Non-return-to-zero

Non-return-to-zero, indicata anche con l'acronimo NRZ, è una codifica di linea utilizzata nella trasmissione digitale di dati, caratterizzata dall'utilizzo di due livelli di segnale per indicare i valori binari "0" e "1", la cui durata è pari a tutto il periodo di bit.^[1]^[2]

Descrizione

La codifica NRZ di base utilizza due livelli distinti di segnale, di cui il più elevato (tipicamente una tensione positivo) rappresenta la cifra binaria "1" e il meno elevato (tipicamente una tensione nulla o negativa) la cifra binaria "0". Il livello della codifica viene mantenuto per tutta la durata del tempo di bit $T_{b}$ , per cui all'interno di tale periodo non vi sono transizioni del segnale verso il livello zero, da cui il nome.

Da un punto di vista formale, detti $V_{0}$ e $V_{1}$ i livelli associati rispettivamente al valore "0" e al valore "1", la descrizione di ogni singolo periodo di bit si può esprimere come:^[1]

g(t)=A\,rect_{T_{b}}(t),\quad A\in \{V_{0},V_{1}\}

A questa funzione nel dominio del tempo corrisponde uno spettro $G(f)$ descritto da:

G(f)={\frac {\sin fT_{b}}{fT_{b}}}=sinc(fT_{b})

che ha il primo zero in corrispondenza di $f={\frac {1}{T_{b}}}$ e gli altri zeri in corrispondenza dei relativi multipli e ammette una componente continua.^[1]

Dato che in presenza di lunghe sequenze di "0" o di "1" la codifica NRZ base non presenta transizioni, non è affidabile per poter estrarre un sincronismo e, non introducendo nessun tipo di ridondanza, non consente la correzione di eventuali errori di trasmissione.^[3]

Varianti

Non-return-to-zero Inverted (NRZI)

Esempio di codifica NRZI

Questa codifica è stata definita nel 1956 dall'IBM.^[4]^[5] Nella codifica NRZI i valori "0" e "1" sono codificati sotto forma di "nessuna transizione" e "presenza di una transizione" rispetto al bit precedente; sono determinati quindi alla fine del periodo di bit e può essere decodificato in maniera non ambigua anche nel caso in cui le polarità non siano preservate. Esistono due sottovarianti di questa codifica:

NRZ-mark o NRZ-M, in cui la presenza di transizione codifica il valore "1" e la sua assenza il valore "0". Questa codifica viene usata per esempio nei dispositivi di memoria magnetica
NRZ-space o NRZ-S, in cui la presenza di transizione codifica il valore "0" e la sua assenza il valore "1". Questa codifica viene utilizzata per esempio dai protocolli HDLC^[6] e USB^[7]

Per quanto riguarda le lunghe sequenze di "0" e "1", nemmeno la variante NRZI consente di per sé di evitare l'assenza di transizioni. Questo problema viene in parte risolto a livello protocollare (per esempio, HDLC impone di inserire uno "0", ossia una transizione, dopo cinque "1" consecutivi; analogamente, USB impone l'inserzione dello "0" dopo sei "1" consecutivi).

Note

^ ^a ^b ^c 15.2.1 Codici di linea a banda infinita, su teoriadeisegnali.it.
^ (EN) Line Codes (PDF), in ELEX 3525 : Data Communications, p. 1.
^ (EN) RZ vs NRZ: Understanding the Differences in Line Coding Techniques, su rfwireless-world.com.
^ (EN) Dean Palmer, Section 1: Recording Systems, 1: A brief history of magnetic recording, in Bane Vasic e Erozan M. Kurtas (a cura di), Coding and Signal Processing for Magnetic Recording Systems, 1ª ed., CRC Press, 2005, pp. I-6, I-15, ISBN 0-8493-1524-7.
^ (EN) Bryon E. Phelps, IBM, Magnetic recording method, 2774646, United States Patent Office, Stati Uniti d'America [31 dicembre 1951] (18 dicembre 1956).
^ (EN) D. Fiorini, M. Chiani, V. Tralli e C. Salati, Can we trust in HDLC?, in Computer Communication Review, vol. 24, n. 5, 20 ottobre 1994, pp. 61-80, DOI:10.1145/205511.205521.
^ (EN) USB2.0 Explained With Captures and Traces, su community.infineon.com, 7 giugno 2024.

Voci correlate

Codifica Manchester

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[tds-1] 15.2.1 Codici di linea a banda infinita, su teoriadeisegnali.it.

[2] (EN) Line Codes (PDF), in ELEX 3525 : Data Communications, p. 1.

[3] (EN) RZ vs NRZ: Understanding the Differences in Line Coding Techniques, su rfwireless-world.com.

[Vasic_2005_NRZI-4] (EN) Dean Palmer, Section 1: Recording Systems, 1: A brief history of magnetic recording, in Bane Vasic e Erozan M. Kurtas (a cura di), Coding and Signal Processing for Magnetic Recording Systems, 1ª ed., CRC Press, 2005, pp. I-6, I-15, ISBN 0-8493-1524-7.

[Phelps_1956_NRZI-5] (EN) Bryon E. Phelps, IBM, Magnetic recording method, 2774646, United States Patent Office, Stati Uniti d'America [31 dicembre 1951] (18 dicembre 1956).

[6] (EN) D. Fiorini, M. Chiani, V. Tralli e C. Salati, Can we trust in HDLC?, in Computer Communication Review, vol. 24, n. 5, 20 ottobre 1994, pp. 61-80, DOI:10.1145/205511.205521.

[7] (EN) USB2.0 Explained With Captures and Traces, su community.infineon.com, 7 giugno 2024.

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