NRZ Non-Return-to-Zero 不歸零
Non Return to Zero -- 不歸零碼
不歸零碼(NRZ)
數(shù)字信號(hào)可以直接采用基帶傳輸,所謂基帶就是指基本頻帶�；鶐鬏斁褪窃诰�路中直接傳送數(shù)字信號(hào)的電脈沖,這是一種最簡(jiǎn)單的傳輸方式,近距離通信的局域網(wǎng)都采用基帶傳輸。
基帶傳輸時(shí),需要解決數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)表示以及收發(fā)兩端之間的信號(hào)同步問(wèn)題。對(duì)于傳輸數(shù)字信號(hào)來(lái)說(shuō),最簡(jiǎn)單最常用的方法是用不同的電壓電平來(lái)表示兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)字,也即數(shù)字信號(hào)由矩形脈沖組成。按數(shù)字編碼方式，可以劃分為單極性碼和雙極性碼，單極性碼使用正（或負(fù)）的電壓表示數(shù)據(jù)；雙極性碼是三進(jìn)制碼，1為反轉(zhuǎn)，0為保持零電平。根據(jù)信號(hào)是否歸零，還可以劃分為歸零碼和非歸零碼，歸零碼碼元中間的信號(hào)回歸到0電平，而非歸零碼遇1電平翻轉(zhuǎn)，零時(shí)不變。常見的幾種基本的數(shù)字信號(hào)脈沖編碼方案如下：
單極性不歸零碼,無(wú)電壓(也就是元電流)用來(lái)表示"0",而恒定的正電壓用來(lái)表示"1"。每一個(gè)碼元時(shí)間的中間點(diǎn)是采樣時(shí)間,判決門限為半幅度電平(即0.5)。也就是說(shuō)接收信號(hào)的值在0.5與1.0之間,就判為"1"碼,如果在O與0.5之間就判為"0"碼。每秒鐘發(fā)送的二進(jìn)制碼元數(shù)稱為"碼速"。
雙極性不歸零碼,"1"碼和"0"碼都有電流,但是"1"碼是正電流,"0"碼是負(fù)電流,正和負(fù)的幅度相等,故稱為雙極性碼。此時(shí)的判決門限為零電平,接收端使用零判決器或正負(fù)判決器,接收信號(hào)的值若在零電平以上為正,判為"1"碼;若在零電平以下為負(fù),判為"0"碼。
以上兩種編碼,都是在一個(gè)碼元的全部時(shí)間內(nèi)發(fā)出或不發(fā)出電流(單極性),以及發(fā)出正電流或負(fù)電流(雙極性)。每一位編碼占用了全部碼元的寬度,故這兩種編碼都屬于全寬碼,也稱作不歸零碼NRZ (Non Return Zero)。如果重復(fù)發(fā)送"1"碼,勢(shì)必要連續(xù)發(fā)送正電流;如果重復(fù)發(fā)送"0"碼,勢(shì)必要連續(xù)不送電流或連續(xù)發(fā)送負(fù)電流,這樣使某一位碼元與其下一位碼元之間沒(méi)有間隙,不易區(qū)分識(shí)別。歸零碼可以改善這種狀況。
單極性歸零碼,當(dāng)發(fā)"1"碼時(shí),發(fā)出正電流,但持續(xù)時(shí)間短于一個(gè)碼元的時(shí)間寬度,即發(fā)出一個(gè)窄脈沖;當(dāng)發(fā)"0"碼時(shí),仍然完全不發(fā)送電流,所以稱這種碼為單極性歸零碼。
雙極性歸零碼,其中"1"碼發(fā)正的窄脈沖,"0"碼發(fā)負(fù)的窄脈沖,兩個(gè)碼元的間隔時(shí)間可以大于每一個(gè)窄脈沖的寬度,取樣時(shí)間是對(duì)準(zhǔn)脈沖的中心。
非歸零碼在傳輸中難以確定一位的結(jié)束和另一位的開始,需要用某種方法使發(fā)送器和接收器之間進(jìn)行定時(shí)或同步;歸零碼的脈沖較窄,根據(jù)脈沖寬度與傳輸頻帶寬度成反比的關(guān)系,因而歸零碼在信道上占用的頻帶就較寬。
單極性碼會(huì)積累直流分量,這樣就不能使用變壓器在數(shù)據(jù)通信設(shè)備和所處環(huán)境之間提供良好絕緣的交流藕合,直流分量還會(huì)損壞連接點(diǎn)的表面電鍍層;雙極性碼的直流分量大大減少,這對(duì)數(shù)據(jù)傳輸是很有利的。
從以上討論中可以發(fā)現(xiàn),基帶傳輸?shù)牧硪粋�(gè)重要問(wèn)題就是同步問(wèn)題。接收端和發(fā)送端發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)序列在時(shí)間上必須取得同步,以便能準(zhǔn)確地區(qū)分和接收發(fā)來(lái)的每位數(shù)據(jù)。這就要求接收端要按照發(fā)送端所發(fā)送的每個(gè)碼元的重復(fù)頻率及起止時(shí)間來(lái)接收數(shù)據(jù),在接收過(guò)程中還要不斷校準(zhǔn)時(shí)間和頻率,這一過(guò)程稱為同步過(guò)程。在計(jì)算機(jī)通信與網(wǎng)絡(luò)中,廣泛采用的同步方法有位同步法和群同步法兩種。
1、位同步
位同步使接收端對(duì)每一位數(shù)據(jù)都要和發(fā)送端保持同步。在數(shù)據(jù)通信中,習(xí)慣于把位同步稱為"同步傳輸"。實(shí)現(xiàn)位同步的方法可分為外同步法和自同步法兩種。在外同步法中,接收端的同步信號(hào)事先由發(fā)送端送來(lái),而不是自己產(chǎn)生也不是從信號(hào)中提取出來(lái)。即在發(fā)送數(shù)據(jù)之前,發(fā)送端先向接收端發(fā)出一串同步時(shí)鐘脈沖,接收端按照這一時(shí)鐘脈沖頻率和時(shí)序鎖定接收端的接收頻率,以便在接收數(shù)據(jù)的過(guò)程中始終與發(fā)送端保持同步。
自同步法是指能從數(shù)據(jù)信號(hào)波形中提取同步信號(hào)的方法。典型例子就是著名的曼徹斯特編碼,這種編碼通常用于局域網(wǎng)傳輸。在如下圖所示的曼徹斯特編碼方式中,每一位的中間有一跳變,位中間的跳變既作為時(shí)鐘信號(hào),又作為數(shù)據(jù)信號(hào):從高到低的跳變表示"1",從低到高的跳變表示"0"。
圖1
另外,還有一種差分曼徹斯特編碼,這種編碼每位中間的跳變僅提供時(shí)鐘定時(shí),而用每位開始時(shí)有無(wú)跳變表示"0"或"1",有跳變表示"0",無(wú)跳變表示"1"。由此可見,兩種曼徹斯特編碼方法都是將時(shí)鐘和數(shù)據(jù)包含在信號(hào)流中,在傳輸代碼信息的同時(shí),也將時(shí)鐘同步信號(hào)一起傳輸?shù)綄?duì)方,所以這種編碼也稱為自同步編碼。
從曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼的脈沖波形中可以看出,這兩種雙極型編碼的每一個(gè)碼元都被調(diào)制成兩個(gè)電平,所以數(shù)據(jù)傳輸速率只有調(diào)制速率的1/2,也即對(duì)信道的帶寬有更高的要求。但它們具有自同步能力和良好的抗干擾性能,在局域網(wǎng)中仍被廣泛使用。
2、群同步
在群同步的通信系統(tǒng)中,傳輸?shù)男畔⒈环殖扇舾?群"。所謂的"群",一般是以字符為單位,在每個(gè)字符的前面冠以起始位、結(jié)束處加上終止位,從而組成一個(gè)字符序列o數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中,字符可順序出現(xiàn)在比特流中,字符與字符間的間隔時(shí)間是任意的,即字符間采用異步定時(shí),但字符中的各個(gè)比特用固定的時(shí)鐘頻率傳輸。在數(shù)據(jù)通信中,習(xí)慣于把群同步稱為"異步傳輸"。字符間的異步定時(shí)和字符中比特之間的同步定時(shí),是群同步即異步傳輸?shù)奶卣�。這種傳輸方式中,每個(gè)字符以起始位和停止位加以分隔,故也稱"起一止"式傳輸。
群同步傳輸規(guī)程中的每個(gè)字符可由下列四部分組成:
(1)1位起始位,以邏輯、"表示:
(2)5~8位數(shù)據(jù)位,即要傳輸?shù)淖址麅?nèi)容;
(3)1位奇/偶檢驗(yàn)位,用于檢錯(cuò),該部分可以不選;
(4)1~2位停止位,以邏輯"1"表示,用以作字符間的間隔。
群同步的字符格式見圖2。由圖中可以看出,群同步是靠起始位(邏輯"0")和停止位(邏輯"1")來(lái)實(shí)現(xiàn)字符的定界及字符內(nèi)比特的同步的。接收端靠檢測(cè)鏈路上由空閑位或前一字符停止位(均為邏輯"1")到該字符起始位的下降沿來(lái)獲知一個(gè)字符的開始,然后按收、發(fā)雙方約定的時(shí)鐘頻率對(duì)約定的字符比特?cái)?shù)(5~8位)進(jìn)行逐位接收,最后以約定算法(奇/偶校驗(yàn)法)進(jìn)行差錯(cuò)檢測(cè),完成一個(gè)字符的傳輸。發(fā)送器和接收器中近似于同一頻率的兩個(gè)約定時(shí)鐘,在一段較短的時(shí)間內(nèi)能夠保持同步。在群同步傳輸中,起始位和停止位的作用是十分重要的。起始位指示字符的開始,并啟動(dòng)接收端對(duì)字符中比特的同步;而停止位則是作為字符之間的間隔位而設(shè)置的,沒(méi)有停止位,緊跟其后的下一字符的起始位下降沿便可能丟失。
群同步法只需保持每個(gè)字符的起始點(diǎn)同步,在群內(nèi)則按約定的頻率進(jìn)行位的接收就可以了。這種方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單,但需要添加諸如起始位、校驗(yàn)位和停止位等附加位,相對(duì)于同步傳輸來(lái)說(shuō),編碼效率和信道利用率較低,一般用于低速數(shù)據(jù)傳輸?shù)膱?chǎng)合。
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