NRZ (non-return-to-zero) adalah salah satu bentuk transmisi data digital di mana sinyal logika rendah (0) dan tinggi (1) dikirimkan menggunakan tegangan DC (direct current) tertentu yang tetap dan konstan.
Apa itu RZ dan NRZ?
Return-to-zero (RZ) dan NRZ adalah teknik modulasi atau skema pengkodean bitstream yang dipakai dalam telekomunikasi untuk mengkodekan data.
RZ merupakan skema biner di mana sinyal akan kembali ke 0 volt (V) di antara setiap bit data, meskipun nilainya sama berturut-turut, misalnya 000 atau 111. Artinya, sinyal ini punya tiga level: tinggi, rendah, dan nol (rest). Sementara itu, NRZ hanya menggunakan dua level tegangan: tinggi dan rendah, tanpa kondisi istirahat (nol).
Kata “non” dalam NRZ kadang bikin bingung karena bisa saja logika 0 direpresentasikan dengan tegangan nol. Tapi kalau dibandingkan langsung dengan RZ, istilah ini jadi lebih masuk akal.
Salah satu keunggulan RZ adalah sinyalnya self-clocking, alias udah ada informasi sinkronisasi di dalam sinyal itu sendiri. Jadi, nggak perlu kirim sinyal clock terpisah. Selain itu, RZ juga punya sensitivitas penerimaan yang lebih baik daripada NRZ meskipun pakai daya yang sama. Tapi sebagai gantinya, RZ butuh bandwidth dua kali lebih besar dibanding NRZ untuk kecepatan data yang sama.
Berbeda dengan RZ, NRZ nggak self-clocking. Artinya, butuh sumber sinkronisasi terpisah biar sinyal bisa dibaca dengan benar dan mencegah bit slip. Masalah lain dari NRZ adalah ketika sinyalnya punya level tegangan yang sama terus-menerus, clock recovery bisa jadi sulit. Tapi kelebihannya, NRZ bisa memanfaatkan bandwidth lebih efisien dan sinyalnya lebih kuat, cocok buat transmisi data kecepatan tinggi.
Gimana cara kerja NRZ?
NRZ menggunakan dua level tegangan: satu untuk logika 0 dan satu lagi untuk logika 1. Umumnya, tegangan positif mewakili logika 1, sedangkan tegangan negatif untuk logika 0. Dalam skema NRZ, tidak ada kondisi istirahat atau nol di antara bit-bit data, dan tegangan tetap konstan sepanjang satu periode clock.
Ini bikin proses pengiriman data jadi lebih simpel dan mudah dipahami, karena tiap bit punya tegangan tetap yang konsisten dalam satu siklus clock. Misalnya, kalau bit-nya 1, maka levelnya tetap tinggi sepanjang durasi clock tersebut.
NRZ logika positif vs. logika negatif
Pada NRZ logika positif, logika rendah direpresentasikan oleh tegangan yang lebih negatif (atau kurang positif), sedangkan logika tinggi diwakili oleh tegangan yang lebih positif. Contohnya:
- Logika 0 = +0.5 V
Logika 1 = +5.0 V - Logika 0 = -3.0 V
Logika 1 = 0.0 V
Sedangkan untuk NRZ logika negatif, kebalikannya:
- Logika 0 = +5.0 V
Logika 1 = +0.5 V - Logika 0 = 0.0 V
Logika 1 = -3.0 V
Kelebihan dan kekurangan NRZ
NRZ termasuk metode encoding yang simpel buat komunikasi digital. Karena cuma pakai dua level sinyal, implementasinya pun jadi lebih gampang dan murah.
Setiap bit di NRZ mempertahankan tegangan yang sama sepanjang durasinya. Ini membantu deteksi dan decoding sinyal lebih mudah, dan sinyalnya juga nggak gampang terdistorsi dalam jarak jauh. Karena perubahan sinyal lebih sedikit, NRZ sangat cocok buat aplikasi yang butuh transmisi data berkecepatan tinggi.
Tapi kelemahannya adalah sinkronisasi sinyal clock bisa terganggu kalau tegangan yang sama terus-menerus dikirim. Ini juga bisa menghasilkan komponen DC yang bikin decoding jadi susah. Untuk ngatasin ini, kadang perlu alat tambahan seperti repeater atau amplifier, yang tentu saja nambah biaya dan kompleksitas sistem.
Aplikasi NRZ
Karenanya yang simpel, NRZ cocok banget buat transmisi data jarak pendek dan berkecepatan tinggi, kayak jaringan lokal (LAN) atau data center. Selain itu juga dipakai buat meningkatkan kecepatan Ethernet (200/400 Gigabit) dan komunikasi jaringan lainnya.
Beberapa aplikasi lain dari NRZ meliputi:
- Input/output data di perangkat penyimpanan seperti hard disk.
- Konversi data ke sinyal audio/video digital.
- Pengiriman data dari sensor dan sistem kontrol industri.
- Dukungan untuk protokol komunikasi data.
- Transmisi data di komunikasi satelit.
NRZ vs PAM
NRZ juga dikenal sebagai bentuk dasar dari PAM-2. Karena hanya menggunakan dua level tegangan (tinggi dan rendah), maka setiap sinyal hanya bisa mewakili satu bit, yaitu 0 atau 1.
Beda dengan PAM-4 yang pakai empat level tegangan dan bisa mewakili dua bit per sinyal (00, 01, 10, 11). Artinya, dalam satu siklus clock, PAM-4 bisa ngirim dua kali lipat jumlah bit dibanding NRZ.
Salah satu keunggulan PAM-4 adalah efisiensi transmisinya yang dua kali lebih tinggi dari NRZ dengan laju baud yang sama. Karena PAM-4 punya baud rate setengah dari NRZ, dia bisa mengirim dua kali lipat data dalam siklus simbol yang sama. Ini juga mengurangi kehilangan sinyal di saluran, jadi lebih efisien untuk transmisi optik kecepatan tinggi.
PAM-4 juga punya frekuensi Nyquist yang lebih rendah dibanding NRZ, artinya kerapatan data bisa dua kali lipat dan resolusi sampling jadi lebih tinggi. Tapi karena NRZ punya frekuensi Nyquist lebih tinggi, sinyalnya lebih rentan mengalami kehilangan karena karakteristik saluran.
Kekurangan utama PAM-4 adalah rasio sinyal terhadap noise-nya (SNR) cuma -9.54 dB, lebih buruk dari NRZ yang 0 dB. Artinya, kualitas sinyalnya lebih rawan terganggu. Selain itu, PAM-4 juga punya masalah pantulan sinyal yang lebih besar (tiga kali lebih parah dibanding NRZ), tingkat kesalahan bit lebih tinggi, dan butuh perangkat keras yang lebih mahal.
Transceiver PAM-4 juga menghasilkan lebih banyak panas karena konsumsi dayanya lebih tinggi dibanding link NRZ. Tapi hal ini bisa diatasi dengan teknologi silicon photonics buat menurunkan konsumsi daya transceiver-nya.
Pelajari juga tentang komunikasi sinkron vs asinkron, perbedaan jaringan dan telekomunikasi, jenis-jenis jaringan dan penggunaannya, serta protokol jaringan umum dan fungsinya.