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NRZ-Signal (Non-Return-to-Zero) ist bei serieller Datenübertragung ein Verfahren zur Leitungscodierung, das im Gegensatz zu einem RZ-Signal nicht in regelmäßigen Intervallen auf Nullpotential zurückfällt. Ein NRZ-Signal enthält nur die reinen binär codierten Nutzdaten, wobei Null- und Einsbits häufig durch positives und negatives Potential repräsentiert werden. Die NRZ-Codes sind die einfachsten Leitungscodes in der digitalen Übertragungstechnik.

Neben der Verwendung auf elektrischen Übertragungsleitungen ist NRZ auch relevant bei magnetischen Datenaufzeichnungsverfahren.

Inhaltsverzeichnis 1 NRZ-L 2 NRZI 2.1 NRZ-M-Kodierung 2.2 NRZ-S-Kodierung 3 Siehe auch 4 Quellen

NRZ-L

Der Begriff NRZ (Non Return to Zero) unterteilt sich in zwei Gruppen.

Die übertragenen Bits gehen eins-zu-eins in den Leitungszustand ein. So passiert es, dass bei einer langen Folge von logischen Einsen das physikalische Signal nicht auf Null zurück geht.

Der Leitungspegel wechselt ständig, z. B. beim Übertragen einer logisch Eins, (siehe weiter unten NRZI).

Das Basis-Format, das prinzipiell in allen digitalen Schaltungen vorkommt, ist die NRZ-L(Non-Return-to-Zero-Level)-Kodierung.

Nachteile:

NRZ-Signalen benötigen gegenüber RZ-Signalen zum Auslesen der Daten einen externen Taktgeber. Beispielsweise ist es möglich, dass bei einem NRZ-Signal lange 0- oder 1-Serien keinen Signalwechsel zur Synchronisation des Empfängers auslösen. Daher müssen Sender und Empfänger genau taktsynchron arbeiten oder der Takt muss mit einer weiteren Leitung mit übertragen werden, etwa wie beim I²C-Bus. Aus dem Signal selbst lässt sich kein Takt ableiten, da nicht klar ist, wo Bitgrenzen liegen. In der Praxis wird dieses Problem oft mit „Stopfbits“ (Bit-Stuffing) umgangen.

Bei langen 0- oder 1-Serien ist der durchschnittliche Gleichspannungsanteil unterschiedlich (ungleich 0). Eine einfache galvanische Trennung mittels Übertrager (nur für Wechselspannung geeignet) ist z. B. nicht möglich. Aufgrund des Gleichanteils auf der nicht idealen Leitung (enth. einen parasitären Widerstand, Induktivität und Kapazität) wird die Pegelerkennung (ob logisch Eins oder Null) je nach Vorgeschichte (z. B. 1-Serien) erschwert. Damit verringert sich der Störabstand (Abstand zwischen erkannten Nutzsignal und ungewollten Störsignalen).

Vorteile:

Gegenüber RZ-Signalen ist die Bandbreiteneffizienz höher, da das Signal nur aus Nutzdaten besteht aber keine Taktinformationen (über gezielte Signalwechsel) enthält, die Bandbreite beanspruchen.

Einfaches Verfahren das viele seriellen Schnittstellen verwenden. Unter anderem ist dies bei der populären RS232-Schnittstelle am PC der Fall.

Um lange Sequenzen mit gleichem Signalpegel zu umgehen, dienen sogenannte Stopfbits, wie es beim CAN-Bus geschieht.

NRZI

Bei der NRZI-Kodierung (Non Return to Zero Invert) unterscheidet man zwischen NRZ-M-(Non-Return-to-Zero Mark) und NRZ-S-Kodierung (Non-Return-to-Zero Space). Diese Verfahren werden hauptsächlich verwendet, damit die ansonsten schwierige Synchronisation des Empfängers auf den Bittakt besser gelingt, können diese aber nicht vollständig beheben. Mit Stopfbits kann dies wieder umgangen werden.

Verwendet wird NRZI beim USB-Bus ^[1] , bei Ethernet ^[2] über Glasfaser (100-Base-FX) und bei FDDI. Bei elektrischen Kabeln wird statt NRZ oft MLT-3 eingesetzt. Auch bei der Aufzeichnung von Daten wird NRZI benutzt. Beispiele: CD-ROM, Festplatte.

Unterschiede existieren auch in der Weise, wie der Leitungspegel beobachtet wird. Eine Möglichkeit besteht darin, dass eine Signalflanke direkt als Zustandswechsel interpretiert wird. Zustandswechsel finden in der Mitte des Bittaktes statt. Alternativ kann der Zustandswechsel auch am Anfang des Bittaktes stattfinden. Um einen Pegelwechsel zu erkennen, wird der Leitungszustand des vorhergehenden Bittaktes gespeichert.

Das Problem des initialen Leitungszustands zu Beginn einer Nachricht wird gelöst, indem die Übertragung durch einen Sync-Frame eingeleitet wird.

NRZ-M-Kodierung

NRZ-M (Non Return to Zero Mark) auch NRZI ^[3] oder NRZ1, ist eine Methode, um Bitmuster auf einer Leitung zu übertragen. Beim Übertragen einer logischen "0" wird der Status auf der physikalischen Leitung nicht verändert, beim Übertragen einer logischen "1" erfolgt ein Wechsel des Status auf der physikalischen Leitung.

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-Kodierung

NRZ-S (Non Return to Zero Space),auch Invert on Zero oder NRZI ^[4] ist eine Methode, um Bitmuster auf einer Leitung zu übertragen. Beim Übertragen einer logischen "1" wird der Status auf der physikalischen Leitung nicht verändert, beim Übertragen einer logischen "0" erfolgt ein Wechsel des Status auf der physikalischen Leitung. Das auf der physikalischen Leitung übertragene Muster ist von dem Ausgangsstatus der Leitung abhängig. NRZ-S ist das Gegenstück zu NRZ-M.

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

Return-to-Zero-Code Modulationsverfahren

• Modified Frequency Modulation (MFM)
• Group Coded Recording (GCR)

Quellen

1. ↑ USB-Spezifikation von usb.org
2. ↑ 802.3 Spezifikation von ieee.org
3. ↑ 802.3 Spezifikation von ieee.org
4. ↑ USB-Spezifikation von usb.org

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