Невозврат к нулю

Двоичный сигнал кодируется с использованием прямоугольной амплитудно-импульсной модуляции с полярным NRZ(L) или полярным кодом без возврата к нулевому уровню.

В телекоммуникациях без возврата к нулю ( NRZ ) линейный код представляет собой двоичный код, в котором единицы представлены одним значимым условием , обычно положительным напряжением, а нули представлены каким-либо другим значимым условием, обычно отрицательным напряжением. без какого-либо другого нейтрального состояния или состояния покоя.

Для заданной скорости передачи данных , т. е. скорости передачи данных , код NRZ требует только половины полосы пропускания основной полосы , требуемой манчестерским кодом (полоса пропускания та же самая). Импульсы в NRZ имеют больше энергии, чем код возврата в ноль (RZ), который также имеет дополнительное состояние покоя помимо условий для единиц и нулей.

При использовании для представления данных в схеме асинхронной связи отсутствие нейтрального состояния требует других механизмов для синхронизации битов, когда отдельный тактовый сигнал недоступен. Поскольку NRZ по своей сути не является сигналом самосинхронизации , необходимо использовать некоторую дополнительную технику синхронизации, чтобы избежать проскальзывания битов ; примерами таких методов являются ограничение на длину серии и сигнал параллельной синхронизации.

Варианты

NRZ может относиться к любому из следующих кодов строк сериализатора :

Код имя	Альтернативный имя	Полное имя	Описание
НРЗ(Л)	НРЗЛ	Уровень невозврата к нулю	Представляется как необработанные двоичные биты без какого-либо кодирования. Обычно двоичная 1 соответствует высокому логическому уровню, а двоичный 0 соответствует низкому логическому уровню. Отображение обратной логики также является разновидностью кода NRZ(L).
NRZ(I)	НРЗИ	Инвертированный без возврата к нулю	Относится к коду NRZ(M) или NRZ(S).
НРЗ(М)	НРЗМ	Невозврат к нулевой отметке	Сопоставление сериализатора {0: константа, 1: переключение}.
NRZ(S)	НРЗС	Пространство без возврата к нулю	Сопоставление сериализатора {0: переключение, 1: константа}.
НРЗ(С)	НРЗК	Изменение без возврата к нулю

Код NRZ также можно классифицировать как полярный или неполярный , где полярный относится к отображению напряжений +V и -V, а неполярный относится к отображению напряжений +V и 0 для соответствующих двоичных значений. из 0 и 1.

Униполярный уровень без возврата к нулю

Основная статья: Униполярное кодирование

Униполярный NRZ(L) или униполярный уровень без возврата к нулю

«Единица» представляет собой смещение постоянного тока на линии передачи (обычно положительное), а «ноль» представляет собой отсутствие смещения - линия под напряжением 0 В или заземленная. По этой причине его также называют «включено-выключено». На языке часов «единица» переходит на уровень смещения или остается на нем на заднем фронте тактового сигнала предыдущего бита, тогда как «ноль» переходит на задний фронт тактового сигнала предыдущего бита или остается без смещения. Среди недостатков униполярного NRZ то, что он допускает длинные серии без изменений, что затрудняет синхронизацию, хотя это характерно не только для униполярного случая. Одно из решений — не отправлять байты без переходов. Более критичными и уникальными для униполярного NRZ являются проблемы, связанные с наличием передаваемого уровня постоянного тока – спектр мощности передаваемого сигнала не приближается к нулю на нулевой частоте. Это приводит к двум существенным проблемам: во-первых, передаваемая мощность постоянного тока приводит к более высоким потерям мощности, чем при других кодировках, и, во-вторых, наличие составляющей сигнала постоянного тока требует, чтобы линия передачи была связана по постоянному току.

Биполярный уровень невозврата к нулю

«Единица» представлена ​​одним физическим уровнем (обычно положительным напряжением), а «ноль» — другим уровнем (обычно отрицательным напряжением). Говоря языком часов, на биполярном уровне NRZ напряжение «колеблется» от положительного к отрицательному на заднем фронте тактового сигнала предыдущего бита.

Примером этого является RS-232 , где «единица» соответствует от –12 В до –5 В, а «ноль» — от +5 В до +12 В.

Пространство без возврата к нулю

Пространство без возврата к нулю

Энкодер для NRZS, переключить на ноль

«Единица» представляет собой отсутствие изменений на физическом уровне, а «ноль» представляет собой изменение на физическом уровне. На языке часов переход уровня происходит по заднему фронту тактового сигнала предыдущего бита, что представляет собой «ноль».

Это «изменение на ноль» используется в системах управления каналом передачи данных высокого уровня и USB . Оба они позволяют избежать длительных периодов отсутствия переходов (даже если данные содержат длинные последовательности из 1 бита) за счет использования вставки нулевых битов . Передатчики HDLC вставляют 0 бит после 5 последовательных битов 1 (кроме случаев передачи разделителя кадра «01111110»). USB-передатчики вставляют бит 0 после 6 последовательных битов 1. Приемник на дальнем конце использует каждый переход — как от нулевых битов данных, так и от дополнительных нулевых битов, не относящихся к данным, — для поддержания тактовой синхронизации. В противном случае получатель игнорирует эти 0-биты, не относящиеся к данным.

Инвертированный без возврата к нулю

Пример кодировки NRZI, переход на 1

Противоположное соглашение, переход на 0

Энкодер для НРЗ-М, включить один

Невозврат к нулю, инвертированный ( НРЗИ , также известный как невозврат к нулю IBM , запретить код , или код IBM ) был разработан Брайоном Э. Фелпсом ( IBM ) в 1956 году. Это метод преобразования двоичного . сигнала в физический сигнал для передачи по некоторой среде передачи Двухуровневый сигнал NRZI различает биты данных по наличию или отсутствию перехода на границе тактового сигнала. Сигнал, закодированный NRZI, может быть однозначно декодирован после прохождения пути передачи данных, который не сохраняет полярность.

Какое значение бита соответствует переходу, на практике варьируется, NRZI одинаково применим к обоим. Магнитное хранилище обычно использует соглашение о метке без возврата к нулю NRZ-M : логическая 1 кодируется как переход, а логический 0 кодируется как отсутствие перехода. Протоколы HDLC NRZ-S соглашение о и Universal Serial Bus используют противоположное невозврате к нулю : логический 0 означает переход, а логическая 1 — отсутствие перехода. Никакое кодирование NRZI не гарантирует, что закодированный битовый поток имеет переходы.

Асинхронный приемник использует независимый битовый тактовый сигнал, который синхронизируется по фазе путем обнаружения переходов битов. Когда асинхронный приемник декодирует блок битов без перехода, длина которого превышает период разницы между частотой тактовых импульсов передачи и приема, тактовый сигнал декодера либо на 1 бит раньше, чем у кодера, что приводит к вставке дублированного бита в поток декодированных данных или тактовая частота декодера на 1 бит позже, чем у кодера, в результате чего дублированный бит удаляется из потока декодированных данных. Оба называются «сдвигом битов», что означает, что фаза тактового сигнала сдвинулась на битовый период.

Принудительные переходы с интервалами, меньшими, чем период разницы тактовых импульсов, позволяют использовать асинхронный приемник для потоков битов NRZI. Дополнительные переходы обязательно потребляют часть пропускной способности канала данных. Использование пропускной способности канала не больше, чем необходимо для поддержания тактовой синхронизации без увеличения затрат, связанных со сложностью, является проблемой, имеющей множество возможных решений.

Кодировки с ограничением длины серии (RLL) использовались для магнитных дисков и ленточных запоминающих устройств с использованием кодов RLL с фиксированной скоростью, которые увеличивают скорость передачи данных по каналу на известную долю скорости информационных данных. HDLC и USB используют вставку битов : вставку дополнительного 0 бита перед кодированием NRZ-S для принудительного перехода в закодированной последовательности данных после 5 (HLDC) или 6 (USB) последовательных битов 1. Вставка битов потребляет пропускную способность канала только при необходимости, но приводит к переменной скорости передачи данных.

Синхронизированный невозврат к нулю

Синхронизированная NRZI ( SNRZI ) и запись с групповым кодированием ( GCR ) являются модифицированными формами NRZI. В SNRZI-M каждая 8-битная группа расширяется до 9 бит на 1, чтобы вставить переход для синхронизации.

Сравнение с возвратом к нулю

Возврат к нулю описывает линейный код , используемый в телекоммуникациях , в котором сигнал падает (возвращается) до нуля между каждым импульсом . Это происходит, даже если в сигнале встречается несколько последовательных нулей или единиц. Сигнал является самосинхронизирующимся . Это означает, что отдельный тактовый сигнал не нужно отправлять вместе с сигналом, но он страдает от использования вдвое большей полосы пропускания для достижения той же скорости передачи данных по сравнению с форматом без возврата к нулю.

Ноль при состоянием покоя, таким как нулевая амплитуда при импульсно-амплитудной модуляции (PAM), нулевой фазовый сдвиг между каждым битом является нейтральным или фазовой манипуляции (PSK) или средняя частота при частотной манипуляции (FSK). . Это нулевое условие обычно находится на полпути между значимым условием, представляющим 1 бит, и другим значимым условием, представляющим 0 бит.

Хотя возврат к нулю содержит условия для синхронизации, он все же может иметь составляющую постоянного тока, приводящую к отклонению базовой линии во время длинных строк из 0 или 1 бит, точно так же, как невозврат к нулю в линейном коде.

См. также

• Универсальный асинхронный приемник-передатчик

Дальнейшее чтение

• Брей, Барри (2006). Микропроцессоры Intel . Колумбус: Пирсон Прентис Холл . ISBN  0-13-119506-9 .
• Савард, Джон Дж. Г. (2018) [2006]. «Цифровая магнитная запись» . четырехблок . Архивировано из оригинала 2 июля 2018 г. Проверено 16 июля 2018 г.
• Уоткинсон, Джон (1990). «3.7. Рандомизированный НРЗ». Кодирование для цифровой записи . Стоунхэм, Массачусетс, США: Focal Press . стр. 64–65. ISBN  0-240-51293-6 . ISBN   978-0-240-51293-8 .
• Махмуд А.А., Ахмед М. (2014), Сравнительное исследование динамических характеристик модуляции лазерных диодов с использованием битовых форматов RZ и NRZ , Международный журнал численного моделирования: электронные сети, устройства и поля , стр. 138-152. {{citation}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/jnm.1905

Внешние ссылки

• CodSim 2.0: симулятор с открытым исходным кодом для модели передачи цифровых данных в Университете Малаги, написанный на HTML.

В этой статье использованы общедоступные материалы из Федеральный стандарт 1037C . Управление общего обслуживания . Архивировано из оригинала 22 января 2022 г. (в поддержку MIL-STD-188 ).