PAM4 기술 소개

PAM4 기술을 이해하기 전에, 변조 기술이란 무엇일까요? 변조 기술은 기저대역 신호(원시 전기 신호)를 전송 신호로 변환하는 기술입니다. 통신 효율을 보장하고 장거리 신호 전송의 문제점을 극복하기 위해서는 변조를 통해 신호 스펙트럼을 고주파 채널로 전송해야 합니다.

PAM4는 4차 펄스 진폭 변조(PAM) 변조 기술입니다.

PAM 신호는 NRZ(Non Return to Zero) 다음으로 널리 사용되는 신호 전송 기술입니다.

NRZ 신호는 높고 낮음의 두 가지 신호 레벨을 사용하여 디지털 논리 신호의 1과 0을 나타내며, 클록 사이클당 1비트의 논리 정보를 전송할 수 있습니다.

PAM4 신호는 신호 전송에 4가지 다른 신호 레벨을 사용하며, 각 클럭 사이클은 00, 01, 10, 11이라는 2비트의 논리 정보를 전송할 수 있습니다.
따라서 동일한 전송 속도 조건에서 PAM4 신호의 비트 전송 속도는 NRZ 신호의 두 배이며, 이를 통해 전송 효율이 두 배로 높아지고 비용이 효과적으로 절감됩니다.

PAM4 기술은 고속 신호 상호 연결 분야에서 널리 사용되고 있습니다. 현재 데이터 센터용으로는 PAM4 변조 기술 기반 400G 광 트랜시버 모듈이, 5G 상호 연결 네트워크용으로는 PAM4 변조 기술 기반 50G 광 트랜시버 모듈이 있습니다.

PAM4 변조 기반 400G DML 광 송수신기 모듈의 구현 과정은 다음과 같습니다. 단위 신호를 전송할 때 수신된 16개 채널의 25G NRZ 전기 신호가 전기 인터페이스 유닛에서 입력되고 DSP 프로세서에서 전처리된 후 PAM4 변조되어 8개 채널의 25G PAM4 전기 신호가 출력되고 드라이버 칩에 로드됩니다. 고속 전기 신호는 8개 채널의 레이저를 통해 8개 채널의 50Gbps 고속 광 신호로 변환되고 파장 분할 다중화기에 의해 결합된 후 1개 채널의 400G 고속 광 신호 출력으로 합성됩니다. 단위 신호를 수신할 때 수신된 1개 채널의 400G 고속 광 신호는 광 인터페이스 유닛을 통해 입력되고 디멀티플렉서를 통해 8개 채널의 50Gbps 고속 광 신호로 변환되고 광 수신기에서 수신되어 전기 신호로 변환됩니다. 클럭 복구, 증폭, 이퀄라이제이션, DSP 처리 칩에 의한 PAM4 복조 과정을 거친 후, 전기 신호는 16개 채널의 25G NRZ 전기 신호로 변환됩니다.

400Gb/s 광 모듈에 PAM4 변조 기술을 적용합니다. PAM4 변조 기반 400Gb/s 광 모듈은 NRZ에 비해 고차 변조 기술을 사용하므로 송신단에서 필요한 레이저 수를 줄이고, 그에 따라 수신단에서 필요한 수신기 수도 줄일 수 있습니다. PAM4 변조는 광 모듈의 광학 부품 수를 줄여 조립 비용 절감, 전력 소비 감소, 패키징 크기 축소 등의 이점을 제공합니다.

5G 전송 및 백홀 네트워크에서 50Gbit/s 광 모듈에 대한 수요가 있으며, 저비용 및 고대역폭 요구 사항을 달성하기 위해 25G 광 소자를 기반으로 하고 PAM4 펄스 진폭 변조 형식으로 보완된 솔루션이 채택되었습니다.

PAM-4 신호를 설명할 때, 전송 속도와 비트 전송 속도의 차이에 주의하는 것이 중요합니다. 기존 NRZ 신호의 경우, 하나의 심볼이 하나의 데이터 비트를 전송하므로 비트 전송 속도와 전송 속도가 동일합니다. 예를 들어, 100G 이더넷에서 전송을 위해 4개의 25.78125GBaud 신호를 사용하면 각 신호의 비트 전송 속도도 25.78125Gbps이고, 4개의 신호는 100Gbps 신호 전송을 달성합니다. PAM-4 신호의 경우, 하나의 심볼이 2비트의 데이터를 전송하므로, 전송할 수 있는 비트 전송 속도는 전송 속도의 두 배입니다. 예를 들어, 200G 이더넷에서 전송을 위해 4개의 26.5625GBaud 신호 채널을 사용하면, 각 채널의 비트 전송 속도는 53.125Gbps이고, 4개의 신호 채널은 200Gbps 신호 전송을 달성할 수 있습니다. 400G 이더넷의 경우, 8개의 26.5625GBaud 신호 채널을 사용하여 달성할 수 있습니다.