Non-Return-to-Zero (NRZ)

O que é Non-Return-to-Zero (NRZ)?

Non-return-to-zero (NRZ) é um método de modulação de sinal digital binário aplicado em módulos ópticos. NRZ utiliza dois níveis de sinal diferentes — representados por 0 e 1. Cada um dos níveis de sinal representa um bit de informação lógica. Os níveis de sinal binário são transmitidos por tensões específicas de corrente contínua (CC), e a amplitude do sinal da portadora é constante durante cada tempo de bit. Na NRZ de lógica positiva comum, o nível de sinal do estado inferior (0) corresponde a uma tensão mais negativa, e o nível de sinal do estado superior (1) corresponde a uma tensão mais positiva.

Quais são as diferenças entre NRZ e PAM4?

Taxa de bits

Como cada símbolo da codificação NRZ contém apenas um bit de informação lógica, enquanto cada um dos símbolos PAM4 representa dois bits, a taxa de bits do NRZ é igual à taxa de baud do NRZ, e a taxa de bits do PAM4 é o dobro da taxa de baud do PAM4. Ou seja:

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

Um exemplo da aplicação é o módulo 100G single Lambda de alta velocidade, como QSFP-100G-DR-S e QSFP-100G-FR-S, que pode converter sinais NRZ de 4x25Gbps em um sinal PAM4l de 1x50Gbaud.

SNR (sinal-ruído) e taxa de erro de bits (BER)

Em termos de densidade espectral de potência, o PAM4 gera três padrões de olho distintos, enquanto o NRZ apresenta um único olho grande. O diagrama de olho do PAM4 revela suas limitações inerentes em relação à relação sinal-ruído (SNR) e à taxa de erro de bits (BER). Como a amplitude do sinal (altura do olho) do PAM4 é apenas um terço da do NRZ, os níveis de tensão ficam mais próximos, tornando-o mais vulnerável à interferência de ruído. Isso aumentou a SNR do PAM4 em -9,54 dB e resultou em uma BER mais alta.

Técnicas avançadas de equalização são necessárias em transceptores PAM4 para mitigar problemas de ruído. Essa complexidade adicional torna o design de ópticas PAM4 mais complexo e aumenta o consumo de energia em comparação com outras soluções.

Perda de sinal

PAM4 possibilita a transmissão de dados duas vezes maior que NRZ em cada período de símbolo. Portanto, a taxa de baud é apenas metade da de NRZ na mesma taxa de bits. A eficiência de transmissão dobrada na sinalização PAM4 reduz significativamente a perda de sinal causada pelos canais de transmissão. A vantagem do PAM4 é que ele permite uma taxa de dados mais alta usando os canais existentes, sem aumentar a taxa de baud e a perda de sinal do canal.

Consumo de energia

Para reduzir a BER na sinalização PAM4, são necessárias equalização na extremidade RX e recompensação na extremidade TX, ambas mais consumidoras de energia do que NRZ. No entanto, a tecnologia de fotônica de silício (SiPh) de ponta e de última geração aplicada a módulos ópticos fotônicos de silício pode resolver esse problema.

Quais são as vantagens do NRZ?

As principais vantagens do NRZ em comparação com o PAM4 são melhor tolerância a ruído, maior capacidade de correção de erros e menor consumo de energia. Além disso, como a qualidade do sinal do NRZ é relativamente melhor que a do PAM4, o projeto mecânico da óptica NRZ é simples, não exigindo unidades complexas de processamento de sinal, como a não exigência de um circuito de recuperação de clock. O custo de um dispositivo modulizado NRZ costuma ser mais barato do que o de um PAM4.