PAM4 là công nghệ điều chế sử dụng bốn mức tín hiệu khác nhau để truyền tín hiệu. So với tín hiệu NRZ, tín hiệu PAM4 có thể thêm hai mức. Điều này có nghĩa là, ở cùng tốc độ truyền dữ liệu (Baud rate), tốc độ bit của tín hiệu PAM4 gấp đôi so với tín hiệu NRZ, đạt được hiệu suất truyền tải gấp đôi. Với sự phát triển của mạng 5G, việc đáp ứng nhu cầu băng thông ngày càng cao đòi hỏi phải truyền tải nhiều thông tin hơn trên mỗi đơn vị khoảng thời gian (UI). Nhờ hiệu suất truyền tải cao và chi phí thấp, PAM4 đã được ứng dụng rộng rãi trong kết nối tín hiệu tốc độ cao thế hệ tiếp theo. Hiện nay, công nghệ này được sử dụng rộng rãi trong các module quang 50G,100G đơn bước sóng và 400G (không ZR) để hỗ trợ nhiều mạng doanh nghiệp 5G và các nhà mạng khác nhau.
PAM4 là gì?
PAM4 là một công nghệ điều chế phổ biến sử dụng bốn mức tín hiệu khác nhau cho kết nối tín hiệu tốc độ cao thế hệ tiếp theo. Tín hiệu PAM4 có nhiều hơn hai mức so với tín hiệu NRZ truyền thống, vốn chỉ sử dụng mức tín hiệu cao và thấp để biểu diễn 1 và 0 của tín hiệu logic số. NRZ chỉ có thể truyền 1 bit thông tin trên mỗi chu kỳ ký hiệu tín hiệu. Ngược lại, tín hiệu PAM4 sử dụng bốn mức tín hiệu khác nhau — 00, 01, 10 và 11 — để truyền tín hiệu, nghĩa là nó có thể truyền 2 bit thông tin logic trên mỗi chu kỳ ký hiệu tín hiệu. Bằng cách này, so với NRZ, PAM4 tăng gấp đôi tốc độ bit cho cùng một tốc độ truyền dữ liệu.
So sánh nữa NRZ và PAM4
Sự cần thiết của PAM4
Thị trường băng thông toàn cầu vẫn đang phát triển nhanh chóng, đặt ra yêu cầu cao hơn đối với khả năng truyền tín hiệu của các công nghệ mạng và cơ sở hạ tầng mạng hiện có. Trong bối cảnh đó, các tín hiệu NRZ truyền thống gặp phải những hạn chế về hiệu quả truyền tải. Đây là lúc PAM4 phát huy tác dụng. PAM4 khắc phục nhược điểm của tín hiệu NRZ về hiệu quả truyền tín hiệu thấp. Nó đáp ứng được yêu cầu băng thông ngày càng tăng đồng thời duy trì chi phí xây dựng thấp, trở thành giải pháp tiết kiệm chi phí nhất.
Hiệu quả chi phí cao: Đối với một mô-đun quang học, có hai phương pháp để cải thiện tốc độ truyền dẫn: tăng số lượng kênh truyền tín hiệu và tăng tốc độ của mỗi kênh. Phương pháp đầu tiên đòi hỏi chi phí xây dựng quá cao, do đó phương pháp thứ hai là giải pháp tốt hơn. Cung cấp nhiều mức tín hiệu hơn, PAM4 đạt được hiệu quả truyền dẫn cao hơn cho một kênh đơn trên mỗi giao diện người dùng. Trong khi vẫn đảm bảo số lượng kênh và các thành phần quang học hiện có không thay đổi, PAM4 tăng gấp đôi tốc độ giao diện mạng bằng cách nâng cấp chip điện tử bên trong của mô-đun quang học.
Công nghệ đã hoàn thiện: Tiêu chuẩn IEEE 802.3bj cho các backplane 100G được ban hành năm 2014 định nghĩa hai chế độ truyền tín hiệu: tín hiệu NRZ với tốc độ baud 4 x 25,78 Gbit/s và tín hiệu PAM4 với tốc độ baud 4 x 13,6 Gbit/s. Với sự phát triển của công nghệ chip, PCB và đầu nối, công nghệ NRZ đã nhanh chóng được đưa vào sử dụng thương mại. Mặt khác, PAM4 không được sử dụng trong Ethernet 100G do công nghệ chưa hoàn thiện và chi phí cao. Trong quá trình xây dựng tiêu chuẩn giao diện 200G/400G, yêu cầu chung là tăng tốc độ dữ liệu của mỗi cặp đường truyền vi sai lên 50 Gbit/s hoặc cao hơn. Nếu vẫn sử dụng công nghệ NRZ, yêu cầu về biên độ thời gian cho chip thu phát và liên kết truyền dẫn sẽ trở nên nghiêm ngặt hơn vì mỗi chu kỳ ký hiệu nhỏ hơn 20 ps. Trong bối cảnh này, PAM4 nổi lên như là lựa chọn tốt nhất.
Công nghệ PAM4 được triển khai rộng rãi dù vẫn còn nhiều thách thức
Ưu điểm của PAM4
Sự phát triển nhanh chóng của công nghệ thông tin và mạng đã đặt ra những yêu cầu cao hơn đối với việc truyền tải thông tin. PAM4 nổi bật với hiệu suất truyền tải cao và chi phí xây dựng thấp, trở thành lựa chọn hàng đầu cho kết nối tín hiệu tốc độ cao thế hệ tiếp theo.
Hiệu suất truyền dẫn cao: Vì tín hiệu PAM4 có nhiều hơn hai mức so với tín hiệu NRZ trong quá trình truyền tín hiệu, nên tốc độ bit của tín hiệu PAM4 gấp đôi tốc độ bit của tín hiệu NRZ với cùng chu kỳ ký hiệu. Điều này dẫn đến PAM4 có hiệu suất truyền dẫn cao hơn. Nói cách khác, ở cùng tốc độ bit, tốc độ baud của tín hiệu PAM4 chỉ bằng một nửa so với tín hiệu NRZ, giúp giảm đáng kể tổn thất tín hiệu trong kênh truyền dẫn. Tóm lại, PAM4 có nhiều ưu điểm hơn về việc cải thiện hiệu suất truyền dẫn tín hiệu và giảm tổn thất tín hiệu trong quá trình truyền dẫn.
Chi phí xây dựng thấp: Tín hiệu PAM4 có tốc độ bit cao hơn. Trên mạng truyền tải 5G, PAM4 có thể đạt được hiệu quả truyền dẫn cao hơn bằng cách sử dụng ít linh kiện quang học hiện đại hơn, mà không cần thêm thiết bị cáp quang. Điều này giúp giảm đáng kể chi phí xây dựng và nghiên cứu phát triển.
Nhược điểm của PAM4
Mặc dù tín hiệu PAM4 có thể truyền tải nhiều thông tin logic hơn tín hiệu NRZ trong cùng một chu kỳ ký hiệu, như có thể thấy trong biểu đồ mắt của tín hiệu PAM4 và NRZ, tín hiệu PAM4 có mắt tín hiệu nhỏ hơn và do đó dễ bị nhiễu từ môi trường bên ngoài (đặc biệt là tiếng ồn). Do sự không ổn định này, tín hiệu PAM4 hoạt động kém hiệu quả hơn về khoảng cách truyền dẫn và khả năng tản nhiệt.
Khoảng cách truyền ngắn: Tín hiệu PAM4 dễ bị nhiễu từ môi trường bên ngoài hơn. Điều này dẫn đến tỷ lệ lỗi bit (BER) cao hơn trên khoảng cách truyền dài. Do đó, cần có bộ khuếch đại và sửa lỗi tiến (FEC), cùng với các thiết bị khác, để đảm bảo tính ổn định và chính xác của tín hiệu khi khoảng cách truyền vượt quá 5 km.
Yêu cầu tản nhiệt cao hơn: So với tín hiệu NRZ, tín hiệu PAM4 yêu cầu nhiều thiết bị phụ trợ hơn để đảm bảo tính ổn định và chính xác của việc truyền tín hiệu trên khoảng cách xa. Điều này dẫn đến tiêu thụ điện năng cao hơn, khiến các bộ thu phát ở cả hai đầu mỗi liên kết tạo ra nhiều nhiệt hơn. Vì lý do này, có thể cần đến bộ tản nhiệt khi sử dụng PAM4.
Ứng dụng của PAM4
Khi công nghệ truyền thông dữ liệu ngày càng hoàn thiện, các module quang 50G , 100G đơn bước sóng và 400G (không phải ZR) là những thành phần điển hình sử dụng PAM4.
Mạng truyền tải di động 5G
ác dịch vụ eMBB, URLLC và mMTC đặt ra yêu cầu cao hơn đối với băng thông của mạng truyền tải 5G. So với 4G, 5G cải thiện hiệu quả phổ tần từ ba đến năm lần. Độ rộng phổ tần của 5G bắt đầu từ 100 MHz, cao hơn gấp năm lần so với giai đoạn đầu của 4G. Băng thông dưới 6GHz tăng từ 15 đến 25 lần so với 4G. Phổ tần số cao của 5G có thể đạt trên 800 MHz, và dung lượng cũng tăng lên. Theo phương pháp đánh giá băng thông do Liên minh Mạng di động thế hệ tiếp theo (NGMN) đề xuất, băng thông mạng truyền tải của 5G sẽ phát triển thành 50GE/200GE ở giai đoạn triển khai dưới 6GHz. Ở giai đoạn tần số cao, băng thông đầu cuối sẽ phát triển thành 100GE/200GE/400GE. Các mạng băng thông cao như vậy sẽ được hỗ trợ bởi PAM4 nhờ khả năng truyền tín hiệu hiệu quả.
Sơ đồ mạng truyền tải di động 5G tốc độ tới 400GE
Mạng lưới Metro
Mạng đô thị được sử dụng để kết nối các máy chủ, cơ sở dữ liệu và mạng LAN ở các vị trí khác nhau trong thành phố. Đây là mạng truyền thông đa phương tiện băng thông cao, đa chức năng và đa dịch vụ, tích hợp các dịch vụ dữ liệu, thoại và video. Băng thông giao diện của mạng như vậy quyết định trực tiếp hiệu quả hoạt động của các dịch vụ mạng. PAM4 có thể giúp mở rộng dung lượng của các giao diện này (bao gồm cả các giao diện ở lớp lõi và lớp tổng hợp), cải thiện hiệu quả truyền tải thông tin của toàn mạng, cung cấp trải nghiệm mạng tối ưu cho mạng LAN và thiết bị đầu cuối di động trên mạng đô thị, đồng thời đảm bảo băng thông hỗ trợ sự phát triển của các dịch vụ truyền thông trong hệ thống đô thị.
Mạng lưới Metro 400GE
Các giao diện chính hiện nay của mạng cố định đô thị là giao diện 10GE và 40GE. Với sự phát triển nhanh chóng của HD, 4K, 8K và VR/AR, các giao diện mạng này sẽ sớm phát triển thành 50GE, 200GE, hoặc thậm chí 400GE.
DCI hoặc DCN
Hiệu quả hoạt động của DCI hoặc DCN phụ thuộc rất nhiều vào hiệu quả hoạt động của các thiết bị chuyển mạch và bộ định tuyến. Khả năng chuyển đổi và truyền dữ liệu của các thiết bị chuyển mạch và bộ định tuyến có thể được cải thiện bằng cách sử dụng các mô-đun quang hiệu suất cao. Các chip mã hóa PAM4 được sử dụng trong các mô-đun quang có thể chuyển đổi tín hiệu NRZ thành tín hiệu PAM4, làm tăng lượng thông tin được xử lý bởi các thiết bị chuyển mạch và bộ định tuyến, nén không gian chiếm dụng của tín hiệu và hỗ trợ tốt hơn các chức năng liên quan đến ba lớp đầu tiên (lớp vật lý, lớp liên kết dữ liệu và lớp mạng) trong mô hình tham chiếu OSI. Điều này giúp PAM4 tăng cường hơn nữa các kịch bản DCI, chẳng hạn như hoạt động xuyên vùng, truy cập người dùng và các kịch bản phục hồi thảm họa từ xa.
Lấy PAM4 50G làm ví dụ, sự phát triển nhanh chóng của các trung tâm dữ liệu thúc đẩy việc nâng cấp các giao diện máy chủ, giao diện DCN và giao diện DCI từ giao diện 10GE/40GE lên giao diện 50GE/200GE/400GE.
Tại sao kiểm tra cần kiểm tra mạng truyền tải độ cao lên tới 400GE?
Trong bối cảnh hạ tầng mạng hiện đại đang chuyển dịch và phát triển mạng mẽ với các tốc độ lên tới 400GE thậm chí 800GE, các doanh nghiệp, nhà cung cấp dịch vụ và trung tâm dữ liệu phải đối mặt với những thách thức lớn về đảm bảo hiệu suất truyền dẫn, duy trì chất lượng dịch vụ và phát hiện – xử lý lỗi ẩn trong hệ thống. Đặc biết với công nghệ 400GE sử dụng PAM4 và FEC, nhiều lỗi vật lý không thể nhận biết bằng các phương pháp thông thường. Do đó cần có các thiết bị chuyên dụng để đánh giá là yêu tố bắt buộc trong quá trình: triển khai, nghiệm thu và vận hành mạng
Máy đo đa chức năng tốc độ lên tới 400GE RXT-6402
RXT-6402 là module đo kiểm tốc độ cao thuộc dòng thiết bị RXT của VeEX. được thiết kế chuyên dụng cho các ứng dụng kiểm tra và đánh giá mạng truyền dẫn Ethernet hiện đại với tốc độ lên đến 400GE.
Thiết bị hỗ trợ đa dạng các giao diện quang và điện, cho phép kiểm tra các hệ thống 10G, 25G, 40G, 100G và 400G trong môi trường Data Center, mạng lõi và mạng truyền dẫn tốc độ cao. RXT-6402 tích hợp đầy đủ các bài đo quan trọng như BER (Bit Error Rate), phân tích FEC (Forward Error Correction), PCS (Physical Coding Sublayer), cũng như các bài đo hiệu năng theo tiêu chuẩn quốc tế như RFC 2544, ITU-T Y.1564 và RFC 6349.
Với khả năng tạo và phân tích lưu lượng ở tốc độ cao, thiết bị giúp phát hiện sớm các lỗi vật lý, lỗi truyền dẫn và các vấn đề ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ (QoS). Giao diện thân thiện, dễ sử dụng cùng khả năng tích hợp nhiều chức năng trong một thiết bị giúp tối ưu hiệu quả triển khai, nghiệm thu và bảo trì hệ thống mạng.
RXT-6402 chính là giải pháp lý tưởng cho các nhà mạng, trung tâm dữ liệu và doanh nghiệp cần đảm bảo hiệu suất, độ ổn định và chất lượng của hạ tầng mạng tốc độ cao.
Hi vong, với bài viết trên ESCOM đã giúp các bạn đã có thể hiểu rõ hơn về PAM4, ứng dụng và kiểm tra tốc độ cao lên tới 400GE. Trong bài viết tới, ESCOM sẽ đào sâu hơn về công nghệ 400GE, quý bạn đọc nhớ đón chờ bài viết nhé!
