Non Return to Zero

2024-10-02T03:17:17Z

49.228.96.0: /* NRZ-M */ Wortreihenfolge

'''Non-Return-to-Zero''' und '''Non-Return-to-Zero-Inverted''', abgekürzt '''NRZ'''/'''NRZI''', vereinzelt auch als '''Wechselschrift''' bezeichnet<ref>http://www.online.uni-marburg.de/hrz/chronik/quellen/sperry-univac-magnetbandsystem-uniservo-30-1983.pdf</ref>, sind Begriffe aus der [[Digitaltechnik]] und beschreiben die einfachsten [[Leitungscodierung|Leitungscodes]] für [[Binärcode|binäre]] Signale. Im Gegensatz zum [[RZ-Code]] bestehen die beiden binären [[Symbol (Nachrichtentechnik)|Symbole]] aus konstanten Leitungszuständen (meist [[elektrische Spannung|Spannungen]]). Die Bezeichnung Non-Return-to-Zero bezieht sich dabei nicht auf einen womöglich unzulässigen Spannungswert von 0 V, sondern darauf, dass es im Gegensatz zum RZ-Code keinen dritten Spannungswert gibt, der für einen Teil einer Symboldauer angelegt wird. Eine andere Auslegung besagt, dass die Spannung in der Mitte des Bits nie auf den Wert 0 zurückfallen kann.

Von Nachteil ist, dass während der Übertragung einer längeren Folge gleicher Symbole beim Empfänger zunehmend Unsicherheit über die tatsächliche Länge der Folge entstehen kann. Es ist daher oft ein separates [[Taktsignal]] wie beim [[I2C|I2C]]-Bus nötig, bzw. eine Rahmenbildung wie bei [[EIA-232]], der Einsatz von [[Scrambler (Telekommunikation)|Scramblern]] wie beim [[Serial Digital Interface|SDI]] oder eine zusätzliche [[Run Length Limited|lauflängenbegrenzende]] [[Leitungscodierung|Leitungskodierung]] wie [[Bitstuffing]].

== NRZ ==
[[Datei:NRZ_code.png|thumb|upright=1.5|NRZ-Kodierung]]
Der NRZ-Code ordnet direkt jedem Bit-Wert einen Leitungszustand zu. Er kann ohne weiteres verwendet werden, wenn in den Nutzdaten keine langen konstanten Folgen auftreten, wie etwa bei [[ASCII]]-kodierten Texten. Die Grenze für ‘lang’ kann recht kurz sein, etwa für ein Bandlaufwerk mit [[Gleichlaufschwankung]]en.

Die NRZ-Kodierung ist im Allgemeinen auch nicht [[gleichanteil]]sfrei und damit insbesondere bei [[Datenspeicher#Magnetische Speicherung|magnetischer Datenaufzeichnung]] problematisch. Eine einfache [[galvanische Trennung]] im Signalübertragungsweg mittels [[Impulstransformator]]en ist daher auch nicht möglich.

[[UART]]s z. B. verwenden die NRZ-Kodierung.

== NRZI ==
Die '''NRZI-Kodierung''' (''Non Return to Zero Inverted'') ordnet einem der beiden Bit-Werte den bereits anliegenden Leitungszustand zu, dem anderen Bit-Wert einen Zustandswechsel (''Inversion''). Daraus ergibt sich unmittelbar die Polaritätsfreiheit: Ein Verpolen der Übertragungsleitung ändert nicht die Bitfolge.

NRZI existiert in zwei Varianten, je nachdem ob Einsen (''Mark'') oder Nullen (''Space'') einen Zustandswechsel bedingen. Wenn ''d''k die Datenfolge am Eingang und ''p''k die Pegelfolge am Ausgang darstellt, lautet die Bildungsvorschrift für NRZ-M:

:<math> p_k = d_k \oplus p_{k-1}</math>

und für NRZ-S:

:<math> p_k = \overline{d_k} \oplus p_{k-1}</math>

Darin bezeichnet der Operator <math>\oplus</math> die Modulo-2-Addition, die mit einem [[Exklusiv-Oder-Gatter]] realisiert werden kann, ''k''−1 den vorherigen Wert (etwa aus einem [[Latch]]) und der Überstrich − eine [[Negation#Die Negation in der zweiwertigen Logik|Negation]] (für NRZ-S).

Die NRZI-Kodierung kann ohne weiteres verwendet werden, falls bekannt ist, dass die Nutzdaten keine langen Folgen von Nullen (NRZ-M) bzw. Einsen (NRZ-S) aufweisen. Am Anfang und am Ende der Nutzdaten können Bits, die den Leitungszustand nicht ändern, mit einem Synchronisationsrahmen erfasst werden.

Verwendet wird NRZI bei [[Universal Serial Bus|USB]]<ref>[http://www.usb.org/developers/docs/ USB-Spezifikation] von [http://www.usb.org usb.org] </ref>, bei [[Ethernet]]<ref>[http://standards.ieee.org/getieee802/802.3.html 802.3 Spezifikation] von [http://www.ieee.org ieee.org] </ref> über Glasfaser (100BASE-FX) und bei [[Fiber Distributed Data Interface|FDDI]]. Auch bei der Aufzeichnung von Daten auf Speichermedien wie bei der [[CD-ROM]] oder bei [[Festplatten]] wird NRZI benutzt.

=== NRZ-M ===
NRZ-M (selten NRZI-M) bewirkt einen Bitwechsel bei Eins, siehe Beispiele. Eine Null bewirkt keinen Bitwechsel.

[[Datei:NRZ-I_code.png|thumb|upright=1.5|NRZ-M-Kodierung]]
[[Datei:Nrzi encoder.svg|thumb|Schaltung zur NRZ-M-Kodierung]]
{|
|Beispiel 1: ||
|-
|Datenbits (logisch): ||1 1 1 1 1 1 1 1
|-
|phys. Leitung bei Ausgangszustand „1“:||0 1 0 1 0 1 0 1
|-
|phys. Leitung bei Ausgangszustand „0“:||1 0 1 0 1 0 1 0
|}
{|
|Beispiel 2: ||
|-
|Datenbits (logisch): ||0 0 0 0 0 0 0 0
|-
|phys. Leitung bei Ausgangszustand „1“:||1 1 1 1 1 1 1 1
|-
|phys. Leitung bei Ausgangszustand „0“:||0 0 0 0 0 0 0 0
|}
{|
|Beispiel 3: ||
|-
|Datenbits (logisch): ||1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1
|-
|phys. Leitung bei Ausgangszustand „1“:||0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1
|-
|phys. Leitung bei Ausgangszustand „0“:||1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0
|}

=== NRZ-S ===
NRZ-S (selten NRZI-S) bewirkt einen Bitwechsel bei Null, siehe Beispiele. Eine Eins bewirkt keinen Bitwechsel (USB).

[[Datei:NRZ-S_code.png|thumb|upright=1.5|NRZ-S-Kodierung]]
[[Datei:Nrzi encoder 2.svg|thumb|Schaltung zur NRZ-S-Kodierung]]
{|
|Beispiel 1: ||
|-
|Datenbits (logisch): ||1 1 1 1 1 1 1 1
|-
|phys. Leitung bei Ausgangszustand „1“:||1 1 1 1 1 1 1 1
|-
|phys. Leitung bei Ausgangszustand „0“:||0 0 0 0 0 0 0 0
|}
{|
|Beispiel 2: ||
|-
|Datenbits (logisch): ||0 0 0 0 0 0 0 0
|-
|phys. Leitung bei Ausgangszustand „1“:||0 1 0 1 0 1 0 1
|-
|phys. Leitung bei Ausgangszustand „0“:||1 0 1 0 1 0 1 0
|}
{|
|Beispiel 3: ||
|-
|Datenbits (logisch): ||1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1
|-
|phys. Leitung bei Ausgangszustand „1“:||1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1
|-
|phys. Leitung bei Ausgangszustand „0“:||0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0
|}

== Siehe auch ==
* [[Modified Frequency Modulation]] (MFM)
* [[Group Coded Recording]] (GCR)

== Literatur ==
* {{Literatur
|Autor = John G. Proakis, Masoud Salehi
|Titel = Communication System Engineering
|Auflage = 2. | Verlag = Prentice Hall | Jahr = 2002 | ISBN = 0-13-095007-6 }}

== Weblinks ==
{{Commonscat|Non return to zero|Non Return to Zero}}

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Leitungscode]]

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