NRZ VS PAM4, 차이점은 무엇인가요?

NRZ와 PAM4는 현대 통신 및 데이터 전송에서 중요한 코딩 및 변조 기술입니다. 이들은 디지털 신호 전송에 널리 사용됩니다. 클라우드 컴퓨팅과 빅데이터 같은 트렌드의 부상은 트래픽의 기하급수적 증가와 400G Ethernet의 등장을 이끌었습니다. 이 글에서는 두 가지 변조 기술인 NRZ와 PAM4를 자세히 이해할 수 있도록 설명하고, 증가하는 속도 요구 사항에 어느 것이 더 적합한지 알 수 있도록 비교합니다.

NRZ 및 PAM4의 정의

NRZ란 무엇인가

NRZ는 전통적인 디지털 신호 인코딩 방식으로, 주로 이진 데이터 전송에 사용됩니다. 디지털 신호의 0과 1을 나타내기 위해 두 가지 신호 레벨을 사용합니다. 논리 0은 음전압이고 논리 1은 양전압입니다. 각 클록 사이클마다 논리 정보 1비트를 송신하거나 수신할 수 있습니다. "제로 복귀" 상태가 없다는 점은 NRZ의 중요한 특징이며, 이는 연속된 1과 0 사이에서 신호가 제로 레벨로 돌아가지 않음을 의미하고, 이를 통해 NRZ는 더 낮은 주파수에서 효율적인 데이터 전송을 수행할 수 있습니다.

PAM4란 무엇인가

PAM4는 데이터를 표현하기 위해 네 가지 서로 다른 레벨을 사용하는 새로운 변조 기술입니다. 동일한 심볼 주기에서 두 비트의 이진 데이터, 즉 00, 01, 10 또는 11을 전송할 수 있습니다. 따라서 동일한 대역폭 조건에서 PAM4의 전송 속도는 NRZ의 두 배입니다. 이로 인해 데이터 센터, 클라우드 컴퓨팅 등과 같은 고속 애플리케이션에서 널리 사용됩니다. 높은 효율성과 우수한 대역폭 활용률 때문에 더욱 선호됩니다.

NRZ와 PAM4 비교

비트 전송률

모두가 알다시피 하나의 심볼은 1비트를 전달할 수 있습니다. NRZ는 동일한 심볼 주기 동안 이진 데이터 1비트만 전송할 수 있는 반면, PAM4는 2비트를 전송할 수 있습니다. 따라서 동일한 대역폭 조건에서 NRZ가 28Gbps를 전송할 수 있을 때 PAM4는 56Gbps에 도달할 수 있습니다. 28Gbps의 비트율은 28GBdps의 보오율과 같습니다. 각 PAM4 심볼은 2비트를 전달할 수 있으므로 56Gbps PAM4의 라인 전송 속도는 28GBdps입니다. 따라서 동일한 보오율에서 PAM4는 비트율을 NRZ의 두 배로 높여 더 높은 전송 속도를 제공할 수 있습니다. 400Gbps 이더넷 인터페이스를 구현하는 데 더 적은 채널을 사용할 수 있는 반면, NRZ는 더 많은 채널이 필요합니다. PAM4는 50Gbps의 8개 채널 또는 100Gbps의 4개 채널을 사용할 수 있습니다. NRZ는 동일한 대역폭에서 16개 또는 8개의 채널이 필요합니다.

신호 전송 무결성

PAM4는 정보를 전송하는 데 네 가지 서로 다른 레벨을 사용하는 반면, NRZ는 두 가지만 사용하므로 PAM4는 잡음과 신호 왜곡에 더 민감하고 간섭의 영향을 더 받기 쉽습니다. 동일한 대역폭에서 더 많은 데이터를 전송할 수 있지만, 신호 무결성에 대한 요구 사항이 더 높습니다. 동시에 거리가 증가함에 따라 신호 감쇠와 왜곡이 증가하여 손실률이 더 높아집니다. 반면 NRZ는 정보를 전송하는 데 두 가지 신호 레벨만 사용하므로 간섭에 더 강하고 더 긴 거리로 전송할 수 있습니다. QT의 400G OSFP module에는 FEC 기능이 있어 신호 전송의 무결성을 보장하는 데 도움이 되며 더 긴 거리를 지원할 수 있습니다.

신호 대 잡음비 및 비트 오류율

아래 그림에 표시된 것처럼 NRZ의 아이 높이는 PAM4의 3분의 1에 불과하며, 이는 PAM4가 신호 대 잡음비를 -9.54 dB(링크 버짓 손실)만큼 증가시킨다는 의미일 뿐입니다. 이는 신호 품질에 상당한 영향을 미치며 고속 신호 전송에서 추가적인 제한을 초래합니다. 수직 아이 개구부가 33% 감소하므로 PAM4 신호는 노이즈 환경에 더 민감해져 더 높은 비트 오류율을 초래합니다. 그러나 PAM4에는 FEC가 있으므로 링크 시스템이 필요한 BER을 달성하도록 도울 수 있으며, 이로 인해 PAM4의 적용이 가능해집니다.

복잡성

NRZ 인코딩 및 디코딩은 PAM4보다 간단하여 대부분의 기존 통신 시스템에 적합합니다. PAM4는 더 많은 레벨을 포함하며, 인코딩 및 디코딩 과정이 더 복잡하고 더 높은 성능의 하드웨어 지원이 필요합니다. 따라서 기술 및 배포 복잡성이 NRZ보다 높으며, 배포 비용도 더 높아집니다.

전력 소비

동일한 비트 전송률에서 PAM4의 보드율은 NRZ의 절반이지만, PAM4는 정보 전송에 4개 레벨을 사용하고 BER을 특정 범위 내로 제어하기 위해 FEC를 사용해야 하므로 전력 소비가 더 높습니다. 이는 PAM4 트랜시버가 더 많은 열을 발생시키고 더 많은 운영 및 유지보수 비용을 초래한다는 의미입니다. 그러나 QT의 400G 트랜시버 Broadcom 및 Macom의 DSP 칩을 사용하며, 이는 더 우수한 공정과 설계를 갖추고 있어 고속 데이터 전송의 효율성과 안정성을 최대한 보장하면서 전체 전력 소비를 효과적으로 줄일 수 있습니다.

애플리케이션

NRZ

25G Ethernet에서 NRZ의 비트 전송률은 25Gbps이며, 일반적으로 100G에서 4x 25G 애플리케이션에 사용할 수 있습니다. 이는 더 나은 트래픽 관리와 부하 분산을 가능하게 할 뿐만 아니라 네트워크 성능을 최적화하고 병목 현상을 줄이며 전반적인 효율성을 향상시키는 데도 도움이 됩니다.

PAM4

PAM4는 400G에서 4x 100G 애플리케이션을 구현할 수 있으며, 빅데이터 처리 및 클라우드 컴퓨팅의 요구를 충족하기 위해 다수의 서버와 스토리지 장치 간 고속 연결을 지원할 수 있습니다. 고속 애플리케이션 구현을 지원하기 위해 데이터 전송의 효율성과 스펙트럼 효율을 향상하도록 설계되었습니다. 또한 이를 통해 네트워크는 중복 연결과 부하 분산을 통해 더 높은 신뢰성과 내결함성을 달성하여 네트워크 중단을 방지할 수 있습니다.

결론

NRZ와 PAM4는 광 모듈에서 사용되는 두 가지 서로 다른 변조 방식입니다. 이들은 서로 다른 애플리케이션에서 각자의 장점을 발휘합니다. NRZ는 PAM4보다 전송 효율은 낮지만, 전송이 더 안정적이며 장거리 전송에 더 적합합니다. PAM4는 단거리에서 더 높은 전송 속도를 지원합니다. NRZ와 PAM4에 대해 궁금한 점이 있으면 언제든지 QSFPTEK의 CCIE/HCIE 엔지니어에게 문의해 주세요: [email protected].