非ゼロ復帰

電気通信において、非ゼロ復帰( NRZ )ライン コードは、 1 が 1 つの重要な状態(通常は正の電圧)で表され、0 が他の重要な状態 (通常は負の電圧) で表され、他の中立状態または休止状態がないバイナリ コードです。

特定のデータ信号レート、つまりビットレートの場合、NRZ コードではマンチェスター コードに必要なベースバンド帯域幅の半分しか必要ありません (パスバンド帯域幅は同じです)。NRZ のパルスは、1 と 0 の条件の他に休止状態も追加されている RZ ( Return-to-Zero ) コードよりもエネルギーが大きくなります。

非同期通信方式でデータを表す場合、ニュートラル状態が存在しないと、別のクロック信号が利用できないときにビット同期のための他のメカニズムが必要になります。NRZ は本質的に自己クロック信号ではないため、ビット スリップを回避するために追加の同期技術を使用する必要があります。このような技術の例としては、ランレングス制限制約や並列同期信号などがあります。

NRZ は、次のいずれかのシリアライザーライン コードを参照できます。

NRZ コードは、極性または非極性に分類することもできます。極性は、+V と -V の電圧へのマッピングを指し、非極性は、0 と 1 の対応するバイナリ値に対して +V と 0 の電圧マッピングを指します。

「1」は伝送ラインのDC バイアス(通常は正)で表され、「0」はバイアスがない (ラインが 0 ボルトまたは接地されている) で表されます。このため、「オンオフ キーイング」とも呼ばれます。クロック言語では、「1」は前のビットのクロックの立ち下がりエッジでバイアス レベルに遷移するか、バイアス レベルのままになりますが、「0」は前のビットのクロックの立ち下がりエッジでバイアスなしの状態に遷移するか、バイアスなしのままになります。ユニポーラ NRZ の欠点の 1 つは、変化のない長いシリーズが許容されるため同期が困難になることですが、これはユニポーラの場合に限ったことではありません。1 つの解決策は、遷移なしでバイトを送信しないことです。より重大でユニポーラ NRZ に特有の問題は、送信される DC レベルの存在に関連する問題です。送信される信号のパワー スペクトルは、ゼロ周波数でゼロに近づきません。これにより、2 つの重大な問題が発生します。1 つ目は、送信される DC 電力によって他のエンコードよりも電力損失が大きくなること、2 つ目は、DC 信号成分が存在するため、伝送ラインを DC 結合する必要があることです。

「1」は 1 つの物理レベル (通常は正の電圧) で表され、「0」は別のレベル (通常は負の電圧) で表されます。クロック言語では、バイポーラ NRZ レベルでは、電圧は前のビット クロック サイクルの終了エッジで正から負に「スイング」します。

一例としてはRS-232が挙げられます。この場合、「1」は -12 V ～ -5 V、「0」は +5 V ～ +12 V です。

「1」は物理レベルの変化がないことで表され、「0」は物理レベルの変化で表されます。クロック言語では、レベルは前のビットの後続クロック エッジで遷移して「0」を表します。

この「ゼロによる変化」は、ハイレベル データ リンク コントロールとUSBで使用されます。どちらも、ゼロ ビット挿入を使用して、長期間の無遷移 (データに長い 1 ビットのシーケンスが含まれている場合でも) を回避します。HDLC トランスミッタは、連続する 5 つの 1 ビットの後に 0 ビットを挿入します (フレーム区切り文字「01111110」を送信する場合を除く)。USB トランスミッタは、連続する 6 つの 1 ビットの後に 0 ビットを挿入します。遠端のレシーバは、データ内の 0 ビットとこれらの余分な非データ 0 ビットの両方からのすべての遷移を使用して、クロック同期を維持します。それ以外の場合、レシーバはこれらの非データ 0 ビットを無視します。

非ゼロ復帰反転（NRZI、非ゼロ復帰IBM、^[1] 禁止コード、^[2]またはIBMコード^{[2]とも呼ばれる）は、1956年に}ブライアン・E・フェルプス（IBM）によって考案されました。 ^{[2] [3]}これは、バイナリ信号を物理信号にマッピングして、何らかの伝送媒体で送信する方法です。2レベルのNRZI信号は、クロック境界での遷移の有無によってデータビットを区別します。NRZIでエンコードされた信号は、極性を保存しないデータパスを通過した後でも明確にデコードできます。

どのビット値が遷移に対応するかは実際には異なりますが、NRZI は両方に等しく適用されます。磁気ストレージでは通常、NRZ-M (非ゼロ復帰マーク規則) が使用されます。論理1 は遷移としてエンコードされ、論理 0 は遷移なしとしてエンコードされます。HDLCおよびユニバーサル シリアル バスプロトコルでは、反対のNRZ-S (非ゼロ復帰スペース規則) が使用されます。論理 0 は遷移、論理 1 は遷移なしです。どちらの NRZI エンコードでも、エンコードされたビットストリームに遷移があることは保証されません。

非同期受信機は、ビット遷移を検出することで位相同期される独立したビット クロックを使用します。非同期受信機が、送信ビット クロックと受信ビット クロックの周波数の差の周期よりも長い遷移のないビット ブロックをデコードすると、デコーダーのビット クロックがエンコーダーより 1 ビット早くなり、デコードされたデータ ストリームに重複ビットが挿入されるか、デコーダーのビット クロックがエンコーダーより 1 ビット遅くなり、デコードされたデータ ストリームから重複ビットが削除されます。どちらも「ビット スリップ」と呼ばれ、ビット クロックの位相が 1 ビット周期ずれたことを示します。

ビット クロックの差の期間よりも短い間隔で遷移を強制すると、非同期受信機を NRZI ビット ストリームに使用できるようになります。追加の遷移は必然的にデータ チャネルのレート容量の一部を消費します。複雑さに関連するコストを増やさずにビット クロックの同期を維持するために必要な以上のチャネル容量を消費しないことは、多くの可能なソリューションで問題となります。

ランレングス制限(RLL) エンコーディングは、固定レート RLL コードを使用して磁気ディスクおよびテープ ストレージ デバイスに使用され、チャネル データ レートを情報データ レートの既知の割合​​だけ増加させます。HDLC および USB は、ビット スタッフィングを使用します。これは、NRZ-S エンコーディングの前に追加の 0 ビットを挿入して、5 (HLDC) または 6 (USB) 連続 1 ビットの後にエンコードされたデータ シーケンスの遷移を強制するものです。ビット スタッフィングは、必要な場合にのみチャネル容量を消費しますが、情報データ レートは可変になります。

同期NRZI（SNRZI）とグループコード化記録（GCR）はNRZIの修正形式です。^[4] SNRZI-Mでは、同期のための遷移を挿入するために、各8ビットグループが1つずつ9ビットに拡張されます。^[4]

ゼロ復帰は、通信で使用されるライン コードで、信号が各パルス間でゼロに低下 (復帰) するものです。信号に 0 または 1 が連続して出現する場合でも、この状態が続きます。信号は自己クロッキングです。つまり、信号と一緒に別のクロックを送信する必要はありませんが、非ゼロ復帰形式と比較して、同じデータ レートを実現するために 2 倍の帯域幅が必要になります。

各ビット間のゼロは、中立または休止状態です。たとえば、パルス振幅変調(PAM) のゼロ振幅、位相シフト キーイング(PSK)のゼロ位相シフト、周波数シフト キーイング(FSK)の中間周波数などです。このゼロ状態は通常、1 ビットを表す重要な状態と 0 ビットを表す他の重要な状態の中間です。

ゼロ復帰には同期の規定が含まれていますが、ライン コードの非ゼロ復帰と同様に、0 または 1 ビットの長い文字列中に ベースライン ワンダーを引き起こす DC 成分が含まれる場合があります。

ウィキメディア・コモンズには、非ゼロ復帰に関連するメディアがあります。

• ユニバーサル非同期受信機-送信機

• Brey, Barry (2006)。『Intel マイクロプロセッサ』。コロンバス: Pearson Prentice Hall。ISBN 0-13-119506-9。
• Savard, John JG (2018) [2006]. 「デジタル磁気テープ録音」. quadibloc . 2018-07-02にオリジナルからアーカイブ。2018-07-16に取得。
• Watkinson, John (1990)。「3.7. ランダム化 NRZ」。デジタル録音のコーディング。マサチューセッツ州ストーンハム、米国: Focal Press。pp . 64–65。ISBN 0-240-51293-6. ISBN 978-0-240-51293-8 . 
• Mahmoud, AA, Ahmed, M. (2014)、RZ および NRZ ビット形式を使用したレーザーダイオードの変調動的特性の比較研究、International Journal of Numerical Modelling: E​​lectronic Networks, Devices and Fields、pp. 138–152{{citation}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/jnm.1905

• CodSim 2.0: HTML で書かれたマラガ大学のデジタル データ通信モデルのオープン ソース シミュレーター

 この記事には、連邦規格 1037Cのパブリック ドメイン マテリアルが組み込まれています。一般調達局。2022 年 1 月 22 日にオリジナルからアーカイブされました。( MIL-STD-188 をサポート)。