Невозврат к нулю

This article needs additional citations for verification. Please help improve this article by adding citations to reliable sources. Unsourced material may be challenged and removed. Find sources: "Non-return-to-zero" – news · newspapers · books · scholar · JSTOR (June 2023) (Learn how and when to remove this message)

В телекоммуникациях линейный код без возврата к нулю ( NRZ ) 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 или покоящегося состояния.

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

При использовании для представления данных в асинхронной схеме связи отсутствие нейтрального состояния требует других механизмов для синхронизации битов, когда отдельный тактовый сигнал недоступен. Поскольку NRZ по своей сути не является самосинхронизирующимся сигналом , необходимо использовать некоторые дополнительные методы синхронизации для предотвращения проскальзывания битов ; примерами таких методов являются ограничение длины запуска и параллельный сигнал синхронизации.

NRZ может относиться к любому из следующих кодов строк сериализатора :

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 0 и 1.

«Единица» представлена ​​смещением постоянного тока на линии передачи (условно положительным), в то время как «ноль» представлен отсутствием смещения – линия на 0 вольт или заземлена. По этой причине это также известно как «вкл-выкл манипуляция». На языке часов «единица» переходит на смещенный уровень или остается на нем на заднем фронте тактового сигнала предыдущего бита, в то время как «ноль» переходит на смещение или остается на нем без смещения на заднем фронте тактового сигнала предыдущего бита. Среди недостатков униполярного NRZ является то, что он допускает длинные серии без изменений, что затрудняет синхронизацию, хотя это не уникально для униполярного случая. Одно из решений – не отправлять байты без переходов. Более критическими 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 другие кодировки, а во-вторых, наличие компонента сигнала постоянного тока требует, чтобы линия передачи была связана по постоянному току.

«Единица» представлена ​​одним физическим уровнем (обычно положительным напряжением), а «ноль» представлен другим уровнем (обычно отрицательным напряжением). На языке часов, в биполярном NRZ-уровне напряжение «качается» от положительного к отрицательному на заднем фронте предыдущего цикла битовой синхронизации.

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

«Единица» представлена ​​отсутствием изменений на физическом уровне, в то время как «ноль» представлен изменением на физическом уровне. На языке часов переход уровня происходит на заднем фронте тактового сигнала предыдущего бита, представляя «ноль».

Это «изменение на ноль» используется в High-Level Data Link Control и USB . Они оба избегают длительных периодов отсутствия переходов (даже когда данные содержат длинные последовательности 1 битов) с помощью вставки нулевого бита . Передатчики HDLC вставляют 0 бит после 5 смежных 1 битов (за исключением случаев передачи разделителя кадра «01111110»). Передатчики USB вставляют 0 бит после 6 последовательных 1 битов. Приемник на дальнем конце использует каждый переход — как от 0 битов в данных, так и от этих дополнительных неданных 0 битов — для поддержания синхронизации часов. В противном случае приемник игнорирует эти неданных 0 биты.

Код без возврата к нулю, инвертированный ( NRZI , также известный как код без возврата к нулю IBM , ^[1] запретный код , ^[2] или код IBM ^[2] ) был разработан Брайоном Э. Фелпсом ( IBM ) в 1956 году. ^{[2] [3]} 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 через путь данных, который не сохраняет полярность.

Какое значение бита соответствует переходу, на практике меняется, NRZI применяется в равной степени к обоим. Магнитные накопители обычно используют NRZ-M, соглашение о метках без возврата к нулю : логическая 1 кодируется как переход, а логический 0 кодируется как отсутствие перехода. Протоколы HDLC и Universal Serial Bus используют противоположное соглашение о пробелах NRZ-S, соглашение о невозврате к нулю : логический 0 является переходом, а логическая 1 — отсутствием перехода. Ни одно из кодирований NRZI не гарантирует, что закодированный поток битов будет иметь переходы.

Асинхронный приемник использует независимый битовый тактовый сигнал, синхронизированный по фазе путем обнаружения переходов битов. Когда асинхронный приемник декодирует блок битов без перехода, превышающего период разницы между частотой передающего и принимающего битовых тактовых сигналов, битовый тактовый сигнал декодера либо на 1 бит опережает кодер, что приводит к вставке дублированного бита в декодированный поток данных, либо битовый тактовый сигнал декодера на 1 бит отстает от кодера, что приводит к удалению дублированного бита из декодированного потока данных. Оба эти явления называются «проскальзыванием битов», что означает, что фаза битового тактового сигнала проскальзывает на период битов.

Принудительные переходы с интервалами короче периода разницы бит-тактов позволяют использовать асинхронный приемник для потоков битов NRZI. Дополнительные переходы обязательно потребляют часть пропускной способности канала данных. Потребление не большего объема пропускной способности канала, чем необходимо для поддержания синхронизации бит-тактов без увеличения затрат, связанных со сложностью, является проблемой со многими возможными решениями.

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

Синхронизированный NRZI ( SNRZI ) и групповая кодированная запись ( GCR ) являются модифицированными формами NRZI. ^[4] В SNRZI-M каждая 8-битная группа расширяется до 9 бит с помощью 1, чтобы вставить переход для синхронизации. ^[4]

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

Нуль между каждым битом является нейтральным или состоянием покоя, таким как нулевая амплитуда в амплитудно-импульсной модуляции (PAM), нулевой сдвиг фазы в фазовой манипуляции (PSK) или средняя частота в частотной манипуляции (FSK). Это нулевое состояние обычно находится на полпути между значимым состоянием, представляющим 1 бит, и другим значимым состоянием, представляющим 0 бит.

Хотя возврат к нулю содержит возможность синхронизации, он все равно может иметь компонент постоянного тока, приводящий к дрейфу базовой линии во время длинных строк из 0 или 1 бит, как и невозврат к нулю линейного кода.

На Викискладе есть медиафайлы по теме « Невозврат к нулю» .

• Универсальный асинхронный приёмопередатчик

• Брей, Барри (2006). Микропроцессоры Intel . Колумбус: Pearson Prentice Hall . ISBN 0-13-119506-9.
• Savard, John JG (2018) [2006]. "Цифровая магнитная запись на ленту". quadibloc . Архивировано из оригинала 2018-07-02 . Получено 2018-07-16 .
• Уоткинсон, Джон (1990). "3.7. Рандомизированный NRZ". 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 форматов бит RZ и NRZ , Международный журнал численного моделирования: электронные сети, устройства и поля , стр. 138-152.{{citation}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/jnm.1905

• CodSim 2.0: Симулятор с открытым исходным кодом для модели цифровой передачи данных в Университете Малаги, написанный на HTML

 В этой статье использованы материалы из Федерального стандарта 1037C. Администрация общих служб . Архивировано из оригинала 2022-01-22. (в поддержку MIL-STD-188 ).