قبل الخوض في تفاصيل تقنية PAM4، ما هي تقنية التضمين؟ تقنية التضمين هي أسلوب لتحويل إشارات النطاق الأساسي (الإشارات الكهربائية الخام) إلى إشارات إرسال. ولضمان فعالية الاتصال والتغلب على مشاكل نقل الإشارات لمسافات طويلة، من الضروري نقل طيف الإشارة إلى قناة عالية التردد عبر التضمين.
PAM4 هي تقنية تعديل سعة النبضة من الدرجة الرابعة (PAM).
تُعد إشارة PAM تقنية شائعة لنقل الإشارات بعد NRZ (عدم العودة إلى الصفر).
تستخدم إشارة NRZ مستويين للإشارة، عالي ومنخفض، لتمثيل 1 و 0 لإشارة المنطق الرقمي، ويمكنها نقل بت واحد من معلومات المنطق لكل دورة ساعة.
تستخدم إشارة PAM4 أربعة 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، يكون معدل بت إشارة PAM4 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. يوجد حاليًا وحدات إرسال واستقبال ضوئية بسرعة 400 جيجابت في الثانية تعتمد على تقنية تعديل PAM4 لمراكز البيانات، ووحدات إرسال واستقبال ضوئية بسرعة 50 جيجابت في الثانية تعتمد على تقنية تعديل PAM4 لشبكات الجيل الخامس.
تتلخص عملية تنفيذ وحدة الإرسال والاستقبال الضوئية DML بسرعة 400 جيجابت/ثانية، والمبنية على تعديل PAM4، فيما يلي: عند إرسال إشارات الوحدة، تُستقبل 16 قناة من الإشارات الكهربائية NRZ بسرعة 25 جيجابت/ثانية من وحدة الواجهة الكهربائية، وتُعالج مسبقًا بواسطة معالج الإشارات الرقمية (DSP)، ثم تُعدّل بتقنية PAM4، وتُخرج 8 قنوات من الإشارات الكهربائية PAM4 بسرعة 25 جيجابت/ثانية، والتي تُحمّل على شريحة التشغيل. تُحوّل الإشارات الكهربائية عالية السرعة إلى 8 قنوات من الإشارات الضوئية عالية السرعة بسرعة 50 جيجابت/ثانية عبر 8 قنوات ليزر، وتُدمج بواسطة مُضاعِف تقسيم الطول الموجي، ثم تُركّب في قناة واحدة من إشارة ضوئية عالية السرعة بسرعة 400 جيجابت/ثانية. عند استقبال إشارات الوحدة، تُستقبل إشارة ضوئية عالية السرعة بسرعة 400 جيجابت/ثانية من خلال وحدة الواجهة الضوئية، وتُحوّل إلى 8 قنوات من الإشارات الضوئية عالية السرعة بسرعة 50 جيجابت/ثانية عبر مُزيل الإرسال، ثم تُستقبل بواسطة مستقبل ضوئي، وتُحوّل إلى إشارة كهربائية. بعد استعادة الساعة، والتضخيم، والمعادلة، وإزالة التضمين PAM4 بواسطة شريحة معالجة DSP، يتم تحويل الإشارة الكهربائية إلى 16 قناة من إشارة كهربائية NRZ 25G.
تطبيق تقنية تعديل PAM4 على وحدات بصرية بسرعة 400 جيجابت/ثانية. تُقلل هذه التقنية عدد الليزرات المطلوبة في طرف الإرسال، وبالتالي عدد أجهزة الاستقبال المطلوبة في طرف الاستقبال، وذلك بفضل استخدام تقنيات تعديل ذات رتبة أعلى مقارنةً بتقنية NRZ. كما تُقلل تقنية PAM4 عدد المكونات البصرية في الوحدة، مما يُحقق مزايا عديدة، منها انخفاض تكاليف التجميع، واستهلاك الطاقة، وتصغير حجم التغليف.
هناك طلب على وحدات بصرية بسرعة 50 جيجابت/ثانية في شبكات نقل البيانات وشبكات النقل الخلفية من الجيل الخامس، ويتم اعتماد حل يعتمد على أجهزة بصرية بسرعة 25 جيجابت/ثانية ويكمله تنسيق تعديل سعة النبضة PAM4 لتحقيق متطلبات النطاق الترددي المنخفض والعالي.
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 متساويان. على سبيل المثال، في شبكة إيثرنت 100G، باستخدام أربع إشارات بمعدل 25.78125 جيجا باود للإرسال، يكون معدل البت لكل إشارة 25.78125 جيجابت في الثانية، وبالتالي تحقق الإشارات الأربع نقلًا للإشارة بسرعة 100 جيجابت في الثانية. أما في إشارات PAM-4، بما أن الرمز الواحد ينقل بتين من البيانات، فإن معدل البت الذي يمكن نقله هو ضعف معدل الباود. على سبيل المثال، باستخدام أربع قنوات من إشارات بمعدل 26.5625 جيجا باود للإرسال في شبكة إيثرنت 200G، يكون معدل البت لكل قناة 53.125 جيجابت في الثانية، وبالتالي تحقق القنوات الأربع نقلًا للإشارة بسرعة 200 جيجابت في الثانية. بالنسبة لشبكة إيثرنت 400G، يمكن تحقيق ذلك باستخدام 8 قنوات من إشارات 26.5625 جيجابود.
تاريخ النشر: 2 يناير 2025