NRZ vs PAM4, quelle est la différence ?

NRZ et PAM4 sont des technologies de codage et de modulation essentielles dans les communications modernes et la transmission de données. Elles sont largement utilisées dans la transmission de signaux numériques. L’essor de tendances telles que le cloud computing et le big data a entraîné une croissance exponentielle du trafic et l’émergence de l’Ethernet 400G. Cet article vous donnera une compréhension détaillée des deux technologies de modulation, NRZ et PAM4, et les comparera afin de vous permettre de savoir laquelle est la mieux adaptée aux exigences croissantes en matière de débit.

Définition de NRZ et PAM4

Qu’est-ce que NRZ

NRZ est une méthode traditionnelle de codage des signaux numériques, principalement utilisée pour la transmission de données binaires. Elle utilise deux niveaux de signal pour représenter le 0 et le 1 des signaux numériques. Le 0 logique est une tension négative et le 1 logique est une tension positive. Un bit d’information logique peut être envoyé ou reçu à chaque cycle d’horloge. L’absence d’état de « retour à zéro » est une caractéristique importante du NRZ, ce qui signifie qu’entre des 1 et des 0 consécutifs, le signal ne revient pas au niveau zéro, ce qui permet au NRZ d’effectuer une transmission de données efficace à des fréquences plus basses.

Qu’est-ce que PAM4

PAM4 est une technologie de modulation émergente qui utilise quatre niveaux différents pour représenter les données. Elle peut transmettre deux bits de données binaires dans la même période de symbole, c’est-à-dire 00, 01, 10 ou 11. Par conséquent, dans les mêmes conditions de bande passante, le débit de transmission de PAM4 est deux fois supérieur à celui de NRZ. Cela la rend également populaire dans les applications à haut débit, telles que les centres de données, le cloud computing, etc. Elle est plus populaire en raison de sa grande efficacité et de sa bonne utilisation de la bande passante.

Comparaison entre NRZ et PAM4

Débit binaire

Comme nous le savons tous, un symbole peut transporter un bit. NRZ ne peut transmettre qu’un bit de données binaires pendant la même période de symbole, tandis que PAM4 peut transmettre deux bits. Ainsi, dans les mêmes conditions de bande passante, lorsque NRZ peut transmettre 28Gbps, PAM4 peut atteindre 56Gbps. Le débit binaire de 28Gbps est équivalent au débit en bauds de 28GBdps. Étant donné que chaque symbole PAM4 peut transporter 2 bits, la vitesse de transmission en ligne de 56Gbps PAM4 est de 28GBdps. Ainsi, au même débit en bauds, PAM4 augmente le débit binaire à deux fois celui de NRZ, ce qui peut apporter des débits de transmission plus élevés. Il peut utiliser moins de canaux pour mettre en œuvre une interface Ethernet 400Gbps, tandis que NRZ nécessite davantage de canaux. PAM4 peut utiliser 8 canaux à 50Gbps ou 4 canaux à 100Gbps. NRZ nécessite 16 ou 8 canaux avec la même bande passante.

Intégrité de la transmission du signal

Comme PAM4 utilise quatre niveaux différents pour transmettre les informations, tandis que NRZ n'en utilise que deux, PAM4 est plus sensible au bruit et à la distorsion du signal et est plus susceptible aux interférences. Bien qu'il puisse transmettre davantage de données dans la même bande passante, il impose des exigences plus élevées en matière d'intégrité du signal. En même temps, à mesure que la distance augmente, l'atténuation et la distorsion du signal augmentent, ce qui entraîne un taux de perte plus élevé. NRZ, en revanche, n'utilise que deux niveaux de signal pour transmettre les informations, ce qui le rend plus résistant aux interférences et permet une transmission sur de plus longues distances. QT's 400G OSFP le module dispose d’une fonction FEC, qui contribue à garantir l’intégrité de la transmission du signal et peut prendre en charge de plus longues distances.

Rapport signal/bruit et taux d’erreur binaire

Comme le montre la figure ci-dessous, la hauteur de l’œil du NRZ n’est que d’un tiers de celle du PAM4, ce qui signifie seulement que le PAM4 augmente le rapport signal/bruit de -9.54 dB (perte de budget de liaison). Cela a un impact significatif sur la qualité du signal et introduira des restrictions supplémentaires dans la transmission de signaux à haut débit. Comme l’ouverture verticale de l’œil est réduite de 33%, cela rendra également le signal PAM4 plus sensible à l’environnement de bruit, entraînant un taux d’erreur binaire plus élevé. Cependant, comme le PAM4 dispose de la FEC, elle peut aider le système de liaison à atteindre le BER requis, ce qui rend possible l’application du PAM4.

Complexité

L’encodage et le décodage NRZ sont plus simples que PAM4, ce qui les rend adaptés à la plupart des systèmes de communication traditionnels. PAM4 implique davantage de niveaux, et son processus d’encodage et de décodage est plus compliqué ; il nécessite une prise en charge matérielle plus performante. Par conséquent, sa complexité technique et de déploiement est supérieure à celle du NRZ, et son coût de déploiement sera également plus élevé.

Consommation électrique

Bien que le débit en bauds de PAM4 soit la moitié de celui de NRZ au même débit binaire, comme PAM4 utilise 4 niveaux pour la transmission des informations et doit utiliser la FEC pour maintenir le BER dans une certaine plage, il présente une consommation d’énergie plus élevée, ce qui signifie que les émetteurs-récepteurs PAM4 généreront davantage de chaleur et entraîneront des coûts d’exploitation et de maintenance plus importants. Cependant, QT émetteur-récepteur 400G utilise les puces DSP de Broadcom et de Macom, qui bénéficient de meilleurs procédés et conceptions et peuvent réduire efficacement la consommation électrique globale, tout en garantissant au maximum l’efficacité et la fiabilité de la transmission de données à haut débit.

Applications

NRZ

En Ethernet 25G, le débit binaire du NRZ est de 25Gbps, ce qui peut généralement être utilisé pour les applications 100G vers 4x 25G. Cela permet non seulement une meilleure gestion du trafic et un meilleur équilibrage de charge, mais contribue également à optimiser les performances du réseau, à réduire les goulots d’étranglement et à améliorer l’efficacité globale.

PAM4

PAM4 peut réaliser des applications 400G vers 4x 100G et prendre en charge des connexions haut débit entre un grand nombre de serveurs et de périphériques de stockage afin de répondre aux besoins du traitement des mégadonnées et du cloud computing. Il est conçu pour améliorer l’efficacité et l’efficacité spectrale de la transmission de données afin de soutenir la mise en œuvre d’applications haut débit. Cela peut également aider le réseau à atteindre une fiabilité et une tolérance aux pannes plus élevées grâce à des connexions redondantes et au partage de charge, afin d’éviter les interruptions réseau.

Conclusion

NRZ et PAM4 sont deux méthodes de modulation différentes dans les modules optiques. Elles tirent parti de leurs avantages dans différentes applications. Bien que NRZ ait une efficacité de transmission inférieure à celle de PAM4, sa transmission est plus stable et mieux adaptée à la transmission longue distance. PAM4 prend en charge des débits de transmission plus élevés sur de courtes distances. Si vous avez des questions sur NRZ et PAM4, n’hésitez pas à contacter les ingénieurs CCIE/HCIE de QSFPTEK à [email protected].