NRZ, PAM3, PAM4 (Pulse Amplitude Modulation) 시그널링

● NRZ, PAM3, PAM4의 등장 배경

디지털 통신 기술은 데이터 전송 속도와 대역폭 효율성을 최적화하려는 노력의 결과로 발전해왔습니다. 

 

고속 네트워크 환경에서 더 많은 데이터를 더 빠르게 전송해야 하는 요구는 더 효율적인 신호 표현 방식을 필요로 했습니다.

NRZ (Non-Return-to-Zero)

초기에 사용된 NRZ는 디지털 신호를 단순히 "0"과 "1"로 구분하여 전송하는 방식입니다.

 

이 방식은 구현이 간단하고 신호 대 잡음비(SNR)가 비교적 우수하다는 장점이 있지만, 대역폭 효율성이 떨어지고, 고속 환경에서는 심각한 제한이 발생합니다.

특히, 고주파 성분을 제거하기 위한 필터링 과정에서 신호 왜곡이 발생할 수 있습니다.

 

PAM3 PAM4

고속 네트워크(예: 100Gbps 이상)에서는 NRZ가 더 이상 효율적이지 않게 되었고, 대역폭 사용을 최소화하며 동일한 데이터를 전송할 방법이 필요해졌습니다.

 

PAM (Pulse Amplitude Modulation) 기법은 신호당 더 많은 정보를 포함시키는 방식으로 NRZ의 한계를 극복했습니다.

 

PAM3은 세 가지 전압 수준(-1, 0, +1)을 사용하여 데이터 효율성을 약간 증가시켰습니다.

 

PAM4는 네 가지 전압 수준을 활용하여 단위 시간당 더 많은 비트를 전송할 수 있게 합니다. 이는 대역폭 효율성을 크게 향상시켰습니다.

 

● 각각의 신호 개념

NRZ (Non-Return-to-Zero)

디지털 신호에서 **"0"과 "1"**을 구분하여 변조하는 방식입니다.

 

단일 주기 동안 "1"은 높은 전압, "0"은 낮은 전압으로 표현됩니다.

장점: 간단한 구현, 우수한 SNR.

 

단점: 데이터 속도가 증가하면 대역폭 요구가 증가하고, 신호 왜곡 문제 발생.

 

PAM3 (Pulse Amplitude Modulation 3-level)

NRZ와 비교해 **3개의 전압 수준(-1, 0, +1)**을 사용합니다.

 

한 주기 동안 두 비트를 전송하는 것이 가능하며, 대역폭 효율이 향상됩니다.

 

장점: NRZ보다 적은 대역폭으로 동일한 데이터를 전송 가능.

 

단점: 세 가지 전압 수준의 신호 간 간격이 줄어들어 SNR이 낮아질 수 있음.

 

PAM4 (Pulse Amplitude Modulation 4-level)

4개의 전압 수준(-3, -1, +1, +3)을 사용합니다.

 

한 주기 동안 두 비트를 전송하며, 단위 대역폭당 전송 효율이 높아집니다.

장점: PAM3보다 더 효율적인 대역폭 사용 가능.

 

단점: 신호 레벨 간의 간격이 더 좁아져 노이즈 민감도가 증가하고, 시스템 구현 복잡도 상승.

 

● 다양한 시그널링

NRZ, PAM3, PAM4의 발전은 대역폭 효율성과 데이터 전송량을 최적화하려는 통신 기술의 요구에 의해 이루어졌습니다.

NRZ는 구현이 단순하지만 대역폭 효율이 낮아 고속 환경에서는 비효율적입니다.

 

PAM3와 PAM4는 여러 전압 수준을 활용하여 단위 시간당 더 많은 데이터를 전송할 수 있지만, 노이즈 민감도가 증가하고 시스템 설계가 복잡해지는 단점이 있습니다.

 

결론적으로, 고속 데이터 전송이 요구되는 환경에서는 PAM4와 같은 고효율 변조 방식이 필수적이며, 이러한 신호 방식들은 네트워크 기술의 발전을 이끌고 있습니다.