Problem z Ciągłymi Sygnałami

Proste kody liniowe, takie jak NRZ (Non-Return-to-Zero), są łatwe w implementacji, ale cierpią na poważną wadę: długa, nieprzerwana sekwencja identycznych bitów ($11111111$) tworzy stały poziom napięcia na linii. Przy braku zmian w sygnale odbiornik może stracić swój wzorzec czasowy, co jest zjawiskiem znanym jako utrata synchronizacji.

Kodowanie z powrotem do zera (Return-to-Zero - RZ) zostało opracowane, aby rozwiązać ten właśnie problem, poprzez wymuszenie zmiany w sygnale podczas każdego bitu, który niesie energię.

Jak Działa Kod RZ Unipolarny

Najprostszym wariantem jest RZ unipolarny. Modyfikuje on sygnał NRZ, sprawiając, że impuls dla logicznej "1" trwa tylko przez część czasu trwania bitu, zazwyczaj przez połowę. Po impulsie sygnał "wraca do zera" na pozostałą część okresu bitowego.

Zasady Kodowania

Sygnały reprezentujące symbole są zdefiniowane następująco, gdzie $T$ to czas trwania bitu:

• Logiczna '1': Reprezentowana przez dodatni impuls $+V$ przez pierwszą połowę czasu trwania bitu ($0.5T$), a następnie powrót do $0V$ na drugą połowę.
  Wzór: $g_1(t) = +V \cdot \Pi(t; 0.5T)$
• Logiczne '0': Reprezentowane przez zerowy poziom napięcia przez cały czas trwania bitu.
  Wzór: $g_0(t) = 0$

Interaktywny Przykład Kodowania RZ

Widmo Sygnału RZ: Miecz Obosieczny

Unikalna struktura sygnału RZ ma głęboki wpływ na jego widmo częstotliwości, niosąc ze sobą zarówno znaczącą zaletę, jak i dużą wadę.

Analiza Widma

• Zaleta - Odzyskiwanie Zegara (++): Widmo sygnału RZ zawiera wyraźną, dyskretną linię widmową (prążek) na częstotliwości zegarowej ($f_{clk} = 1/T$). Działa to jak wbudowany „metronom”, na który obwody odbiornika mogą się łatwo nastroić za pomocą prostego filtru. To sprawia, że odzyskiwanie zegara z sygnału RZ jest znacznie bardziej niezawodne niż z sygnału NRZ.
• Wada - Zwiększona Szerokość Pasma (--): Ceną za lepszą synchronizację jest wymóg szerszego pasma. Ponieważ impulsy są krótsze (trwają połowę bitu), główny listek widmowy sygnału jest dwa razy szerszy niż w kodzie NRZ, rozciągając się do $2f_{clk}$. To czyni kodowanie RZ mniej wydajnym widmowo.
• Wada - Składowa Stała (-): Wersja unipolarna RZ posiada zależną od danych składową stałą, co może być problematyczne dla niektórych systemów transmisyjnych.
• Ograniczenie - Długie Ciągi Zer (-): Długi ciąg zer nadal generuje płaską, zerową linię, co może prowadzić do utraty synchronizacji, podobnie jak w NRZ. Bardziej zaawansowane kody, jak AMI i HDB-3, zostały stworzone, aby rozwiązać ten konkretny problem.