NRZ vs PAM4, ¿cuál es la diferencia?

NRZ y PAM4 son tecnologías cruciales de codificación y modulación en las comunicaciones modernas y la transmisión de datos. Se utilizan ampliamente en la transmisión de señales digitales. El auge de tendencias como la computación en la nube y los macrodatos ha impulsado el crecimiento exponencial del tráfico y el auge de Ethernet 400G. Este artículo le ofrecerá una comprensión detallada de las dos tecnologías de modulación, NRZ y PAM4, y las comparará para que sepa cuál es mejor para los crecientes requisitos de velocidad.

Definición de NRZ y PAM4

Qué es NRZ

NRZ es un método tradicional de codificación de señales digitales, utilizado principalmente para la transmisión de datos binarios. Utiliza dos niveles de señal para representar el 0 y el 1 de las señales digitales. El 0 lógico es una tensión negativa y el 1 lógico es una tensión positiva. En cada ciclo de reloj se puede enviar o recibir un bit de información lógica. La ausencia de un estado de "retorno a cero" es una característica importante de NRZ, lo que significa que, entre 1 y 0 consecutivos, la señal no volverá al nivel cero, lo que permite que NRZ realice una transmisión de datos eficiente a frecuencias más bajas.

Qué es PAM4

PAM4 es una tecnología de modulación emergente que utiliza cuatro niveles diferentes para representar datos. Puede transmitir dos bits de datos binarios en el mismo período de símbolo, es decir, 00, 01, 10 u 11. Por lo tanto, en las mismas condiciones de ancho de banda, la velocidad de transmisión de PAM4 es el doble que la de NRZ. Esto también la hace popular en aplicaciones de alta velocidad, como centros de datos, computación en la nube, etc. Es más popular debido a su alta eficiencia y buen aprovechamiento del ancho de banda.

Comparación entre NRZ y PAM4

Tasa de bits

Como todos sabemos, un símbolo puede transportar un bit. NRZ solo puede transmitir un bit de datos binarios en el mismo período de símbolo, mientras que PAM4 puede transmitir dos bits. Por lo tanto, bajo las mismas condiciones de ancho de banda, cuando NRZ puede transmitir 28Gbps, PAM4 puede alcanzar 56Gbps. La tasa de bits de 28Gbps equivale a la tasa de baudios de 28GBdps. Dado que cada símbolo PAM4 puede transportar 2 bits, la velocidad de transmisión de línea de 56Gbps PAM4 es de 28GBdps. Por lo tanto, a la misma tasa de baudios, PAM4 aumenta la tasa de bits al doble que NRZ, lo que puede aportar tasas de transmisión más altas. Puede usar menos canales para implementar una interfaz Ethernet de 400Gbps, mientras que NRZ requiere más canales. PAM4 puede usar 8 canales a 50Gbps o 4 canales a 100Gbps. NRZ requiere 16 u 8 canales con el mismo ancho de banda.

Integridad de la transmisión de la señal

Dado que PAM4 utiliza cuatro niveles diferentes para transmitir información, mientras que NRZ solo utiliza dos, PAM4 es más sensible al ruido y a la distorsión de la señal y es más susceptible a las interferencias. Aunque puede transmitir más datos en el mismo ancho de banda, tiene mayores requisitos de integridad de la señal. Al mismo tiempo, a medida que aumenta la distancia, la atenuación y la distorsión de la señal aumentarán, lo que dará lugar a una mayor tasa de pérdida. NRZ, por otro lado, utiliza solo dos niveles de señal para transmitir información, lo que lo hace más resistente a las interferencias y permite transmitir a distancias más largas. QT's 400G OSFP el módulo tiene una función FEC, que ayuda a garantizar la integridad de la transmisión de la señal y puede admitir distancias más largas.

Relación señal-ruido y tasa de errores de bit

Como se muestra en la figura siguiente, la altura del ojo de NRZ es solo un tercio de la de PAM4, lo que solo significa que PAM4 aumenta la relación señal-ruido en -9.54 dB (pérdida del presupuesto de enlace). Esto tiene un impacto significativo en la calidad de la señal e introducirá restricciones adicionales en la transmisión de señales de alta velocidad. Dado que la apertura vertical del ojo se reduce en un 33%, esto también hará que la señal PAM4 sea más sensible al entorno de ruido, lo que dará lugar a una mayor tasa de error de bits. Sin embargo, como PAM4 tiene FEC, puede ayudar al sistema de enlace a alcanzar la BER requerida, lo que hace posible la aplicación de PAM4.

Complejidad

La codificación y decodificación NRZ son más simples que PAM4, lo que la hace adecuada para la mayoría de los sistemas de comunicación tradicionales. PAM4 implica más niveles, y su proceso de codificación y decodificación es más complicado, requiere soporte de hardware de mayor rendimiento. Por lo tanto, su complejidad técnica y de implementación es mayor que la de NRZ, y su coste de implementación también será mayor.

Consumo de energía

Aunque la tasa de baudios de PAM4 es la mitad que la de NRZ a la misma tasa de bits, dado que PAM4 utiliza 4 niveles para la transmisión de información y necesita usar FEC para controlar la BER dentro de un determinado rango, tiene un mayor consumo de energía, lo que significa que los transceptores PAM4 generarán más calor y conllevarán más costes de operación y mantenimiento. Sin embargo, los de QT Transceptor 400G utiliza chips DSP de Broadcom y Macom, que cuentan con mejores procesos y diseños y pueden reducir eficazmente el consumo energético total, al tiempo que garantizan al máximo la eficiencia y la fiabilidad de la transmisión de datos de alta velocidad.

Aplicaciones

NRZ

En Ethernet 25G, la tasa de bits de NRZ es de 25Gbps, que normalmente puede usarse para aplicaciones de 100G a 4x 25G. Esto no solo permite una mejor gestión del tráfico y equilibrio de carga, sino que también ayuda a optimizar el rendimiento de la red, reducir los cuellos de botella y mejorar la eficiencia general.

PAM4

PAM4 puede lograr aplicaciones de 400G a 4x 100G y puede admitir conexiones de alta velocidad entre una gran cantidad de servidores y dispositivos de almacenamiento para satisfacer las necesidades del procesamiento de big data y la computación en la nube. Está diseñado para mejorar la eficiencia y la eficiencia espectral de la transmisión de datos con el fin de respaldar la implementación de aplicaciones de alta velocidad. Esto también puede ayudar a que la red alcance una mayor fiabilidad y tolerancia a fallos mediante conexiones redundantes y reparto de carga para evitar interrupciones de red.

Conclusión

NRZ y PAM4 son dos métodos de modulación diferentes en los módulos ópticos. Aprovechan sus ventajas en diferentes aplicaciones. Aunque NRZ tiene una eficiencia de transmisión menor que PAM4, su transmisión es más estable y más adecuada para la transmisión de larga distancia. PAM4 admite velocidades de transmisión más altas en distancias cortas. Si tiene alguna pregunta sobre NRZ y PAM4, no dude en ponerse en contacto con los ingenieros CCIE/HCIE de QSFPTEK en [email protected].