NRZ vs. PAM4, worin besteht der Unterschied?

NRZ und PAM4 sind entscheidende Codierungs- und Modulationstechnologien in der modernen Kommunikation und Datenübertragung. Sie werden häufig bei der digitalen Signalübertragung eingesetzt. Der Aufstieg von Trends wie Cloud Computing und Big Data hat das exponentielle Wachstum des Datenverkehrs und den Aufstieg von 400G Ethernet vorangetrieben. Dieser Artikel vermittelt Ihnen ein detailliertes Verständnis der beiden Modulationstechnologien NRZ und PAM4 und vergleicht sie, damit Sie wissen, welche für die steigenden Anforderungen an die Datenrate besser geeignet ist.

Definition von NRZ und PAM4

Was ist NRZ

NRZ ist ein traditionelles Verfahren zur Codierung digitaler Signale, das hauptsächlich für die Übertragung binärer Daten verwendet wird. Es verwendet zwei Signalpegel, um 0 und 1 digitaler Signale darzustellen. Logisch 0 ist eine negative Spannung und logisch 1 ist eine positive Spannung. In jedem Taktzyklus kann ein Bit logischer Informationen gesendet oder empfangen werden. Das Fehlen eines „Return-to-Zero“-Zustands ist ein wesentliches Merkmal von NRZ. Das bedeutet, dass das Signal zwischen aufeinanderfolgenden 1 und 0 nicht auf den Nullpegel zurückkehrt, wodurch NRZ eine effiziente Datenübertragung bei niedrigeren Frequenzen ermöglicht.

Was ist PAM4

PAM4 ist eine aufkommende Modulationstechnologie, die vier verschiedene Pegel zur Darstellung von Daten verwendet. Sie kann zwei Bits binärer Daten in derselben Symbolperiode übertragen, d. h. 00, 01, 10 oder 11. Daher ist die Übertragungsrate von PAM4 unter denselben Bandbreitenbedingungen doppelt so hoch wie die von NRZ. Dies macht sie auch in Hochgeschwindigkeitsanwendungen wie Rechenzentren, Cloud Computing usw. beliebt. Sie ist aufgrund ihrer hohen Effizienz und guten Bandbreitennutzung beliebter.

Vergleich von NRZ und PAM4

Bitrate

Wie wir alle wissen, kann ein Symbol ein Bit tragen. NRZ kann in derselben Symbolperiode nur ein Bit binärer Daten übertragen, während PAM4 zwei Bits übertragen kann. Unter denselben Bandbreitenbedingungen kann PAM4 daher 56Gbps erreichen, wenn NRZ 28Gbps übertragen kann. Die Bitrate von 28Gbps entspricht der Baudrate von 28GBdps. Da jedes PAM4-Symbol 2 Bits tragen kann, beträgt die Leitungsgeschwindigkeit von 56Gbps PAM4 28GBdps. Bei derselben Baudrate erhöht PAM4 die Bitrate also auf das Doppelte von NRZ, was höhere Übertragungsraten ermöglichen kann. Es kann weniger Kanäle verwenden, um eine 400Gbps-Ethernet-Schnittstelle zu realisieren, während NRZ mehr Kanäle benötigt. PAM4 kann 8 Kanäle mit 50Gbps oder 4 Kanäle mit 100Gbps verwenden. NRZ benötigt bei derselben Bandbreite 16 oder 8 Kanäle.

Integrität der Signalübertragung

Da PAM4 vier verschiedene Pegel zur Übertragung von Informationen verwendet, während NRZ nur zwei verwendet, ist PAM4 empfindlicher gegenüber Rauschen und Signalverzerrungen und anfälliger für Störungen. Obwohl es bei gleicher Bandbreite mehr Daten übertragen kann, stellt es höhere Anforderungen an die Signalintegrität. Gleichzeitig nehmen mit zunehmender Entfernung Signaldämpfung und Verzerrung zu, was zu einer höheren Verlustrate führt. NRZ hingegen verwendet nur zwei Signalpegel zur Übertragung von Informationen, wodurch es störungsresistenter ist und über größere Entfernungen übertragen werden kann. QT's 400G OSFP Das Modul verfügt über eine FEC-Funktion, die dazu beiträgt, die Integrität der Signalübertragung sicherzustellen und größere Entfernungen unterstützen kann.

Signal-Rausch-Verhältnis und Bitfehlerrate

Wie in der folgenden Abbildung dargestellt, beträgt die Augenhöhe von NRZ nur ein Drittel der von PAM4, was lediglich bedeutet, dass PAM4 das Signal-Rausch-Verhältnis um -9,54 dB erhöht (Link-Budget-Verlust). Dies hat erhebliche Auswirkungen auf die Signalqualität und führt zu zusätzlichen Einschränkungen bei der Hochgeschwindigkeitssignalübertragung. Da die vertikale Augenöffnung um 33% reduziert ist, wird das PAM4-Signal zudem empfindlicher gegenüber der Rauschumgebung, was zu einer höheren Bitfehlerrate führt. Da PAM4 jedoch über FEC verfügt, kann es dem Link-System helfen, die erforderliche BER zu erreichen, wodurch der Einsatz von PAM4 möglich wird.

Komplexität

NRZ-Codierung und -Decodierung sind einfacher als PAM4, wodurch sie für die meisten traditionellen Kommunikationssysteme geeignet ist. PAM4 umfasst mehr Pegel, und sein Codierungs- und Decodierungsprozess ist komplizierter; es erfordert leistungsfähigere Hardwareunterstützung. Daher sind seine technische und Bereitstellungskomplexität höher als bei NRZ, und auch seine Bereitstellungskosten werden höher sein.

Stromverbrauch

Obwohl die Baudrate von PAM4 bei derselben Bitrate nur halb so hoch ist wie die von NRZ, hat PAM4 einen höheren Stromverbrauch, da PAM4 4 Pegel zur Informationsübertragung verwendet und FEC einsetzen muss, um BER innerhalb eines bestimmten Bereichs zu halten. Das bedeutet, dass PAM4-Transceiver mehr Wärme erzeugen und höhere Betriebs- und Wartungskosten verursachen. Allerdings QT's 400G-Transceiver verwendet DSP-Chips von Broadcom und Macom, die über bessere Prozesse und Designs verfügen und den Gesamtstromverbrauch effektiv senken können, während sie gleichzeitig die Effizienz und Zuverlässigkeit der Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung in größtmöglichem Umfang gewährleisten.

Anwendungen

NRZ

Bei 25G Ethernet beträgt die Bitrate von NRZ 25Gbps, was üblicherweise für Anwendungen von 100G auf 4x 25G verwendet werden kann. Dies ermöglicht nicht nur ein besseres Traffic-Management und eine bessere Lastverteilung, sondern hilft auch, die Netzwerkleistung zu optimieren, Engpässe zu reduzieren und die Gesamteffizienz zu verbessern.

PAM4

PAM4 kann 400G- bis 4x-100G-Anwendungen realisieren und Hochgeschwindigkeitsverbindungen zwischen einer großen Anzahl von Servern und Speichergeräten unterstützen, um die Anforderungen der Big-Data-Verarbeitung und des Cloud Computing zu erfüllen. Es ist darauf ausgelegt, die Effizienz und Spektrumeffizienz der Datenübertragung zu verbessern, um die Umsetzung von Hochgeschwindigkeitsanwendungen zu unterstützen. Dies kann dem Netzwerk außerdem helfen, durch redundante Verbindungen und Lastverteilung eine höhere Zuverlässigkeit und Fehlertoleranz zu erreichen, um Netzwerkunterbrechungen zu vermeiden.

Fazit

NRZ und PAM4 sind zwei verschiedene Modulationsverfahren in optischen Modulen. Sie spielen ihre Vorteile in unterschiedlichen Anwendungen aus. Obwohl NRZ eine geringere Übertragungseffizienz als PAM4 hat, ist seine Übertragung stabiler und besser für Langstreckenübertragungen geeignet. PAM4 unterstützt höhere Übertragungsraten über kurze Distanzen. Wenn Sie Fragen zu NRZ und PAM4 haben, wenden Sie sich bitte jederzeit an die CCIE/HCIE-Ingenieure von QSFPTEK unter [email protected].