PAM4 – nästa steg mot högre överföringshastighet

Med ständigt ökande krav på dataanvändning drivet av molnapplikationer, streamingtjänster, online-spel samt nya avancerade datacenter finns det behov av allt snabbare optiska lösningar. För att göra detta möjligt måste vi utvärdera hur vi idag skickar data och utveckla nya lösningar för att kunna möta framtidens tekniska utmaningar

NRZ – traditionell teknik begränsar hastigheten

Den moduleringsteknik som traditionellt används för optisk kommunikation kallas för Non-Return-to-Zero (NRZ), och använder två nivåer som representerar binärt 0 och 1. Om vi tar QSFP28 100G LR4 som exempel skickar den data med en symbolhastighet på 28 GBaud (antal tillståndsförändringar per sekund för lasern) vilket kombinerat med NRZs enbitskodning (en bit kan skickas åt gången) ger oss en överföringshastighet på 28 Gbit/s. Genom att utnyttja frekvensbandet LAN-WDM (1295 nm – 1310 nm) kan vi använda 4 separata våglängder på 28 Gbit/s och slutresultatet är en kombinerad överföringshastighet på 100 Gbit/s.

PAM4 – Möjliggör 200G och 400G

För att på ett kostnadseffektivt sätt kunna nå en överföringshastighet på 56 Gbit/s per våglängd eller mer behöver vi öka antalet bitar som vi skickar i varje symbol. Detta är där 4th level Pulse Amplitude Modulation, mer känt som PAM4, kommer in i bilden. Genom att modulera signalens amplitud till fyra olika nivåer istället för NRZs två, har vi nu möjlighet att representera de binära värdena 00, 01, 10 samt 11. Nackdelen med den här typen av modulering är att vi får ett degraderat optiskt signal-brusförhållande (OSNR) och det kräver en mycket mer avancerad signalbehandling (DSP) i mottagaren vilket ökar kostnaden. Samtidigt går utvecklingen av nya och mer avancerade lasrar framåt vilket dessutom möjliggör en fördubbling av symbolhastigheten till 50 GBaud. Genom att använda dessa två teknologier tillsammans kan vi uppnå en överföringshastighet på 100 Gbit/s per våglängd och tillsammans med väl etablerad teknik som CWDM4 eller LWDM en total överföringshastighet på 400G.

Bilderna nedan, även kända som “ögondiagram”, är från ett oscilloskop och visar signalkvaliteten. Detta används för att testa transceiverns laser och visar skillnaden i signal-brusförhållande mellan PAM4 och NRZ vilket tydligt demonstrerar behovet av mer avancerad laserteknologi och signalbehandling.

Pro Optix lanserar 400G-transceivers >