Pulzně amplitudová modulace

Pulzně amplitudová modulace (anglicky Pulse-amplitude modulation, PAM) je diskrétní modulace v základním pásmu, u níž je informace kódována rozdílnou úrovní (amplitudou) signálu.

Demodulace se provádí detekcí úrovně nosné v každé periodě signálu.

Typy PAM

Existují dva typy PAM:

• s jednou polaritou, kdy je k signálu přidáváno stejnosměrné předpětí pevné velikosti, takže všechny impulsy mají stejnou polaritu
• bipolární, u níž se používají impulsy obou polarit

Přirozené vzorkování

${\displaystyle w_{s}(t)=w(t)\cdot s(t)}$, kde s(t) je signál a w(t) je průběh vzorkovací funkce.

Ukázka průběhu signálu modulovaného pomocí PAM modulace

Použití

Pulzně amplitudová modulace se používá pro modulaci při digitálním přenosu dat, u něhož bylo použití signálu mimo základní pásmo obvykle nahrazeno pulzně kódovou modulací (PCM) a později také pulzně poziční modulací (PPM).

Počet úrovní v analogové PAM je teoreticky nekonečný, u digitální PAM je omezený šumem a často býval mocninou dvojky; např. čtyřúrovňová PAM (PAM-4) používá 2² diskrétních úrovní, osmiúrovňová 2³ úrovní.

Ethernet

PAM používají různé varianty Ethernetu. Díky dalšímu kódování se nezřídka používá počet úrovní, který není mocninou dvojky:

• 100BASE-T4 a BroadR-Reach používají PAM-3
• 1000BASE-T používá PAM-5^{[1][Pozn 1]}
• 10gigabitový Ethernet 10GBASE-T používá variantu PAM-16 s Tomlinson-Harashima Precoded (THP) kódovanou pomocí dvojrozměrného šachovnicovitého vzorku nazývaného DSQ128
• 25gigabitový Ethernet a některé varianty 100gigabitového Ethernetu a 200gigabitového Ethernetu po metalických vodičích používají PAM-4

GDDR6X

Technologie videopamětí GDDR6X vyvinutá firmami Micron^[2] a Nvidia a poprvé použitá ve videokartách Nvidia RTX 3080 a 3090 používá signalizaci PAM-4 pro přenos 2 bitů v jednom hodinovém cyklu, díky čemuž prvky mohou pracovat na nižší frekvenci a nepotřebují dvakrát širší kanály, která by měly vyšší spotřebu, potřebný prostor a cenu. Vyšší frekvence by vyžadovala větší šířku pásma, což by při frekvenci 28GHz bylo obtížně řešitelné při použití metalického vedení. Implementace PAM4 v integrovaných obvodech je složitější než dříve používané kódování NRZ (PAM2), protože vyžaduje více prostoru a je citlivější na problémy s dodržování odstupu signálu a šumu.^[3][4]

PCI Express

Dvoubodové linky PCI-Express, které po roce 2003 nahrazují počítačové sběrnice, používají od verze 6.0 uvedené v roce 2022 čtyřúrovňovou modulaci PAM-4, což umožnilo dvojnásobně zvýšit rychlost přenosu (64 GT/s na linku u PCI Express 6.0).^[5]

Fotobiologie

Koncept PAM se používá také při studiu fotosyntézy pomocí specializovaného nástroje, při kterém se měří spektrofluorometrická kinetika vzrůstu a poklesu fluorescence u světlo přijímajících tykadel thylakoidních membrán, čímž se zjišťují různé aspekty stavu fotosystémů za různých okolních podmínek.^[6] Tato měření provádějí měření úrovně impulsů fluorescence za světla, díky čemuž jsou výrazně použitelnější než tradiční měření chlorofylové fluorescence přizpůsobená na tmu.^[7]

Elektronické ovládání LED osvětlení

Pulzně amplitudová modulace byla vyvinuta pro řízení svítivých diod (LEDs) především pro osvětlovací aplikace.^[8] Ovladače LED používající PAM mají lepší energetickou účinnost než systémy používající ovladače s jinými obvyklými modulačními technikami jako například pulzně šířkovou modulaci (PWM), protože dopředný proud procházející LED je přímo úměrný intenzitě světla a efektivita LED se zvyšuje se snižováním dopředného proudu.

LED ovladače s pulzně amplitudovou modulací jsou schopny synchronizovat impulsy v několika LED kanálech, což umožňuje dokonalé nastavení barev. Vlastnosti PAM spolu s velkou rychlostí spínání LED umožňují používat LED osvětlení pro vysokorychlostní bezdrátový přenos dat.

Digitální televize

PAM používá severoamerický standard pro digitální pozemní vysílání televize ATSC v systému nazývaném 8VSB používajícím 8úrovňovou PAM.^[9] Modulace s potlačeným jedním postranním pásmem používá kanály s odstupem 6 MHz pro přenos hrubou rychlostí 32 Mbit/s, kvůli použití samoopravných kódů a další režii je čistá přenosová rychlost 19,39 Mbit/s.

Odkazy

Poznámky

1. PAM-5 bylo v technologii Ethernet poprvé použito u 100BASE-T2, které se příliš nerozšířilo. Tato technika však byla použita v rozšířené technologii gigabitového Ethernetu 1000BASE-T.

Reference

V tomto článku byl použit překlad textu z článku Pulse-amplitude modulation na anglické Wikipedii.

1. SCHROEDER, George. What PAM5 means to you. www.edn.com. EDN, 2003-04-01. Dostupné online [cit. 2022-02-16]. 
2. Doubling I/O Performance with PAM4 - Micron Innovates GDDR6X to Accelerate Graphics Memory [online]. [cit. 2020-10-31]. Dostupné v archivu pořízeném dne 2020-09-19. (anglicky) 
3. SMITH, Ryan. Micron Spills on GDDR6X: PAM4 Signaling For Higher Rates, Coming to NVIDIA’s RTX 3090 [online]. Dostupné online. (anglicky) 
4. MALINIAK, David. EDN - The fundamentals of PAM4 [online]. 2016-01-14. Dostupné online. (anglicky) 
5. SMITH, Ryan. PCI Express Bandwidth to Be Doubled Again: PCIe 6.0 Announced, Spec to Land in 2021 [online]. www.anandtech.com. Dostupné online. 
6. SCHREIBER, Ulrich. Chlorophyll a Fluorescence. Dordrecht: Springer Netherlands, 2004. (Advances in Photosynthesis and Respiration). ISBN 978-1-4020-3217-2. DOI 10.1007/978-1-4020-3218-9_11. Kapitola Pulse-Amplitude-Modulation (PAM) Fluorometry and Saturation Pulse Method: An Overview, s. 279–319. (anglicky) 
7. 5.1 Chlorophyll fluorescence – ClimEx Handbook [online]. [cit. 2020-01-14]. Dostupné online. (anglicky) 
8. WHITAKER, Tim. Closed-Loop Electronic Controllers Drive LED Systems. LEDs. Leden 2006. Dostupné online [cit. 2020-10-29]. (anglicky) 
9. SPARANO, David. WHAT EXACTLY IS 8-VSB ANYWAY? [online]. 1997 [cit. 2012-11-08]. Dostupné online. 

Související články

• 8VSB
• Klíčování amplitudovým posuvem (ASK)
• CSMA
• Pulzní hustotní modulace
• Tvarovač impulsů
• Kvadraturní amplitudová modulace (QAM)

Externí odkazy

Literatura

COUCH II, Leon W. Digital and Analog Communication Systems. 7. vyd. New Jersey: Pearson Prentice Hall, 2007. 760 s. ISBN 0-13-142492-0. Kapitola 3, s. 128–137. (angličtina)