مقدمة لتكنولوجيا PAM4

قبل فهم تقنية PAM4، ما هي تقنية التضمين؟ تقنية التضمين هي تقنية تحويل إشارات النطاق الأساسي (الإشارات الكهربائية الخام) إلى إشارات إرسال. لضمان فعالية الاتصال والتغلب على مشاكل نقل الإشارات لمسافات طويلة، من الضروري نقل طيف الإشارة إلى قناة عالية التردد من خلال التضمين للإرسال.

PAM4 هي تقنية تعديل سعة النبضة من الدرجة الرابعة (PAM).

إشارة PAM هي تقنية نقل إشارة شائعة بعد NRZ (عدم العودة إلى الصفر).

تستخدم إشارة NRZ مستويين للإشارة، عالي ومنخفض، لتمثيل 1 و0 للإشارة المنطقية الرقمية، ويمكنها نقل 1 بت من المعلومات المنطقية لكل دورة ساعة.

تستخدم إشارة PAM4 4 مستويات إشارة مختلفة لنقل الإشارة، ويمكن لكل دورة ساعة نقل 2 بت من المعلومات المنطقية، وهي 00 و01 و10 و11.
لذلك، في ظل نفس ظروف معدل الباود، فإن معدل بت إشارة PAM4 هو ضعف معدل بت إشارة NRZ، مما يضاعف كفاءة الإرسال ويقلل التكاليف بشكل فعال.

تُستخدم تقنية PAM4 على نطاق واسع في مجال ربط الإشارات عالية السرعة. حاليًا، تتوفر وحدة إرسال واستقبال بصرية بسرعة 400 جيجابت في الثانية، تعتمد على تقنية تعديل PAM4، لمراكز البيانات، ووحدة إرسال واستقبال بصرية بسرعة 50 جيجابت في الثانية، تعتمد على تقنية تعديل PAM4، لشبكات الربط 5G.

تتم عملية تنفيذ وحدة الإرسال والاستقبال الضوئية DML 400G المعتمدة على تعديل PAM4 كما يلي: عند إرسال إشارات الوحدة، تُدخل القنوات الـ 16 المُستقبَلة من الإشارات الكهربائية NRZ 25G من وحدة الواجهة الكهربائية، وتُعالَج مُسبقًا بواسطة مُعالج DSP، وتُعَدَّل PAM4، وتُخرَج 8 قنوات من الإشارات الكهربائية PAM4 25G، والتي تُحمَّل على شريحة المُشغِّل. تُحوَّل الإشارات الكهربائية عالية السرعة إلى 8 قنوات من الإشارات الضوئية عالية السرعة 50Gbps عبر 8 قنوات ليزر، وتُدمج بواسطة مُضاعِف تقسيم الطول الموجي، وتُركَّب في قناة واحدة من خرج الإشارة الضوئية عالية السرعة 400G. عند استقبال إشارات الوحدة، تُدخل الإشارة الضوئية عالية السرعة 400G المُستقبَلة ذات القناة الواحدة عبر وحدة الواجهة الضوئية، وتُحوَّل إلى إشارة ضوئية عالية السرعة 8 قنوات 50Gbps عبر مُفكِّك التعدد، ويُستقبَل بواسطة مُستقبِل بصري، وتُحوَّل إلى إشارة كهربائية. بعد استعادة الساعة، والتضخيم، والمعادلة، وإزالة التعديل PAM4 بواسطة شريحة معالجة DSP، يتم تحويل الإشارة الكهربائية إلى 16 قناة من إشارة كهربائية 25G NRZ.

تطبيق تقنية تعديل PAM4 على وحدات بصرية بسرعة 400 جيجابت/ثانية. تُقلل هذه الوحدة البصرية بسرعة 400 جيجابت/ثانية، المعتمدة على تعديل PAM4، عدد أشعة الليزر المطلوبة في طرف الإرسال، وبالتالي عدد أجهزة الاستقبال المطلوبة في طرف الاستقبال، وذلك بفضل استخدام تقنيات تعديل عالية المستوى مقارنةً بتقنية NRZ. يُقلل تعديل PAM4 عدد المكونات البصرية في الوحدة البصرية، مما يُحقق مزايا مثل انخفاض تكاليف التجميع، وانخفاض استهلاك الطاقة، وصغر حجم العبوة.

هناك طلب على وحدات بصرية بسرعة 50 جيجابت في الثانية في شبكات النقل والعودة 5G، وتم اعتماد حل يعتمد على أجهزة بصرية بسرعة 25 جيجابت في الثانية ومكمل بتنسيق تعديل سعة النبضة PAM4 لتحقيق متطلبات النطاق الترددي العالي والمنخفض التكلفة.

عند وصف إشارات PAM-4، من المهم الانتباه إلى الفرق بين معدل الباود ومعدل البت. في إشارات NRZ التقليدية، بما أن الرمز الواحد ينقل بتًا واحدًا من البيانات، فإن معدل البت ومعدل الباود متماثلان. على سبيل المثال، في شبكة إيثرنت 100G، باستخدام أربع إشارات 25.78125GBaud للإرسال، يكون معدل البت لكل إشارة 25.78125Gbps أيضًا، وتصل الإشارات الأربع إلى نقل إشارة 100Gbps؛ أما في إشارات PAM-4، بما أن الرمز الواحد ينقل بتَّين من البيانات، فإن معدل البت الذي يمكن إرساله يكون ضعف معدل الباود. على سبيل المثال، باستخدام أربع قنوات من إشارات 26.5625GBaud للإرسال في شبكة إيثرنت 200G، يكون معدل البت لكل قناة 53.125Gbps، وتصل الإشارات الأربع إلى نقل إشارة 200Gbps. بالنسبة لشبكة Ethernet 400G، يمكن تحقيق ذلك باستخدام 8 قنوات من إشارات 26.5625GBaud.