Pulsamplitudenmodulation

Die Pulsamplitudenmodulation (PAM) ist eine Form der Modulationsverfahren, bei der die Information in der Amplitude eines Pulses einer Impulsfolge enthalten ist.

Verwendet wird der Begriff einerseits im Zusammenhang mit der Digitalisierung von Analogsignalen und andererseits bei der digitalen Übertragung von „Symbol“ genannten Informationseinheiten.

Verwendungen

Digitalisierung von Analogsignalen

Prinzip der Pulsamplitudenmodulation

Hierbei wird das analoge Nachrichtensignal in regelmäßigen Abständen abgetastet, dabei seine Signalhöhe gemessen und im selben Rhythmus Pulse erzeugt, deren Amplitudenhöhe der Signalstärke entspricht.^[1] Das PAM-Signal ist zeitdiskret und wertkontinuierlich. Wertkontinuierlich bedeutet, dass die Pulsamplitude eine analoge Größe ist und theoretisch beliebige Zwischenwerte annehmen kann. Die Pulsamplitudenmodulation ist geeignet für Übertragungssysteme mit analogen Multiplexverfahren. In der Zeit zwischen den einzelnen PAM-Pulsen eines Nachrichtensignals können die PAM-Pulse anderer Nachrichtensignale übertragen werden.^[2] PAM eignet sich wegen der hohen Störempfindlichkeit nicht als Übertragungsverfahren über größere Entfernungen.^[3] Die Pulshöhe wird durch die Störungen der Übertragungsstrecke stark beeinflusst, so dass auf der Empfängerseite ein verfälschtes Signal ankommen kann. Eingesetzt wurde dieses PAM-Verfahren bei früheren Telefonanlagen. Diese Form der Pulsamplitudenmodulation spielt als alleiniges Modulationsverfahren in der Übertragungstechnik keine Rolle mehr. Sie ist jedoch die Vorstufe zur Puls-Code-Modulation (PCM).^[3] Bei der PCM werden zusätzlich die Amplitudenwerte der PAM quantisiert, d. h. in eine digitale Bitfolge umgesetzt. Diese Bitfolge kann gespeichert oder als Digitalsignal von einem Sender zu einem Empfänger übertragen werden.

Digitale Übertragung von Symbolen

Beispiel einer PAM-5

Diese Begriffsverwendung entspricht der Amplitudenumtastung.

Bei dieser Verwendung wird die Anzahl der möglichen Amplitudenwerte begrenzt, z. B. bei PAM-5 auf fünf Spannungswerte. Bei jedem Übertragungsschritt kann somit einer von fünf möglichen Zuständen (Symbolen) übertragen werden.

Anwendung Ethernet

Einige Versionen des Ethernet-Standards nutzen Pulsamplitudenmodulation.^[4]

Verwendung von PAM bei Ethernet

PAM-Typ	Ethernet-Standards (Beispiele)
PAM-3	10BASE-T1L, 100BASE-T1, 1000BASE-T1, BroadR-Reach-Ethernet
PAM-4	2.5GBASE-T1, 5GBASE-T1, 50GBASE-R, 100GBASE-P, 200GBASE-R, 200GBASE-DR4, 200GBASE-F/L/ER4, 400GBASE-R, 400GBASE-F/L/ER8, 400GBASE-DR4
PAM-5	100BASE-T2, 1000BASE-T
PAM-16	1000BASE-H, 2.5GBASE-T, 5GBASE-T, 10GBASE-T, 25GBASE-T, 40GBASE-T

Zukunft

PAM-4 ist ein Standard, der 2014 als Modulationsverfahren bei Glasfaser-Übertragung vorgesehen war.^[5]
Des Weiteren soll PAM-4 auch für PCI Express 6.0 zum Einsatz kommen. (Stand: 2019)^[6]