Kody NRZ | Teleinf Edu

Zasada działania kodu NRZ

NRZ (Non-Return-to-Zero) to jedna z najprostszych i najbardziej bezpośrednich rodzin . Nazwa „bez powrotu do zera” opisuje zasadę, według której poziom ustalony dla bitu nie wraca do zera przed końcem jego okresu. Ten poziom, na przykład dodatnie lub ujemne napięcie, jest utrzymywany przez cały czas jego trwania, oznaczany jako $T$ .

Wariant 1: NRZ unipolarny

W wersji unipolarnej, czyli jednobiegunowej, logiczna '1' jest reprezentowana przez dodatni poziom napięcia, a logiczne '0' przez poziom zerowy.

Logiczne '1' → $+V$
Logiczne '0' → $0V$

Metoda jest prosta, lecz podczas długich sekwencji jedynek wytwarza dodatnią zależną od treści danych. Niezerowa średnia jest tłumiona przez elementy sprzężenia AC, na przykład transformatory, i może utrudniać detekcję sygnału.

Wariant 2: NRZ polarny

Wersja polarna, nazywana także dwubiegunową, używa poziomów napięcia o przeciwnych polaryzacjach. W tym modelu logiczne symbole zajmują poziomy $+V$ i $-V$ .

Logiczne '1' → $+V$
Logiczne '0' → $-V$

Symetryczne poziomy dodatni i ujemny dają średnią składową stałą bliską zeru, gdy zera i jedynki występują z podobnym prawdopodobieństwem w strumieniu danych.

Analiza widmowa i ograniczenia

Wąskie widmo kodu NRZ wiąże się z ograniczeniami synchronizacji. Analiza polarnego sygnału NRZ ujawnia dwie cechy:

Wydajność widmowa: Dla niezależnych, jednakowo prawdopodobnych symboli oraz prostokątnych impulsów główny listek widma polarnego NRZ rozciąga się od składowej stałej (DC) do pierwszego zera przy częstotliwości zegarowej $f_{zegar} = 1/T$ . Zajmuje więc węższe pasmo niż kod Manchester.
Synchronizacja: Dla prostokątnych impulsów ciągła część widma mocy ma zero przy częstotliwości zegarowej. Długie serie tych samych bitów ( $1111...$ lub $0000...$ ) dodatkowo nie zawierają przejść. Odbiornik ma wtedy trudności z procesem i utrzymaniem synchronizacji. Utrata odniesienia czasowego przesuwa chwile próbkowania i powoduje błędne odczyty bitów.

Podsumowanie właściwości kodu NRZ

Zalety

Prostota: Łatwy i tani w implementacji sprzętowej.
Dobra wydajność pasma: Główny listek widma jest wąski (do $f_{zegar}$ ), co wymaga mniejszej szerokości pasma niż wiele innych kodów.

Wady

Słaba synchronizacja: Długie ciągi '0' lub '1' nie dostarczają zmian sygnału i mogą prowadzić do utraty synchronizacji.
Brak prążka zegarowego: Zero w ciągłej części widma przy częstotliwości zegarowej utrudnia odzyskanie zegara.
Obecność składowej stałej: Zależy od treści danych. Długie serie jednego bitu tworzą poziom DC, który jest problemem dla systemów ze sprzężeniem AC.

Ograniczenia NRZ dotyczą głównie składowej stałej i długich odcinków bez przejść. Kod pozostaje używany w interfejsach optycznych określonych przez ITU-T, między innymi w klasach NRZ opisanych w G.959.1. W systemach wymagających ograniczenia długich serii strumień może zostać przetworzony przez układ randomizujący (scrambler) albo przez inny schemat kodowania liniowego.