ก่อนที่จะเข้าใจเทคโนโลยี PAM4 เรามาทำความเข้าใจเทคโนโลยีการมอดูเลชั่นกันก่อน เทคโนโลยีการมอดูเลชั่นคือเทคนิคการแปลงสัญญาณเบสแบนด์ (สัญญาณไฟฟ้าดิบ) ให้เป็นสัญญาณส่ง เพื่อให้มั่นใจถึงประสิทธิภาพในการสื่อสารและเอาชนะปัญหาในการส่งสัญญาณระยะไกล จำเป็นต้องถ่ายโอนสเปกตรัมของสัญญาณไปยังช่องสัญญาณความถี่สูงผ่านการมอดูเลชั่นเพื่อการส่ง
PAM4 เป็นเทคนิคการมอดูเลชั่นแบบพัลส์แอมพลิจูดลำดับที่สี่ (PAM)
สัญญาณ PAM เป็นเทคโนโลยีการส่งสัญญาณที่ได้รับความนิยมรองจาก NRZ (Non Return to Zero)
สัญญาณ NRZ ใช้ระดับสัญญาณสองระดับ คือ สูงและต่ำ เพื่อแสดงค่า 1 และ 0 ของสัญญาณตรรกะดิจิทัล และสามารถส่งข้อมูลตรรกะได้ 1 บิตต่อรอบสัญญาณนาฬิกา
สัญญาณ PAM4 ใช้ระดับสัญญาณ 4 ระดับที่แตกต่างกันสำหรับการส่งสัญญาณ และแต่ละรอบสัญญาณนาฬิกาสามารถส่งข้อมูลตรรกะได้ 2 บิต ได้แก่ 00, 01, 10 และ 11
ดังนั้น ภายใต้เงื่อนไขอัตราการส่งข้อมูล (baud rate) ที่เท่ากัน อัตราการส่งข้อมูลของสัญญาณ PAM4 จึงเป็นสองเท่าของสัญญาณ NRZ ซึ่งเพิ่มประสิทธิภาพการส่งข้อมูลเป็นสองเท่าและลดต้นทุนได้อย่างมีประสิทธิภาพ
เทคโนโลยี PAM4 ได้ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านการเชื่อมต่อสัญญาณความเร็วสูง ปัจจุบัน มีโมดูลรับส่งสัญญาณแสง 400G ที่ใช้เทคโนโลยีการมอดูเลชั่น PAM4 สำหรับศูนย์ข้อมูล และโมดูลรับส่งสัญญาณแสง 50G ที่ใช้เทคโนโลยีการมอดูเลชั่น PAM4 สำหรับเครือข่ายเชื่อมต่อ 5G
กระบวนการทำงานของโมดูลรับส่งสัญญาณแสง 400G DML ที่ใช้การมอดูเลชั่น PAM4 มีดังนี้: เมื่อส่งสัญญาณ ตัวรับสัญญาณไฟฟ้า 25G NRZ จำนวน 16 ช่องสัญญาณจะถูกป้อนเข้ามาจากหน่วยอินเทอร์เฟซไฟฟ้า ผ่านการประมวลผลเบื้องต้นโดยโปรเซสเซอร์ DSP มอดูเลชั่น PAM4 และส่งออกสัญญาณไฟฟ้า 25G PAM4 จำนวน 8 ช่องสัญญาณ ซึ่งจะถูกโหลดไปยังชิปไดรเวอร์ สัญญาณไฟฟ้าความเร็วสูงจะถูกแปลงเป็นสัญญาณแสงความเร็วสูง 50Gbps จำนวน 8 ช่องสัญญาณ ผ่านเลเซอร์ 8 ช่องสัญญาณ รวมกันโดยมัลติเพล็กเซอร์แบบแบ่งความยาวคลื่น และสังเคราะห์เป็นสัญญาณแสงความเร็วสูง 400G จำนวน 1 ช่องสัญญาณ เมื่อรับสัญญาณ ตัวรับสัญญาณแสงความเร็วสูง 400G จำนวน 1 ช่องสัญญาณจะถูกป้อนเข้ามาผ่านหน่วยอินเทอร์เฟซแสง แปลงเป็นสัญญาณแสงความเร็วสูง 50Gbps จำนวน 8 ช่องสัญญาณ ผ่านดีมัลติเพล็กเซอร์ รับโดยตัวรับสัญญาณแสง และแปลงกลับเป็นสัญญาณไฟฟ้า หลังจากผ่านกระบวนการกู้คืนสัญญาณนาฬิกา การขยายสัญญาณ การปรับสมดุลสัญญาณ และการถอดรหัส PAM4 โดยชิปประมวลผล DSP แล้ว สัญญาณไฟฟ้าจะถูกแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้า NRZ 25G จำนวน 16 ช่องสัญญาณ
ประยุกต์ใช้เทคโนโลยีการมอดูเลชั่น PAM4 กับโมดูลออปติคอล 400Gb/s โมดูลออปติคอล 400Gb/s ที่ใช้การมอดูเลชั่น PAM4 สามารถลดจำนวนเลเซอร์ที่จำเป็นในฝั่งส่งสัญญาณ และลดจำนวนตัวรับสัญญาณที่จำเป็นในฝั่งรับสัญญาณลงได้ เนื่องจากการใช้เทคนิคการมอดูเลชั่นลำดับสูงกว่าเมื่อเทียบกับ NRZ การมอดูเลชั่น PAM4 ช่วยลดจำนวนส่วนประกอบออปติคอลในโมดูลออปติคอล ซึ่งสามารถนำมาซึ่งข้อดีต่างๆ เช่น ต้นทุนการประกอบที่ต่ำลง การใช้พลังงานที่ลดลง และขนาดบรรจุภัณฑ์ที่เล็ลง
ในเครือข่ายส่งสัญญาณและแบ็คฮอลล์ 5G มีความต้องการโมดูลออปติคอลความเร็ว 50 Gbit/s และมีการนำโซลูชันที่ใช้โมดูลออปติคอล 25G ร่วมกับรูปแบบการมอดูเลชั่นแอมพลิจูดพัลส์ PAM4 มาใช้เพื่อให้ได้ต้นทุนต่ำและแบนด์วิดท์สูงตามที่ต้องการ
ในการอธิบายสัญญาณ PAM-4 สิ่งสำคัญคือต้องให้ความสนใจกับความแตกต่างระหว่างอัตรา Baud และอัตรา Bit สำหรับสัญญาณ NRZ แบบดั้งเดิม เนื่องจากหนึ่งสัญลักษณ์ส่งข้อมูลหนึ่งบิต ดังนั้นอัตรา Bit และอัตรา Baud จึงเท่ากัน ตัวอย่างเช่น ใน Ethernet 100G การใช้สัญญาณ 25.78125GBaud จำนวนสี่สัญญาณในการส่งข้อมูล อัตรา Bit ของแต่ละสัญญาณก็คือ 25.78125Gbps และสัญญาณทั้งสี่นี้สามารถส่งข้อมูลได้ 100Gbps สำหรับสัญญาณ PAM-4 เนื่องจากหนึ่งสัญลักษณ์ส่งข้อมูล 2 บิต ดังนั้นอัตรา Bit ที่สามารถส่งได้จึงเป็นสองเท่าของอัตรา Baud ตัวอย่างเช่น การใช้สัญญาณ 26.5625GBaud จำนวน 4 ช่องในการส่งข้อมูลใน Ethernet 200G อัตรา Bit ของแต่ละช่องคือ 53.125Gbps และสัญญาณทั้ง 4 ช่องสามารถส่งข้อมูลได้ 200Gbps สำหรับ Ethernet 400G สามารถทำได้โดยใช้สัญญาณ 26.5625GBaud จำนวน 8 ช่อง
วันที่เผยแพร่: 2 มกราคม 2568