Non-Return-to-Zero (NRZ)

Non-Return-to-Zero (NRZ)란 무엇입니까?

Non-return-to-zero (NRZ)는 광 모듈에 적용되는 이진 디지털 신호 변조 방식입니다. NRZ는 0과 1로 표현되는 두 가지 서로 다른 신호 레벨을 사용합니다. 각 신호 레벨은 논리 정보의 1비트를 나타냅니다. 이진 신호 레벨은 특정 직류(DC) 전압으로 전송되며, 캐리어 신호의 진폭은 각 비트 시간 동안 일정하게 유지됩니다. 일반적인 양논리 NRZ에서 낮은 상태의 신호 레벨(0)은 더 음의 전압에 해당하고, 높은 상태의 신호 레벨(1)은 더 양의 전압에 해당합니다.

NRZ와 PAM4의 차이점은 무엇인가요?

비트 전송률

NRZ 코딩의 각 심볼은 논리 정보 1비트만 포함하는 반면, PAM4 심볼은 각각 2비트를 나타내므로 NRZ의 비트 전송률은 NRZ의 보드율과 같고, PAM4의 비트 전송률은 PAM4의 보드율의 두 배입니다. 즉:

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

적용 사례 중 하나는 QSFP-100G-DR-S 및 QSFP-100G-FR-S와 같은 고속 100G 단일 Lambda 모듈로, 4x25Gbps NRZ 신호를 1x50Gbaud PAM4l 신호로 변환할 수 있습니다.

SNR(신호 대 잡음비) 및 비트 오류율(BER)

전력 스펙트럼 밀도 측면에서 PAM4는 세 가지 뚜렷한 아이 패턴을 생성하는 반면, NRZ는 하나의 큰 아이를 특징으로 합니다. PAM4의 아이 다이어그램은 신호 대 잡음비(SNR)와 비트 오류율(BER)과 관련된 고유한 한계를 보여줍니다. PAM4의 신호 진폭(아이 높이)이 NRZ의 3분의 1에 불과하기 때문에 전압 레벨이 더 가까워져 노이즈 간섭에 더 취약합니다. 이로 인해 PAM4의 SNR은 -9.54 dB, BER은 더 높아졌습니다.

PAM4 트랜시버에서는 노이즈 문제를 완화하기 위해 고급 등화 기술이 필요합니다. 이렇게 추가된 복잡성으로 인해 PAM4 광학 장치의 설계가 더 복잡해지고 다른 솔루션에 비해 전력 소비가 증가합니다.

신호 손실

PAM4는 각 심볼 주기에서 NRZ보다 두 배 많은 데이터를 전송할 수 있습니다. 따라서 동일한 비트 전송률에서 보드율은 NRZ의 절반에 불과합니다. PAM4 신호 방식의 두 배 향상된 전송 효율은 전송 채널로 인한 신호 손실을 크게 줄입니다. PAM4의 장점은 보드율과 채널 신호 손실을 증가시키지 않으면서 기존 채널을 사용해 더 높은 데이터 전송률을 구현할 수 있다는 것입니다.

전력 소비

PAM4 신호에서 BER을 낮추려면 RX end에서의 equalization과 TX end에서의 re-compensation이 필요하며, 둘 다 NRZ보다 더 많은 전력을 소비합니다. 그러나 silicon photonic optical modules에 적용된 최첨단 state-of-the-art silicon photonics (SiPh) 기술은 이 문제를 해결할 수 있습니다.

NRZ의 장점은 무엇입니까?

PAM4와 비교한 NRZ의 주요 장점은 노이즈에 대한 더 나은 내성, 더 높은 오류 수정 능력 및 더 낮은 전력 소비입니다. 또한 NRZ의 신호 품질은 PAM4보다 상대적으로 더 좋기 때문에 NRZ 광학 장치의 기계적 설계는 간단하며, 클록 복구 회로가 필요하지 않은 것처럼 복잡한 신호 처리 장치가 필요하지 않습니다. NRZ 모듈화 장치의 비용은 종종 PAM4보다 저렴합니다.