NRZ-Signal (Non-Return-to-Zero) ist in der Signaltheorie die Bezeichnung für ein Signal, 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.
Der Begriff NRZ (Non Return to Zero) wird unter 2 verschiedenen Gesichtspunkten verwendet.
- Bits werden eins-zu-eins übertragen, wie sie sind (Bei einer langen Folge von logischen Einsen geht das physikalische Signal nicht auf Null zurück).
- Ein Zustand, z.B. logisch Eins, führt zu einem sich ständig ändernden physikalischen Signal (siehe NRZ-Varianten).
Das Basis-Format, das prinzipiell in allen digitalen Schaltungen vorkommt, ist die NRZ-L (Non-Return-to-Zero-Level)-Kodierung
- Ein Nachteil von NRZ-Signalen gegenüber RZ-Signalen ist, dass zum Auslesen der Daten ein externer Taktgeber erforderlich ist. 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.
- Ein weiterer Nachteil ist, dass bei langen 0- oder 1-Serien der durchschnittliche Gleichspannungsanteil unterschiedlich (ungleich 0) ist. 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).
- Ein wichtiger Vorteil gegenüber RZ-Signalen ist die höhere Bandbreiteneffizienz, da das Signal nur aus Nutzdaten besteht und keine Taktinformationen (über gezielte Signalwechsel) enthalten, die Bandbreite beanspruchen.
Dieses einfache Verfahren wird bei vielen seriellen Schnittstellen z.B. bei der seriellen RS232-Übertragung, beim Versenden der Daten vom PC an den Drucker verwendet.
Der CAN-Bus verwendet Stopfbits, um lange Sequenzen mit gleichem Signalpegel zu unterbrechen.
NRZ-Varianten
Varianten dieses Verfahrens sind die NRZ-I- (Non-Return-to-Zero Invers) und die NRZ-S- (Non-Return-to-Zero Space) Kodierung. Sie werden hauptsächlich verwendet um den 1. Nachteil der Synchronisations-Schwierigkeit zu vermindern, können diesen aber nicht beheben.
Bei ihnen wechselt der Pegel, wenn eine 1 bei der Invers- oder eine 0 bei der Space-Kodierung im Signalstrom auftritt.
Verwendet wird NRZ-I beim USB, bei Ethernet über Glasfaser (100-Base-FX) und bei FDDI. Bei elektrischen Kabeln wird statt NRZ oft MLT-3 eingesetzt.
NRZ-I wird auch bei der Aufzeichnung von Daten verwendet. Beispiele: CD-ROM, Festplatte.
NRZ-I Kodierung
NRZ-I (Non Return to Zero Invers) 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 oder NRZI Kodierung
NRZ-S (Non Return to Zero Space) oder NRZI (Non Return to Zero Inverted) 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. NRZI ist die invertierte Methode zu NRZ (Non Return to Zero).
| 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 |