Avant d'aborder la technologie PAM4, qu'est-ce que la modulation ? La modulation est la technique de conversion des signaux en bande de base (signaux électriques bruts) en signaux de transmission. Afin de garantir l'efficacité des communications et de pallier les problèmes de transmission de signaux sur de longues distances, il est nécessaire de convertir le spectre du signal vers un canal haute fréquence par modulation.
PAM4 est une technique de modulation d'amplitude d'impulsion (PAM) du quatrième ordre.
Le signal PAM est une technologie de transmission de signal populaire après le NRZ (Non Return to Zero).
Le signal NRZ utilise deux niveaux de signal, haut et bas, pour représenter le 1 et le 0 du signal logique numérique, et peut transmettre 1 bit d'information logique par cycle d'horloge.
Le signal PAM4 utilise 4 niveaux de signal différents pour la transmission du signal, et chaque cycle d'horloge peut transmettre 2 bits d'information logique, à savoir 00, 01, 10 et 11.
Par conséquent, dans les mêmes conditions de débit binaire, le débit binaire du signal PAM4 est deux fois supérieur à celui du signal NRZ, ce qui double l'efficacité de la transmission et réduit efficacement les coûts.
La technologie PAM4 est largement utilisée dans le domaine de l'interconnexion de signaux à haut débit. Actuellement, il existe des modules émetteurs-récepteurs optiques 400G basés sur la modulation PAM4 pour les centres de données et des modules émetteurs-récepteurs optiques 50G basés sur la modulation PAM4 pour les réseaux d'interconnexion 5G.
Le processus de mise en œuvre du module émetteur-récepteur optique DML 400G basé sur la modulation PAM4 est le suivant : lors de la transmission de signaux unitaires, les 16 canaux de signaux électriques NRZ 25G reçus sont entrés par l’unité d’interface électrique, prétraités par le processeur DSP, modulés en PAM4 et générant 8 canaux de signaux électriques PAM4 25G, qui sont chargés sur la puce de commande. Ces signaux électriques haut débit sont convertis en 8 canaux de signaux optiques haut débit de 50 Gbit/s par 8 lasers, combinés par un multiplexeur en longueur d’onde et synthétisés en un canal de sortie de signal optique haut débit 400G. Lors de la réception de signaux unitaires, le signal optique haut débit 400G reçu est entré par l’unité d’interface optique, converti en un signal optique haut débit de 50 Gbit/s à 8 canaux par un démultiplexeur, reçu par un récepteur optique et converti en signal électrique. Après récupération d'horloge, amplification, égalisation et démodulation PAM4 par une puce de traitement DSP, le signal électrique est converti en 16 canaux de signal électrique NRZ 25G.
L'application de la technologie de modulation PAM4 aux modules optiques 400 Gb/s permet, grâce à l'utilisation de techniques de modulation d'ordre supérieur par rapport à la modulation NRZ, de réduire le nombre de lasers nécessaires à l'émission et, par conséquent, le nombre de récepteurs requis à la réception. La modulation PAM4 réduit ainsi le nombre de composants optiques du module, ce qui engendre des avantages tels que des coûts d'assemblage et une consommation d'énergie réduits, ainsi qu'un encombrement moindre.
Il existe une demande de modules optiques 50 Gbit/s dans les réseaux de transmission et de liaison 5G, et une solution basée sur des dispositifs optiques 25G et complétée par le format de modulation d'amplitude d'impulsion PAM4 est adoptée pour répondre aux exigences de faible coût et de bande passante élevée.
Lorsqu'on décrit les signaux PAM-4, il est important de faire la distinction entre débit binaire et débit de données. Pour les signaux NRZ traditionnels, chaque symbole transmettant un bit de données, le débit binaire et le débit binaire sont identiques. Par exemple, en Ethernet 100G, avec quatre signaux de 25,78125 Gbit/s, le débit binaire de chaque signal est également de 25,78125 Gbit/s, permettant une transmission de 100 Gbit/s. En revanche, pour les signaux PAM-4, chaque symbole transmet deux bits de données, le débit binaire est donc le double du débit binaire. Par exemple, en Ethernet 200G avec quatre canaux de signaux de 26,5625 Gbit/s, le débit binaire de chaque canal est de 53,125 Gbit/s, permettant une transmission de 200 Gbit/s. En Ethernet 400G, ce débit peut être atteint avec huit canaux de signaux de 26,5625 Gbit/s.
Date de publication : 2 janvier 2025