NRZ VS PAM4, qual è la differenza?

NRZ e PAM4 sono tecnologie di codifica e modulazione fondamentali nelle comunicazioni moderne e nella trasmissione dei dati. Sono ampiamente utilizzate nella trasmissione di segnali digitali. L'affermarsi di tendenze come il cloud computing e i big data ha determinato la crescita esponenziale del traffico e l'ascesa dell'Ethernet 400G. Questo articolo ti offrirà una comprensione dettagliata delle due tecnologie di modulazione, NRZ e PAM4, e le confronterà per farti capire quale sia più adatta ai crescenti requisiti di velocità.

Definizione di NRZ e PAM4

Che cos'è NRZ

NRZ è un metodo tradizionale di codifica dei segnali digitali, utilizzato principalmente per la trasmissione di dati binari. Utilizza due livelli di segnale per rappresentare 0 e 1 dei segnali digitali. Lo 0 logico è una tensione negativa e l'1 logico è una tensione positiva. In ogni ciclo di clock può essere inviato o ricevuto un bit di informazione logica. L'assenza di uno stato di "ritorno a zero" è una caratteristica significativa di NRZ, il che significa che tra 1 e 0 consecutivi il segnale non tornerà al livello zero, consentendo a NRZ di eseguire una trasmissione dati efficiente a frequenze più basse.

Che cos'è PAM4

PAM4 è una tecnologia di modulazione emergente che utilizza quattro livelli diversi per rappresentare i dati. Può trasmettere due bit di dati binari nello stesso periodo di simbolo, cioè 00, 01, 10 o 11. Pertanto, a parità di condizioni di larghezza di banda, la velocità di trasmissione di PAM4 è doppia rispetto a quella di NRZ. Questo la rende popolare anche nelle applicazioni ad alta velocità, come data center, cloud computing, ecc. È più diffusa grazie alla sua elevata efficienza e al buon utilizzo della larghezza di banda.

Confronto tra NRZ e PAM4

Velocità in bit

Come tutti sappiamo, un simbolo può trasportare un bit. NRZ può trasmettere solo un bit di dati binari nello stesso periodo di simbolo, mentre PAM4 può trasmettere due bit. Quindi, nelle stesse condizioni di larghezza di banda, quando NRZ può trasmettere 28Gbps, PAM4 può raggiungere 56Gbps. Il bit rate di 28Gbps è equivalente al baud rate di 28GBdps. Poiché ogni simbolo PAM4 può trasportare 2 bit, la velocità di trasmissione di linea di 56Gbps PAM4 è 28GBdps. Quindi, a parità di baud rate, PAM4 aumenta il bit rate fino al doppio di quello di NRZ, il che può portare velocità di trasmissione più elevate. Può utilizzare meno canali per implementare un'interfaccia Ethernet da 400Gbps, mentre NRZ richiede più canali. PAM4 può utilizzare 8 canali a 50Gbps o 4 canali a 100Gbps. NRZ richiede 16 o 8 canali con la stessa larghezza di banda.

Integrità della trasmissione del segnale

Poiché PAM4 utilizza quattro diversi livelli per trasmettere informazioni, mentre NRZ ne utilizza solo due, PAM4 è più sensibile al rumore e alla distorsione del segnale ed è più suscettibile alle interferenze. Sebbene possa trasmettere più dati nella stessa larghezza di banda, ha requisiti più elevati per l'integrità del segnale. Allo stesso tempo, con l'aumentare della distanza, l'attenuazione e la distorsione del segnale aumenteranno, con conseguente tasso di perdita più elevato. NRZ, invece, utilizza solo due livelli di segnale per trasmettere informazioni, il che lo rende più resistente alle interferenze e trasmissibile su distanze maggiori. QT's 400G OSFP il modulo dispone di una funzione FEC, che aiuta a garantire l'integrità della trasmissione del segnale e può supportare distanze maggiori.

Rapporto segnale-rumore e tasso di errore sui bit

Come mostrato nella figura seguente, l'altezza dell'occhio di NRZ è solo un terzo di quella di PAM4, il che significa soltanto che PAM4 aumenta il rapporto segnale/rumore di -9,54 dB (perdita del budget di collegamento). Ciò ha un impatto significativo sulla qualità del segnale e introdurrà ulteriori restrizioni nella trasmissione di segnali ad alta velocità. Poiché l'apertura verticale dell'occhio è ridotta del 33%, ciò renderà anche il segnale PAM4 più sensibile all'ambiente rumoroso, con conseguente tasso di errore sui bit più elevato. Tuttavia, poiché PAM4 dispone di FEC, può aiutare il sistema di collegamento a raggiungere il BER richiesto, il che rende possibile l'applicazione di PAM4.

Complessità

La codifica e la decodifica NRZ sono più semplici rispetto a PAM4, rendendola adatta alla maggior parte dei sistemi di comunicazione tradizionali. PAM4 prevede più livelli e il suo processo di codifica e decodifica è più complicato; richiede il supporto di hardware a prestazioni più elevate. Pertanto, la sua complessità tecnica e di implementazione è superiore a quella di NRZ, e anche il suo costo di implementazione sarà più elevato.

Consumo energetico

Sebbene il baud rate di PAM4 sia la metà di quello di NRZ alla stessa velocità in bit, poiché PAM4 utilizza 4 livelli per la trasmissione delle informazioni e deve utilizzare FEC per controllare il BER entro un certo intervallo, ha un consumo energetico più elevato, il che significa che i transceiver PAM4 genereranno più calore e comporteranno maggiori costi operativi e di manutenzione. Tuttavia, QT's transceiver 400G utilizza chip DSP di Broadcom e Macom, che dispongono di processi e design migliori e possono ridurre efficacemente il consumo energetico complessivo, garantendo al massimo l'efficienza e l'affidabilità della trasmissione dati ad alta velocità.

Applicazioni

NRZ

In 25G Ethernet, il bit rate di NRZ è 25Gbps, che di solito può essere utilizzato per applicazioni da 100G a 4x 25G. Ciò non solo consente una migliore gestione del traffico e bilanciamento del carico, ma aiuta anche a ottimizzare le prestazioni della rete, ridurre i colli di bottiglia e migliorare l'efficienza complessiva.

PAM4

PAM4 può realizzare applicazioni da 400G a 4x 100G e supportare connessioni ad alta velocità tra un gran numero di server e dispositivi di storage per soddisfare le esigenze dell'elaborazione dei big data e del cloud computing. È progettato per migliorare l'efficienza e l'efficienza spettrale della trasmissione dei dati al fine di supportare l'implementazione di applicazioni ad alta velocità. Ciò può anche aiutare la rete a raggiungere maggiore affidabilità e tolleranza ai guasti tramite connessioni ridondanti e condivisione del carico, evitando interruzioni di rete.

Conclusione

NRZ e PAM4 sono due diversi metodi di modulazione nei moduli ottici. Sfruttano i loro vantaggi in applicazioni diverse. Sebbene NRZ abbia un'efficienza di trasmissione inferiore rispetto a PAM4, la sua trasmissione è più stabile e più adatta alla trasmissione a lunga distanza. PAM4 supporta velocità di trasmissione più elevate su brevi distanze. Se hai domande su NRZ e PAM4, non esitare a contattare gli ingegneri CCIE/HCIE di QSFPTEK all'indirizzo [email protected].