NRZ VS PAM4: в чем разница?

NRZ и PAM4 — важнейшие технологии кодирования и модуляции в современных системах связи и передачи данных. Они широко используются для передачи цифровых сигналов. Распространение таких тенденций, как облачные вычисления и большие данные, обусловило экспоненциальный рост трафика и развитие Ethernet 400G. В этой статье вы подробно познакомитесь с двумя технологиями модуляции — NRZ и PAM4 — и сравните их, чтобы определить, какая из них лучше соответствует растущим требованиям к скорости.

Определение NRZ и PAM4

Что такое NRZ

NRZ — это традиционный метод кодирования цифрового сигнала, используемый главным образом для передачи двоичных данных. Он использует два уровня сигнала для представления 0 и 1 цифровых сигналов. Логический 0 — это отрицательное напряжение, а логическая 1 — положительное напряжение. В каждом тактовом цикле может быть отправлен или принят один бит логической информации. Отсутствие состояния «возврата к нулю» является важной особенностью NRZ: это означает, что между последовательными 1 и 0 сигнал не возвращается к нулевому уровню, что позволяет NRZ обеспечивать эффективную передачу данных на более низких частотах.

Что такое PAM4

PAM4 — это перспективная технология модуляции, использующая четыре различных уровня для представления данных. Она может передавать два бита двоичных данных за один и тот же символьный период, то есть 00, 01, 10 или 11. Поэтому при одинаковых условиях пропускной способности скорость передачи PAM4 вдвое выше, чем у NRZ. Благодаря этому технология популярна в высокоскоростных приложениях, таких как центры обработки данных, облачные вычисления и т. д. Её популярность также обусловлена высокой эффективностью и рациональным использованием полосы пропускания.

Сравнение NRZ и PAM4

Скорость передачи данных

Как известно, один символ может передавать один бит. NRZ может передавать только один бит двоичных данных за один и тот же период символа, тогда как PAM4 может передавать два бита. Поэтому при одинаковой пропускной способности, когда NRZ может передавать 28Gbps, PAM4 может достигать 56Gbps. Битовая скорость 28Gbps эквивалентна скорости передачи символов 28GBdps. Поскольку каждый символ PAM4 может передавать 2 бита, скорость передачи по линии для PAM4 56Gbps составляет 28GBdps. Поэтому при одинаковой скорости передачи символов PAM4 увеличивает битовую скорость вдвое по сравнению с NRZ, обеспечивая более высокую скорость передачи. С его помощью можно реализовать интерфейс Ethernet 400Gbps, используя меньше каналов, тогда как NRZ требует больше каналов. PAM4 может использовать 8 каналов по 50Gbps или 4 канала по 100Gbps. NRZ требует 16 или 8 каналов при той же пропускной способности.

Целостность передачи сигнала

Поскольку PAM4 использует четыре различных уровня для передачи информации, а NRZ — только два, PAM4 более чувствителен к шуму и искажению сигнала и сильнее подвержен помехам. Хотя он может передавать больше данных в той же полосе пропускания, к целостности сигнала предъявляются более высокие требования. В то же время с увеличением расстояния затухание и искажение сигнала усиливаются, что приводит к более высокому уровню потерь. NRZ, напротив, использует для передачи информации только два уровня сигнала, благодаря чему он лучше противостоит помехам и может передаваться на большие расстояния. QT's 400G OSFP Модуль оснащен функцией FEC, которая помогает обеспечить целостность передачи сигнала и поддерживает передачу на большие расстояния.

Отношение сигнал/шум и коэффициент битовых ошибок

Как показано на рисунке ниже, высота глазковой диаграммы NRZ составляет лишь одну треть высоты глазковой диаграммы PAM4, что означает только то, что PAM4 увеличивает отношение сигнал/шум на -9.54 dB (потери бюджета линии). Это значительно влияет на качество сигнала и вводит дополнительные ограничения при высокоскоростной передаче сигналов. Поскольку вертикальное раскрытие глазковой диаграммы уменьшается на 33%, это также делает сигнал PAM4 более чувствительным к шумовой среде, что приводит к более высокой частоте битовых ошибок. Однако благодаря FEC PAM4 может помочь системе линии достичь требуемого BER, что делает применение PAM4 возможным.

Сложность

Кодирование и декодирование NRZ проще, чем у PAM4, что делает NRZ подходящим для большинства традиционных систем связи. PAM4 использует больше уровней, и его процесс кодирования и декодирования сложнее, поэтому для него требуется аппаратная поддержка более высокой производительности. Следовательно, его техническая сложность и сложность развертывания выше, чем у NRZ, и стоимость развертывания также будет выше.

Энергопотребление

Хотя скорость передачи символов PAM4 вдвое ниже, чем у NRZ при одинаковой битовой скорости, поскольку PAM4 использует 4 уровня для передачи информации и требует применения FEC для поддержания BER в определенном диапазоне, он потребляет больше энергии, а это означает, что трансиверы PAM4 будут выделять больше тепла и приводить к более высоким затратам на эксплуатацию и обслуживание. Однако QT's Трансивер 400G использует DSP-чипы Broadcom и Macom, которые отличаются более совершенными технологическими процессами и конструкцией и позволяют эффективно снизить общее энергопотребление, одновременно максимально обеспечивая эффективность и надежность высокоскоростной передачи данных.

Применение

NRZ

В сетях 25G Ethernet битовая скорость NRZ составляет 25Gbps, что обычно может использоваться для приложений 100G с подключением 4x 25G. Это не только обеспечивает более эффективное управление трафиком и балансировку нагрузки, но также помогает оптимизировать производительность сети, уменьшить узкие места и повысить общую эффективность.

PAM4

PAM4 может поддерживать приложения 400G в конфигурации 4x 100G и высокоскоростные соединения между большим количеством серверов и устройств хранения, удовлетворяя потребности обработки больших данных и облачных вычислений. Эта технология разработана для повышения эффективности передачи данных и спектральной эффективности, необходимых для реализации высокоскоростных приложений. Она также помогает сети достигать более высокой надежности и отказоустойчивости благодаря резервным соединениям и распределению нагрузки, предотвращая перебои в работе сети.

Заключение

NRZ и PAM4 — это два разных метода модуляции в оптических модулях. Они имеют свои преимущества в разных сферах применения. Хотя NRZ обладает более низкой эффективностью передачи, чем PAM4, его передача более стабильна и лучше подходит для передачи на большие расстояния. PAM4 поддерживает более высокие скорости передачи на коротких расстояниях. Если у вас есть вопросы о NRZ и PAM4, свяжитесь с инженерами QSFPTEK с квалификациями CCIE/HCIE по адресу [email protected].