Non-Return-to-Zero (NRZ)

Qu’est-ce que le Non-Return-to-Zero (NRZ) ?

Le non-retour à zéro (NRZ) est une méthode de modulation de signal numérique binaire appliquée dans les modules optiques. Le NRZ utilise deux niveaux de signal différents — représentés par 0 et 1. Chacun des niveaux de signal représente un bit d’information logique. Les niveaux de signal binaire sont transmis par des tensions spécifiques en courant continu (CC), et l’amplitude du signal porteur est constante pendant chaque durée de bit. Dans le NRZ à logique positive courant, le niveau de signal de l’état bas (0) correspond à une tension plus négative, et le niveau de signal de l’état haut (1) correspond à une tension plus positive.

Quelles sont les différences entre NRZ et PAM4 ?

Débit binaire

Étant donné que chaque symbole du codage NRZ ne contient qu’un bit d’information logique, tandis que chacun des symboles PAM4 représente deux bits, le débit binaire du NRZ est égal au débit en bauds du NRZ et le débit binaire du PAM4 correspond au double du débit en bauds du PAM4. C’est-à-dire :

50Gbaud NRZ = 50Gbps, 50Gbaud PAM4 = 100Gbps.

Un exemple d'application est le module 100G Single Lambda à haut débit, tel que QSFP-100G-DR-S et QSFP-100G-FR-S, qui peut convertir des signaux NRZ 4x25Gbps en un signal PAM4l 1x50Gbaud.

SNR (signal sur bruit) et taux d’erreur binaire (BER)

En termes de densité spectrale de puissance, PAM4 génère trois diagrammes de l’œil distincts, tandis que NRZ présente un seul grand œil. Le diagramme de l’œil de PAM4 révèle ses limites inhérentes concernant le rapport signal/bruit (SNR) et le taux d’erreur binaire (BER). Comme l’amplitude du signal (hauteur de l’œil) de PAM4 n’est que d’un tiers de celle de NRZ, les niveaux de tension sont plus proches les uns des autres, ce qui le rend plus vulnérable aux interférences dues au bruit. Cela a augmenté le SNR de PAM4 de -9,54 dB et un BER plus élevé.

Des techniques avancées d’égalisation sont nécessaires dans les émetteurs-récepteurs PAM4 afin d’atténuer les problèmes de bruit. Cette complexité supplémentaire rend la conception des optiques PAM4 plus complexe et augmente la consommation d’énergie par rapport à d’autres solutions.

Perte de signal

PAM4 permet de transmettre deux fois plus de données que NRZ à chaque période de symbole. Par conséquent, le débit en bauds n’est que la moitié de celui de NRZ au même débit binaire. L’efficacité de transmission doublée de la signalisation PAM4 réduit considérablement la perte de signal causée par les canaux de transmission. L’avantage de PAM4 est qu’il permet un débit de données plus élevé en utilisant les canaux existants sans augmenter le débit en bauds ni la perte de signal du canal.

Consommation d'énergie

Pour réduire le BER dans la signalisation PAM4, une égalisation à l’extrémité RX et une re-compensation à l’extrémité TX sont nécessaires, toutes deux plus gourmandes en énergie que NRZ. Cependant, la technologie de pointe de photonique sur silicium (SiPh) appliquée aux modules optiques photoniques sur silicium peut résoudre ce problème.

Quels sont les avantages du NRZ ?

Les principaux avantages du NRZ par rapport au PAM4 sont une meilleure tolérance au bruit, une capacité de correction d’erreurs plus élevée et une consommation d’énergie plus faible. En outre, comme la qualité du signal du NRZ est relativement meilleure que celle du PAM4, la conception mécanique des optiques NRZ est simple et ne nécessite pas d’unités complexes de traitement du signal, par exemple un circuit de récupération d’horloge. Le coût d’un dispositif modulaire NRZ est souvent inférieur à celui d’un PAM4.