NRZ VS PAM4, Qual é a diferença?

NRZ e PAM4 são tecnologias cruciais de codificação e modulação nas comunicações modernas e na transmissão de dados. Elas são amplamente usadas na transmissão de sinais digitais. O crescimento de tendências como computação em nuvem e big data impulsionou o crescimento exponencial do tráfego e a ascensão da Ethernet 400G. Este artigo dará a você uma compreensão detalhada das duas tecnologias de modulação, NRZ e PAM4, e as comparará para que você saiba qual é melhor para os requisitos crescentes de taxa.

Definição de NRZ e PAM4

O que é NRZ

NRZ é um método tradicional de codificação de sinal digital, usado principalmente para transmissão de dados binários. Ele usa dois níveis de sinal para representar 0 e 1 dos sinais digitais. O lógico 0 é uma tensão negativa e o lógico 1 é uma tensão positiva. Um bit de informação lógica pode ser enviado ou recebido em cada ciclo de clock. A ausência de um estado de "retorno a zero" é uma característica significativa do NRZ, o que significa que, entre 1 e 0 consecutivos, o sinal não retornará ao nível zero, o que permite que o NRZ realize transmissão de dados eficiente em frequências mais baixas.

O que é PAM4

PAM4 é uma tecnologia de modulação emergente que usa quatro níveis diferentes para representar dados. Ela pode transmitir dois bits de dados binários no mesmo período de símbolo, ou seja, 00, 01, 10 ou 11. Portanto, sob as mesmas condições de largura de banda, a taxa de transmissão de PAM4 é o dobro da de NRZ. Isso também a torna popular em aplicações de alta velocidade, como data centers, computação em nuvem, etc. Ela é mais popular por causa de sua alta eficiência e boa utilização da largura de banda.

Comparação entre NRZ e PAM4

Taxa de bits

Como todos sabemos, um símbolo pode transportar um bit. NRZ só pode transmitir um bit de dados binários no mesmo período de símbolo, enquanto PAM4 pode transmitir dois bits. Portanto, nas mesmas condições de largura de banda, quando NRZ pode transmitir 28Gbps, PAM4 pode chegar a 56Gbps. A taxa de bits de 28Gbps equivale à taxa de baud de 28GBdps. Como cada símbolo PAM4 pode transportar 2 bits, a velocidade de transmissão da linha de 56Gbps PAM4 é de 28GBdps. Portanto, na mesma taxa de baud, PAM4 aumenta a taxa de bits para o dobro da NRZ, o que pode trazer taxas de transmissão mais altas. Ele pode usar menos canais para implementar uma interface Ethernet de 400Gbps, enquanto NRZ requer mais canais. PAM4 pode usar 8 canais a 50Gbps ou 4 canais a 100Gbps. NRZ requer 16 ou 8 canais sob a mesma largura de banda.

Integridade da transmissão de sinal

Como PAM4 usa quatro níveis diferentes para transmitir informações, enquanto NRZ usa apenas dois, PAM4 é mais sensível a ruído e distorção de sinal e é mais suscetível a interferências. Embora possa transmitir mais dados na mesma largura de banda, ele tem requisitos mais altos de integridade de sinal. Ao mesmo tempo, à medida que a distância aumenta, a atenuação e a distorção do sinal aumentarão, resultando em uma taxa de perda mais alta. NRZ, por outro lado, usa apenas dois níveis de sinal para transmitir informações, o que o torna mais resistente a interferências e permite que seja transmitido por distâncias maiores. QT's 400G OSFP o módulo tem uma função FEC, que ajuda a garantir a integridade da transmissão do sinal e pode suportar distâncias maiores.

Relação sinal-ruído e taxa de erro de bit

Como mostrado na figura abaixo, a altura do olho do NRZ é apenas um terço da do PAM4, o que significa apenas que o PAM4 aumenta a relação sinal-ruído em -9,54 dB (perda no orçamento de link). Isso tem um impacto significativo na qualidade do sinal e introduzirá restrições adicionais na transmissão de sinais de alta velocidade. Como a abertura vertical do olho é reduzida em 33%, isso também tornará o sinal PAM4 mais sensível ao ambiente de ruído, resultando em uma taxa de erro de bits mais alta. No entanto, como o PAM4 tem FEC, ele pode ajudar o sistema de link a alcançar a BER necessária, o que torna possível a aplicação do PAM4.

Complexidade

A codificação e decodificação NRZ são mais simples do que PAM4, tornando-a adequada para a maioria dos sistemas de comunicação tradicionais. PAM4 envolve mais níveis, e seu processo de codificação e decodificação é mais complicado; requer suporte de hardware de maior desempenho. Portanto, sua complexidade técnica e de implantação é maior do que a de NRZ, e seu custo de implantação também será maior.

Consumo de energia

Embora a taxa de baud do PAM4 seja metade da do NRZ na mesma taxa de bits, como o PAM4 usa 4 níveis para transmissão de informações e precisa usar FEC para controlar o BER dentro de uma determinada faixa, ele tem maior consumo de energia, o que significa que os transceptores PAM4 gerarão mais calor e trarão mais custos de operação e manutenção. No entanto, os da QT transceptor 400G usa chips DSP da Broadcom e da Macom, que têm processos e designs melhores e podem reduzir efetivamente o consumo geral de energia, ao mesmo tempo em que garantem ao máximo a eficiência e a confiabilidade da transmissão de dados em alta velocidade.

Aplicações

NRZ

Em Ethernet 25G, a taxa de bits de NRZ é 25Gbps, que geralmente pode ser usada para aplicações de 100G para 4x 25G. Isso não apenas permite melhor gerenciamento de tráfego e balanceamento de carga, mas também ajuda a otimizar o desempenho da rede, reduzir gargalos e melhorar a eficiência geral.

PAM4

PAM4 pode viabilizar aplicações de 400G para 4x 100G e pode oferecer suporte a conexões de alta velocidade entre um grande número de servidores e dispositivos de armazenamento para atender às necessidades de processamento de big data e computação em nuvem. Ele foi projetado para melhorar a eficiência e a eficiência espectral da transmissão de dados, a fim de oferecer suporte à implementação de aplicações de alta velocidade. Isso também pode ajudar a rede a alcançar maior confiabilidade e tolerância a falhas por meio de conexões redundantes e compartilhamento de carga, evitando interrupções na rede.

Conclusão

NRZ e PAM4 são dois métodos de modulação diferentes em módulos ópticos. Eles apresentam suas vantagens em diferentes aplicações. Embora o NRZ tenha menor eficiência de transmissão do que o PAM4, sua transmissão é mais estável e mais adequada para transmissão de longa distância. O PAM4 oferece suporte a taxas de transmissão mais altas em curtas distâncias. Se você tiver alguma dúvida sobre NRZ e PAM4, entre em contato com os engenheiros CCIE/HCIE da QSFPTEK em [email protected].