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[導(dǎo)讀]生動(dòng)形象,值得一看!




小明和小白是同班同學(xué),也是一對(duì)好基友。

小明很聰明,學(xué)習(xí)成績也很好。而小白比較貪玩,成績很差。

班主任王老師每天都會(huì)安排考試,小明總是拿滿分,而小白總是拿零分。

于是,小白就問小明:

漫畫科普:什么是PAM4?

漫畫科普:什么是PAM4?
漫畫科普:什么是PAM4?

為了幫助好基友,小明經(jīng)過苦思冥想,終于計(jì)上心頭——

漫畫科普:什么是PAM4?

王老師的考試卷,只考判斷題,答案要么是1(對(duì)),要么是0(錯(cuò))。

所以,他就和小白約定:考試的時(shí)候,自己會(huì)吹泡泡,吹大泡泡代表1(對(duì)),吹小泡泡代表0(錯(cuò))。

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果然,采用這個(gè)方法之后,小明每次考試都能準(zhǔn)確將答案傳遞給小白,大大提升了小白的考試成績。

漫畫科普:什么是PAM4?
得意的小白

然而,沒過多久,課程進(jìn)入了新的階段,難度大幅提升。王老師決定,將試卷里面的判斷題全部改成單選題,一共A/B/C/D四個(gè)選項(xiàng)。

這下小白慌了,四個(gè)選項(xiàng),該怎么辦?

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于是,小明和小白又有了新的對(duì)話:

漫畫科普:什么是PAM4?


漫畫科普:什么是PAM4?

漫畫科普:什么是PAM4?

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小明告訴小白,根本沒有必要吹出字母形狀的泡泡,那樣也容易被老師發(fā)現(xiàn)。

“我經(jīng)過多年練習(xí),現(xiàn)在可以精準(zhǔn)控制吹出泡泡的大小”,小明說,“當(dāng)我吹出大號(hào)的泡泡,就是A;中號(hào)的泡泡,就是B;小號(hào)的泡泡,就是C;超小號(hào)的泡泡,就是D?!?/span>

漫畫科普:什么是PAM4?

果然,在新方法的幫助下,小明依然可以將答案準(zhǔn)確地傳遞給小白,繼續(xù)幫助小白獲得好成績。

后來,小明考上了北京大學(xué),小白進(jìn)入了百貨公司,他們都有光明的前途。。。

——?故事完 ——


好啦,上面這個(gè)故事,大家都看明白了沒? 漫畫科普:什么是PAM4?

首先,我要鄭重聲明一下:作弊是不對(duì)的。在任何情況下,都不應(yīng)該作弊。請(qǐng)小盆友們切勿模仿。

然后,我們?cè)賮矸治鲆幌鹿适吕锩娴淖鞅准记蓡栴}。

漫畫科普:什么是PAM4?


小明和小白的兩種作弊方法,其實(shí)從本質(zhì)上來說,就是現(xiàn)在光通信領(lǐng)域非常重要的兩項(xiàng)基本技術(shù),那就是——NRZ和PAM4。

NRZ,就是Non-Return-to-Zero的縮寫,字面意思叫做“不歸零”,也就是不歸零編碼。

采用NRZ編碼的信號(hào),就是使用高、低兩種信號(hào)電平來表示傳輸信息的數(shù)字邏輯信號(hào)。

NRZ有單極性不歸零碼和雙極性不歸零碼。

單極性不歸零碼,“1”和“0”分別對(duì)應(yīng)正電平和零電平,或負(fù)電平和零電平。

漫畫科普:什么是PAM4?

單極性不歸零碼


雙極性不歸零碼,“1”和“0”分別對(duì)應(yīng)正電平和等效負(fù)電平。

漫畫科普:什么是PAM4?

雙極性不歸零碼


所謂“不歸零”,不是說沒有“0”,而是說每傳輸完一位數(shù)據(jù),信號(hào)無需返回到零電平。(顯然,相比RZ,NRZ節(jié)約了帶寬。)

在光模塊調(diào)制里面,我們是用激光器的功率來控制0和1的。

簡單來說,就是發(fā)光,實(shí)際發(fā)射光功率大于某門限值,就是1。小于某門限值,就是0。

傳輸011011就是這樣:

漫畫科普:什么是PAM4?

NRZ調(diào)制


接下來看看小明和小白的第二種作弊方法,也就是PAM4。

隨著帶寬需求的不斷增加,我們需要想盡辦法增加單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)倪壿嬓畔ⅰ?/span>

PAM4,就是4-Level Pulse Amplitude Modulation,中文名叫做四電平脈沖幅度調(diào)制。它是一種調(diào)制技術(shù),采用4個(gè)不同的信號(hào)電平來進(jìn)行信號(hào)傳輸。

還是傳輸011011,就變成這樣:

漫畫科普:什么是PAM4?
PAM4調(diào)制

這樣一來,單個(gè)符號(hào)周期表示的邏輯信息,從NRZ的1bit,變成了2bit,翻了一倍。

漫畫科普:什么是PAM4?
NRZ VS PAM4 (右邊是眼圖)

那么問題來了,這么爽的技術(shù),為啥之前不用?如果4電平能夠翻一倍,為啥我們不搞個(gè)8電平、16電平、32電平?速度隨便翻倍,豈不爽歪歪?

主要原因,還是在于激光器的技術(shù)工藝(小明的嘴上功夫)。實(shí)現(xiàn)PAM4,需要激光器能夠做到對(duì)功率的精確控制。

4個(gè)電平,4種大小的泡泡,小明要控制得住,不能吹錯(cuò)。 小白也要看得清,不能看錯(cuò)。

漫畫科普:什么是PAM4?

萬一吹個(gè)忽大忽小的,到底是B?還是C呢?


如果控制不好,就會(huì)造成很高的誤碼率,只能重新吹,影響信號(hào)傳輸效率。

PAM4對(duì)噪聲更加敏感。如果噪聲太大,顯然也會(huì)導(dǎo)致PAM4調(diào)制無法正常工作。

光纖通信的傳輸,吹泡泡的速度可是非常快的。

我們以單路25G波特率為例。所謂波特率(Baud Rate),就是一秒鐘可以發(fā)送多少個(gè)完整脈沖。

例如25G EML芯片,約一秒鐘發(fā)送25×109個(gè)脈沖(每秒250億個(gè)泡泡)。采用NRZ的話,那就是速率(比特率,bit rate)是25Gbps。采用PAM4調(diào)制技術(shù)的話,翻個(gè)倍,變成50Gbps。所以,1個(gè)25G EML芯片采用PAM4調(diào)制之后,就可以做成了單通道50G的PAM4光模塊。

現(xiàn)在很多大容量的光模塊,都是這么double(翻倍)出來的。

我們?cè)倥e一個(gè)基于PAM4調(diào)制的400G DML光收發(fā)模塊的例子。

發(fā)送單元信號(hào)時(shí),16路25G NRZ電信號(hào)從電接口單元輸入,經(jīng)過DSP處理器對(duì)電信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理、PAM4調(diào)制后,輸出8路25G PAM4的電信號(hào),加載到驅(qū)動(dòng)器芯片上,通過8路的激光器將高速電信號(hào)轉(zhuǎn)換8路50Gbps的高速光信號(hào),通過波分復(fù)用器合波后,合成1路400G的高速光信號(hào)輸出。

漫畫科普:什么是PAM4?

接收單元信號(hào)時(shí),將接收的1路400G的高速光信號(hào)通過光接口單元輸入,經(jīng)過解復(fù)用器轉(zhuǎn)換成8路50Gbps的高速光信號(hào),通過光接收機(jī)接收輸入光信號(hào),并將所接收的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成為電信號(hào)后,經(jīng)過DSP處理芯片對(duì)電信號(hào)進(jìn)行時(shí)鐘恢復(fù)、放大、均衡、PAM4解調(diào)后,轉(zhuǎn)換成16路25G NRZ的電信號(hào)。

好啦,以上就是NRZ和PAM4的簡單科普。大家都看懂了嗎?

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