Амплитудно-импульсная модуляция

Амплитудно-импульсная модуляция ( ПАМ ) — это форма модуляции сигнала , при которой информация сообщения кодируется в амплитуде серии сигнальных импульсов. Это схема аналоговой импульсной модуляции, в которой амплитуды последовательности несущих импульсов изменяются в зависимости от значения выборки сигнала сообщения. Демодуляция выполняется путем определения уровня амплитуды несущей в каждом отдельном периоде.

Типы

Существует два типа импульсной амплитудной модуляции:

В однополярном PAM к сигналу добавляется подходящее фиксированное смещение постоянного тока , чтобы гарантировать, что все импульсы положительны.
В PAM с двойной полярностью импульсы бывают как положительными, так и отрицательными.

Амплитудно-импульсная модуляция широко используется при модуляции сигналов передачи цифровых данных, при этом немодулированные приложения в значительной степени заменены импульсно-кодовой модуляцией , а в последнее время - позиционно-импульсной модуляцией .

Число возможных амплитуд импульсов в аналоговом PAM теоретически бесконечно. Цифровой PAM уменьшает количество амплитуд импульсов до степени двойки. Например, в 4-уровневом PAM есть $2^{2}$ возможные дискретные амплитуды импульсов; в 8-уровневом PAM есть $2^{3}$ возможные дискретные амплитуды импульсов; а в 16-уровневом PAM есть $2^{4}$ возможные дискретные амплитуды импульсов.

Использование

Ethernet

Некоторые версии стандарта связи Ethernet являются примером использования PAM. В частности, 100BASE-T4 и стандарт BroadR-Reach Ethernet использует трехуровневую модуляцию PAM (PAM-3), а 1000BASE-T Gigabit Ethernet использует пятиуровневую модуляцию PAM-5. ^[1]^[а] и 10GBASE-T 10 Gigabit Ethernet использует предварительно закодированный протокол Томлинсона-Харашимы. ^{[ жаргон ]} (THP) вариант импульсно-амплитудной модуляции с 16 дискретными уровнями (PAM-16), закодированный в двумерной шахматной схеме ^{[ жаргон ]} известный как DSQ128. 25 Gigabit Ethernet и некоторые медные варианты 100 Gigabit Ethernet и 200 Gigabit Ethernet используют модуляцию PAM-4.

USB

USB4 версии 2.0 использует сигнализацию PAM-3 для USB4 80 Гбит/с (USB4 Gen 4×2) и USB4 120 Гбит/с (USB4 Gen 4 асимметричный), передавая 3 бита за 2 такта. ^[2] Thunderbolt 5 использует тот же PHY. ^[3]

GDDR6X

GDDR6X , разработанная Micron ^[4] и Nvidia и впервые использованный в видеокартах Nvidia RTX 3080 и 3090 , использует сигнализацию PAM-4 для передачи 2 битов за такт без необходимости прибегать к более высоким частотам или двум каналам или полосам с соответствующими передатчиками и приемниками, что может увеличить мощность или Занимаемая площадь и стоимость. Более высокие частоты требуют более широкой полосы пропускания, что является серьезной проблемой за пределами 28 ГГц при попытке передачи по медному кабелю. Реализация PAM-4 обходится дороже, чем более раннее кодирование NRZ (без возврата к нулю, PAM-2), отчасти потому, что оно требует больше места в интегральных схемах и более восприимчиво к проблемам SNR (отношения сигнал/шум). ^[5]^[6]

ГДДР7

GDDR7 будет использовать сигнализацию PAM-3 для достижения скорости 36 Гбит/с/контакт. Более высокая скорость передачи данных за цикл по сравнению с сигнализацией NRZ/PAM-2 , используемой GDDR6 и предыдущими поколениями, повышает энергоэффективность и целостность сигнала. ^[7]

PCI Экспресс

В PCI Express 6.0 появилось использование PAM-4. ^[8]

Фото биология

Концепция также используется для изучения фотосинтеза с помощью специализированного прибора, который включает спектрофлюорометрическое измерение кинетики нарастания и затухания флуоресценции в светособирающей антенне тилакоидных мембран, что позволяет задавать вопросы о различных аспектах состояния фотосистем в различных условиях окружающей среды. условия. ^[9] В отличие от традиционных измерений флуоресценции хлорофилла с адаптацией к темноте , устройства импульсно-амплитудной флуоресценции позволяют проводить измерения в условиях окружающего освещения, что делает измерения значительно более универсальными. ^[10]

Электронные драйверы для светодиодного освещения

Амплитудно-импульсная модуляция также была разработана для управления светодиодами (СИД), особенно для осветительных приборов. ^[11] Драйверы светодиодов, основанные на методе PAM, обеспечивают повышенную энергоэффективность по сравнению с системами, основанными на других распространенных методах модуляции драйверов, таких как широтно-импульсная модуляция (ШИМ), поскольку прямой ток, проходящий через светодиод, зависит от интенсивности светового потока и эффективности светодиода. увеличивается по мере уменьшения прямого тока.

Драйверы светодиодов с амплитудно-импульсной модуляцией способны синхронизировать импульсы по нескольким каналам светодиодов, обеспечивая идеальное соответствие цветов. Благодаря присущей PAM природе в сочетании с высокой скоростью переключения светодиодов, можно использовать светодиодное освещение как средство беспроводной передачи данных на высокой скорости.

Цифровое телевидение

Стандарты Североамериканского комитета по передовым телевизионным системам для цифрового телевидения используют форму PAM для трансляции данных, составляющих телевизионный сигнал. Эта система, известная как 8VSB , основана на восьмиуровневом PAM. ^[12] Он использует дополнительную обработку для подавления одной боковой полосы и, таким образом, более эффективно использует ограниченную полосу пропускания . Используя один канал шириной 6 МГц, как определено в предыдущем аналоговом стандарте NTSC , 8VSB способен передавать 32 Мбит/с. После учета кодов, исправляющих ошибки, и других накладных расходов скорость передачи данных в сигнале составляет 19,39 Мбит/с.

См. также

Примечания

^ Первое использование PAM-5 в Ethernet было в 100BASE-T2 . Хотя технология, разработанная для 100BASE-T2, не получила широкого распространения, она впоследствии была использована в популярном стандарте 1000BASE-T Gigabit Ethernet.

Ссылки

^ Джордж Шредер (1 апреля 2003 г.). «Что для вас значит PAM5» . ЭДН . Проверено 16 февраля 2022 г.
^ GraniteRiverLabs, команда (17 января 2023 г.). «Добро пожаловать в эпоху сверхвысоких скоростей USB4 80 Гбит/с | GraniteRiverLabs, Тайвань» . www.graniteriverlabs.com . Архивировано из оригинала 21 февраля 2023 г. Проверено 21 февраля 2023 г.
^ Ян Катресс (01 августа 2021 г.). «Руководитель Intel публикует фотографию Thunderbolt 5, а затем удаляет ее: 80 Гбит/с и PAM-3» . АнандТех .
^ «Удвоение производительности ввода-вывода с помощью PAM4 — Micron внедряет GDDR6X для ускорения графической памяти» . Микрон . Проверено 11 сентября 2020 г.
^ Смит, Райан. «Micron проливает свет на GDDR6X: сигнализация PAM4 о более высоких скоростях появится в NVIDIA RTX 3090» . AnandTech.com .
^ Малиниак, Дэвид (14 января 2016 г.). «EDN — Основы PAM4» .
^ Антон Шилов (08.03.2023). «Cadence предоставляет технические подробности о GDDR7: 36 Гбит/с с кодированием PAM3» . АнандТех .
^ Смит, Райан. «Пропускная способность PCI Express снова будет удвоена: анонсирован PCIe 6.0, спецификация появится в 2021 году» . www.anandtech.com .
^ Шрайбер, Ульрих (2004). «Импульсно-амплитудная модуляция (PAM) Флуорометрия и метод импульса насыщения: обзор». Хлорофилл и флуоресценция . Достижения в области фотосинтеза и дыхания. Том. 19. Дордрехт: Springer Нидерланды. стр. 279–319. дои : 10.1007/978-1-4020-3218-9_11 . ISBN 978-1-4020-3217-2 .
^ «5.1 Флуоресценция хлорофилла – Справочник ClimEx» . Проверено 14 января 2020 г.
^ Уитакер, Тим (январь 2006 г.). «Электронные контроллеры с замкнутым контуром управления светодиодными системами» . светодиоды . Проверено 29 октября 2020 г.
^ Спарано, Дэвид (1997). «ЧТО ТАКОЕ 8-VSB?» (PDF) . Проверено 8 ноября 2012 г.

[2] Первое использование PAM-5 в Ethernet было в 100BASE-T2 . Хотя технология, разработанная для 100BASE-T2, не получила широкого распространения, она впоследствии была использована в популярном стандарте 1000BASE-T Gigabit Ethernet.

[1] Джордж Шредер (1 апреля 2003 г.). «Что для вас значит PAM5» . ЭДН . Проверено 16 февраля 2022 г.

[3] GraniteRiverLabs, команда (17 января 2023 г.). «Добро пожаловать в эпоху сверхвысоких скоростей USB4 80 Гбит/с | GraniteRiverLabs, Тайвань» . www.graniteriverlabs.com . Архивировано из оригинала 21 февраля 2023 г. Проверено 21 февраля 2023 г.

[4] Ян Катресс (01 августа 2021 г.). «Руководитель Intel публикует фотографию Thunderbolt 5, а затем удаляет ее: 80 Гбит/с и PAM-3» . АнандТех .

[5] «Удвоение производительности ввода-вывода с помощью PAM4 — Micron внедряет GDDR6X для ускорения графической памяти» . Микрон . Проверено 11 сентября 2020 г.

[6] Смит, Райан. «Micron проливает свет на GDDR6X: сигнализация PAM4 о более высоких скоростях появится в NVIDIA RTX 3090» . AnandTech.com .

[7] Малиниак, Дэвид (14 января 2016 г.). «EDN — Основы PAM4» .

[8] Антон Шилов (08.03.2023). «Cadence предоставляет технические подробности о GDDR7: 36 Гбит/с с кодированием PAM3» . АнандТех .

[9] Смит, Райан. «Пропускная способность PCI Express снова будет удвоена: анонсирован PCIe 6.0, спецификация появится в 2021 году» . www.anandtech.com .

[10] Шрайбер, Ульрих (2004). «Импульсно-амплитудная модуляция (PAM) Флуорометрия и метод импульса насыщения: обзор». Хлорофилл и флуоресценция . Достижения в области фотосинтеза и дыхания. Том. 19. Дордрехт: Springer Нидерланды. стр. 279–319. дои : 10.1007/978-1-4020-3218-9_11 . ISBN 978-1-4020-3217-2 .

[11] «5.1 Флуоресценция хлорофилла – Справочник ClimEx» . Проверено 14 января 2020 г.

[12] Уитакер, Тим (январь 2006 г.). «Электронные контроллеры с замкнутым контуром управления светодиодными системами» . светодиоды . Проверено 29 октября 2020 г.

[13] Спарано, Дэвид (1997). «ЧТО ТАКОЕ 8-VSB?» (PDF) . Проверено 8 ноября 2012 г.

[1]

[а]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

v т и Линейное кодирование (цифровая передача в основной полосе частот)
Основные статьи	Униполярное кодирование Биполярное кодирование Вкл-выкл. манипуляция Марк и пробел
Базовые коды линий	Возврат к нулю (РЗ) Безвозврат к нулю, уровень (NRZ/NRZ-L) Без возврата к нулю, инвертированный (NRZ-I) Безвозврат к нулю, пробел (NRZ-S) Манчестер Дифференциальный Манчестер/двухфазный (Bi-φ)
Расширенные коды линий	Условная дифаза 4B3T 4B5B 2B1Q Альтернативная инверсия знака Измененный код AMI Инверсия кодового знака Кодировка МЛТ-3 Гибридный троичный код Кодировка 6b/8b Кодирование 8b/10b Кодировка 64b/66b Модуляция от восьми до четырнадцати Кодировка задержки/Миллера TC-PAM
Оптические линейные коды	Возврат к нулю с подавлением несущей Альтернативная фаза возврата в ноль
См. также: Основная полоса частот Бод Битрейт Цифровой сигнал Цифровая передача Физический уровень Ethernet Методы импульсной модуляции Амплитудно-импульсная модуляция (ПАМ) Импульсно-кодовая модуляция (ИКМ) Последовательная связь Категория:Линейные коды