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パルス振幅変調( PAM ) は、メッセージ情報が一連の信号パルスの振幅にエンコードされる信号変調の形式です。これは、一連の搬送波パルスの振幅がメッセージ信号のサンプル値に応じて変化するアナログ パルス変調方式です。復調は、各周期ごとに搬送波の振幅レベルを検出することによって実行されます。
種類
パルス振幅変調には 2 つのタイプがあります。
- 単極性 PAMでは、すべてのパルスが正になるように、適切な固定DC バイアスが信号に追加されます。
- 二重極性 PAMでは、パルスは正と負の両方になります。
パルス振幅変調はデジタルデータの信号伝送の変調に広く使用されており、非ベースバンドアプリケーションではパルス符号変調が大部分を占め、最近ではパルス位置変調がこれに取って代わっています。
アナログ PAM で可能なパルス振幅の数は、理論上は無限です。デジタル PAM では、パルス振幅の数が 2 の累乗に削減されます。たとえば、4 レベル PAM では離散パルス振幅が可能であり、8 レベル PAM では離散パルス振幅が可能であり、16 レベル PAM では離散パルス振幅が可能です。
用途
イーサネット
イーサネット通信規格のいくつかのバージョンは、PAM の使用例です。特に、100BASE-T4およびBroadR-Reach イーサネット規格では3 レベルの PAM 変調 (PAM-3) が使用され、1000BASE-Tギガビット イーサネットでは 5 レベルの PAM-5 変調[1] [a]が使用され、10GBASE-T 10 ギガビット イーサネットでは、DSQ128 として知られる 2 次元チェッカーボード パターン[用語]でエンコードされた、16 の離散レベル (PAM-16) のTomlinson-Harashima プリコード[用語] (THP) バージョンのパルス振幅変調が使用されます。25ギガビット イーサネットと、 100 ギガビット イーサネットおよび200 ギガビット イーサネットの一部の銅線バリアントでは、PAM-4 変調が使用されます。
USB
USB4バージョン2.0は、USB4 80Gbps（USB4 Gen 4×2）およびUSB4 120Gbps（USB4 Gen 4非対称）にPAM-3シグナリングを使用し、2クロックサイクルあたり3ビットを送信します。[2] Thunderbolt 5は同じPHYを使用します。[3]
メモリ
Micron [4]と Nvidia によって開発され、Nvidia RTX 3080 および 3090グラフィックス カードで初めて使用されたGDDR6X は、PAM-4 シグナリングを使用して、クロック サイクルごとに 2 ビットを送信します。これにより、電力やスペースの消費とコストが増加する可能性がある、関連する送信機と受信機を備えた 2 つのチャネルまたはレーンや高周波に頼る必要がなくなります。周波数が高くなると帯域幅が広くなり、銅線を介して送信しようとすると 28 GHz を超えると大きな問題になります。PAM-4 は、集積回路でより多くのスペースを必要とし、SNR (信号対雑音比) の問題の影響を受けやすいため、以前の NRZ (非ゼロ復帰、PAM-2) コーディングよりも実装コストが高くなります。[5] [6]
DDR7 は
GDDR7はPAM-3シグナリングを利用して36Gbps/ピンの速度を実現します。GDDR6およびそれ以前の世代で使用されていたNRZ/PAM-2シグナリングと比較してサイクルあたりのデータ伝送速度が高いため、電力効率と信号の整合性が向上します。[7]
PCIエクスプレス
PCI Express 6.0ではPAM-4の使用が導入されました。[8]
フォトバイオロジー
この概念は、チラコイド膜の集光アンテナにおける蛍光の上昇と減衰の速度論を分光蛍光測定する特殊な機器を用いた光合成の研究にも利用されており、さまざまな環境条件下での光合成系の状態のさまざまな側面を調べることができます。[9]従来の暗順応クロロフィル蛍光測定とは異なり、パルス振幅蛍光装置では周囲光条件下での測定が可能であり、測定の汎用性が大幅に向上しました。[10]
LED照明用電子ドライバー
パルス振幅変調は、特に照明用途の発光ダイオード（LED）の制御にも開発されています。 [11] PAM技術に基づくLEDドライバは、LEDを流れる順方向電流が光出力の強度に比例し、順方向電流が減少するにつれてLED効率が増加するため、パルス幅変調（PWM）などの他の一般的なドライバ変調技術に基づくシステムよりもエネルギー効率が向上します。
パルス振幅変調 LED ドライバは、複数の LED チャネル間でパルスを同期して、完璧な色合わせを可能にします。PAM の固有の性質と LED の高速スイッチング速度を組み合わせることで、LED 照明を高速ワイヤレス データ伝送手段として使用できます。
デジタルテレビ
北米先進テレビジョンシステム委員会のデジタルテレビ規格では、テレビ信号を構成するデータを放送するために PAM 形式を使用しています。8VSB と呼ばれるこのシステムは、8レベル PAM に基づいています。[12]このシステムでは、追加の処理を使用して 1 つのサイドバンドを抑制し、限られた帯域幅をより効率的に使用します。以前のNTSCアナログ規格で定義されているように、単一の 6 MHz チャネル割り当てを使用すると、8VSB は 32 Mbit/s を送信できます。エラー訂正コードやその他のオーバーヘッドを考慮すると、信号のデータ レートは 19.39 Mbit/s になります。
参照
ウィキメディア・コモンズには、パルス振幅変調に関連するメディアがあります。
注記
- ^ イーサネットで PAM-5 が最初に使用されたのは100BASE-T2でした。広く採用されたわけではありませんが、100BASE-T2 用に開発された技術は、その後、人気の 1000BASE-T ギガビット イーサネット規格に使用されました。
参考文献
- ^ George Schroeder (2003-04-01). 「あなたにとってPAM5が意味するもの」EDN . 2022年2月16日閲覧。
- ^ GraniteRiverLabs、チーム (2023-01-17)。「USB4の80Gpbs超高速時代へようこそ | GraniteRiverLabs Taiwan」。www.graniteriverlabs.com。2023-02-21時点のオリジナルよりアーカイブ。2023-02-21に取得。
- ^ Ian Cutress (2021-08-01). 「Intel 幹部が Thunderbolt 5 の写真を投稿した後削除: 80 Gbps と PAM-3」AnandTech。
- ^ 「PAM4でI/Oパフォーマンスを2倍に - Micronがグラフィックスメモリを高速化するGDDR6Xを革新」。Micron 。 2020年9月11日閲覧。
- ^ スミス、ライアン。「マイクロンがGDDR6Xについて暴露：より高いレートを実現するPAM4シグナリングがNVIDIAのRTX 3090に搭載」AnandTech.com。
- ^ Maliniak, David (2016 年 1 月 14 日)。「EDN - PAM4 の基礎」。
- ^ Anton Shilov (2023-03-08). 「CadenceがGDDR7: 36 Gbps、PAM3エンコーディングの技術詳細を発表」AnandTech。
- ^ スミス、ライアン。「PCI Express 帯域幅が再び倍増：PCIe 6.0 が発表、仕様は 2021 年に実装予定」www.anandtech.com。
- ^ Schreiber, Ulrich (2004). 「パルス振幅変調 (PAM) 蛍光測定法と飽和パルス法: 概要」.クロロフィル a 蛍光. 光合成と呼吸の進歩. 第 19 巻. ドルドレヒト: Springer Netherlands. pp. 279– 319. doi :10.1007/978-1-4020-3218-9_11. ISBN 978-1-4020-3217-2。
- ^ 「5.1 クロロフィル蛍光 – ClimEx ハンドブック」 。2020年 1 月 14 日閲覧。
- ^ Whitaker, Tim (2006 年 1 月). 「閉ループ電子コントローラーによる LED システムの駆動」. LED . 2020 年 10 月 29 日閲覧。
- ^ Sparano, David (1997). 「8-VSB とは一体何なのか?」(PDF) . 2012 年11 月 8 日閲覧。