NRZとPAM4の違い：ビット数・ボーレート・アイの開き・FEC・規格の世代を比較
NRZは2つの信号レベルで1シンボルに1ビットを送る、最も基本的な方式です。PAM4は4つのレベルで1シンボルに2ビットを送るので、同じビットレートならボーレート(1秒あたりのシンボル数)が半分で済み、伝送路の高い周波数での損失を避けられます。そのかわり、同じ振幅の中に3つのアイが縦に並ぶので、アイの高さは約1/3になり、SNRで約9.5 dB不利です。このため、PAM4のリンクでは前方誤り訂正(FEC)がほぼ必須になります。
| 項目 | NRZ | PAM4 |
|---|---|---|
| 信号のレベル | 2つ(0と1) | 4つ(2ビットの組み合わせ00・01・11・10などに対応) |
| 1シンボルのビット数 | 1ビット | 2ビット |
| 同じビットレートでのボーレート | ビットレートと同じ(例:64 Gbit/sなら64 GBd) | ビットレートの半分(例:64 Gbit/sなら32 GBd) |
| ナイキスト周波数 | ボーレートの半分。PAM4の2倍になり、伝送路の損失が大きい | NRZの半分。同じ伝送路でも損失が小さい |
| アイの開き | 1つの大きなアイ | 縦に3つのアイが並び、それぞれの高さはNRZの約1/3 |
| 必要なSNR | 基準 | 同じ振幅では約9.5 dB(20 log₁₀ 3)不利 |
| FEC | なし、または軽い符号で済むことが多い | ほぼ必須。FEC前のビット誤り率をある程度許し、FECで訂正する。そのぶん遅延が増える |
| 送受信回路 | 比較的簡単。判定は1つのしきい値 | 3つのしきい値で判定し、レベルの間隔をそろえる高い線形性が必要。高速品ではADCとDSPで受けるものも多い |
| ビットの割り当て | 1つのレベルが1ビットに対応する | 隣り合うレベルの誤りが1ビットの誤りで済むよう、グレイ符号で割り当てる |
| 使われる規格の例 | PCI Express 5.0まで(32 GT/s)、レーンあたり25 Gbit/s級までのイーサネット | PCI Express 6.0(64 GT/s)、レーンあたり50 Gbit/sや100 Gbit/s以上のイーサネット、データセンターの光トランシーバ |
数値は代表的な目安で、世代や製品によって異なります。