NRZ vs PAM4 : bits par symbole, baud, œil et FEC
Le NRZ est la méthode la plus élémentaire, qui transmet un bit par symbole avec deux niveaux de signal. Le PAM4 transmet deux bits par symbole avec quatre niveaux : à débit binaire égal, la rapidité de modulation (symboles par seconde) est divisée par deux, ce qui évite les pertes du canal aux hautes fréquences. En contrepartie, trois yeux sont superposés dans la même amplitude, si bien que la hauteur de l’œil tombe à environ 1/3 et que le SNR est défavorable d’environ 9,5 dB. C’est pourquoi la correction d’erreurs directe (FEC) est quasi indispensable sur les liaisons PAM4.
| Critère | NRZ | PAM4 |
|---|---|---|
| Niveaux de signal | Deux (0 et 1) | Quatre (correspondant aux combinaisons de 2 bits comme 00, 01, 11 et 10) |
| Bits par symbole | 1 bit | 2 bits |
| Rapidité de modulation à débit égal | Égale au débit binaire (ex. : 64 GBd pour 64 Gbit/s) | La moitié du débit binaire (ex. : 32 GBd pour 64 Gbit/s) |
| Fréquence de Nyquist | La moitié de la rapidité de modulation. Le double de celle du PAM4, avec des pertes de canal plus fortes | La moitié de celle du NRZ. Pertes plus faibles sur le même canal |
| Ouverture de l’œil | Un seul grand œil | Trois yeux superposés, chacun d’une hauteur d’environ 1/3 de celle du NRZ |
| SNR requis | Référence | À amplitude égale, défavorable d’environ 9,5 dB (20 log₁₀ 3) |
| FEC | Aucune, ou un code léger suffit souvent | Quasi indispensable. On tolère un certain taux d’erreur binaire avant FEC, que la FEC corrige, au prix d’une latence accrue |
| Circuits d’émission et de réception | Relativement simples. Décision avec un seul seuil | Décision avec trois seuils ; une grande linéarité est nécessaire pour garder des écarts de niveaux égaux. Les modèles rapides reçoivent souvent avec un CAN et un DSP |
| Affectation des bits | Chaque niveau correspond à un bit | Code de Gray, pour qu’une erreur vers un niveau voisin ne cause qu’une erreur d’un bit |
| Exemples de normes | PCI Express jusqu’à la version 5.0 (32 GT/s), Ethernet jusqu’à la classe 25 Gbit/s par voie | PCI Express 6.0 (64 GT/s), Ethernet à 50 Gbit/s ou 100 Gbit/s et plus par voie, émetteurs-récepteurs optiques des centres de données |
Les valeurs indiquées sont des ordres de grandeur typiques et varient selon la génération de procédé et le produit.