高一倍,同時還可有效降低成本。因其高效的傳輸效率,IEEE以太網標準組802.3已確定在400GE/200GE/50GE接口中的物理層採用50Gbps/lane(簡稱50G) PAM4編碼技術。



為什麼需要PAM4?



PAM4技術本質是一種更高效的調製技術,可以有效提升帶寬利用效率。
1.2.1 5G承載,需要大帶寬低成本解決方案成本訴求。
從4G至即將到來的5G,流量增長非常迅猛,但與此形成鮮明對照的是,運營商的收入依然以低速增長,兩者的差異差越來越大。
如何縮小流量和收入的不平衡是運營商面臨的一大痛點。如果可以解決此痛點,無疑會在5G解決方 案競爭中獲得優勢。
最有效降低差異的措施是降低成本。在移動承載網設備的成本構成中,光模塊佔比越來越大。
如果 可以有效降低光模塊的成本,無疑會對降低整網設備 成本起到至關重要的作用。


性能訴求與前幾代移動網絡相比,5G網絡的能力將有飛 躍發展。例如,下行峰值數據速率可達20Gbps,而 上行峰值數據速率可能超過10Gbps。在基礎設施方 面,運營商應該進行端到端的網絡架構改造,構建從 接入網、匯聚網到核心網的彈性架構,增強其基礎設 施的帶寬擴展靈活性。
提升發光效率和性能,業界普遍採用III-V族元素化合 物進行光芯片設計,與僅需要保證電氣性能的CMOS 工藝用純矽有較大差異。
當前光技術發展已成為接口發展技術瓶頸。 CMOS工藝經過幾十年發展已經非常成熟,由於有海 量應用以及N次迭代後優化的工藝。相比之下,III-V 族發展速度已顯著落後,受限產業規模,在工藝成熟 度和標準化方面存在較大差距。當前,光技術發展速 度已不能滿足經典的摩爾定律要求,即每18個月性 能翻倍。通信領域的光電子技術發展速度,當前需要 24~36個月才能翻倍。
為了使光電子技術發展更快,出現了矽光技術等新的工藝技術,以及高階調製等算法技術等手段加速。
PAM4屬於高階調製技術的一種,可認為是利用 電領域技術加速光技術發展的一個有效方法。

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