Non Return to Zero

Non-Return-to-ZeroundNon-Return-to-Zero-Inverted,abgekürztNRZ/NRZI,vereinzelt auch alsWechselschriftbezeichnet,sind Begriffe aus derDigitaltechnikund beschreiben die einfachstenLeitungscodesfürbinäreSignale. Im Gegensatz zumRZ-Codebestehen die beiden binärenSymboleaus konstanten Leitungszuständen (meistSpannungen). 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 separatesTaktsignalwie beimI²C-Bus nötig, bzw. eine Rahmenbildung wie beiEIA-232,der Einsatz vonScramblernwie beimSDIoder eine zusätzlichelauflängenbegrenzendeLeitungskodierungwieBitstuffing.

NRZ

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 beiASCII-kodierten Texten. Die Grenze für ‘lang’ kann recht kurz sein, etwa für ein Bandlaufwerk mitGleichlaufschwankungen.

Die NRZ-Kodierung ist im Allgemeinen auch nichtgleichanteilsfreiund damit insbesondere beimagnetischer Datenaufzeichnungproblematisch. Eine einfachegalvanische Trennungim Signalübertragungsweg mittelsImpulstransformatorenist daher auch nicht möglich.

UARTsz. B. verwenden die NRZ-Kodierung.

NRZI

DieNRZI-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. Wennd_kdie Datenfolge am Eingang undp_kdie Pegelfolge am Ausgang darstellt, lautet die Bildungsvorschrift für NRZ-M:

$p_{k}=d_{k}\oplus p_{k-1}$

und für NRZ-S:

$p_{k}={\overline {d_{k}}}\oplus p_{k-1}$

Darin bezeichnet der Operator$\oplus$die Modulo-2-Addition, die mit einemExklusiv-Oder-Gatterrealisiert werden kann,k−1 den vorherigen Wert (etwa aus einemLatch) und der Überstrich⁻eineNegation(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 beiUSB,beiEthernetüber Glasfaser (100BASE-FX) und beiFDDI.Auch bei der Aufzeichnung von Daten auf Speichermedien wie bei derCD-ROModer beiFestplattenwird NRZI benutzt.

NRZ-M

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

NRZ-M-Kodierung

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).

NRZ-S-Kodierung

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

• John G. Proakis, Masoud Salehi:Communication System Engineering.2. Auflage. Prentice Hall, 2002,ISBN 0-13-095007-6.

Weblinks

Commons:Non Return to Zero– Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien