Signalcodierung

Der Datenstrom muß in eine Form gebracht werden, die es ermöglicht, dass sich der Originaldatenstrom nach der Übertragung eindeutig rekonstruieren lässt (Quellencodierung) und an den Übertragungskanal angepasst ist (Kanalcodierung).

Sender und Empfänger müssen ihren Codier- bzw. Decodiervorgang im gleichen Takt (synchron) steuern. Der Empfänger erkennt also den Beginn und das Ende jedes Bits.

Man könnte den Takt auf einer eigenen Leitung übertragen. Effizienter ist aber die Erkennung des Takts aus dem übertragenen Signal. Hier wird bei jedem Übergang von 0 auf 1 bzw. von 1 auf 0 erkannt, dass ein Taktzyklus abgelaufen ist. Erfolgt längere Zeit kein Bitwechsel, entsteht eine Taktabweichung. Lange Folgen von Nullen bzw. Einsen sollen daher vermieden werden. Die Anzahl von Signalwechseln pro Bit (Modulationsrate) soll möglichst gering sein. Wird eine hohe Modulationsrate benötigt, so verringert sich die Effizienz der Codierung.

RZ (Return to Zero) Codierverfahren:

Jedes 0-Bit wird mit einem Low-Signal (niedrige Spannung), jedes 1-Bit mit einem High-Signal (hohe Spannung) codiert. Nach jeder 1 wird das Bit auf Null zurückgesetzt.

NRZ (Non-Return to Zero) Codierverfahren:

Nach einer 1 wird das Bit nicht auf Null zurückgesetzt. Das heißt die Spannung bleibt erhalten. Das ermöglicht eine niedrigere obere Grenzfrequenz als RZ. Das NRZ Verfahren erlaubt eine geringe Modulationsrate: Für ein 1-Bit wird nur ein High-Signal verwendet, für ein 0-Bit ein Low-Signal. Die Nachteile von NRZ sind, dass Fehler mitunter schwer erkennbar sind und dass es zu langen 0- und 1-Bitfolgen und somit zu etwaigen Fehlern bei der Synchronisation kommt. Diese 0- bzw. 1-Bitfolgen kommen dadurch zustande, dass bei aufeinander folgenden gleichen Bits kein Signalübergang erfolgt.

NRZI (Non-Return to Zero Inverted) Codierverfahren:

Beim NRZI-Codierverfahren wird 1-Bit nicht als High-Signal sondern als Signalwechsel dargestellt. Bei einem 0-Bit erfolgt kein Wechsel. Auch das NRZI-Verfahren ermöglicht eine geringe Modulationsrate: Wie bei NRZ wird bei einem Bit kein zusätzlicher Signalübergang (z.B. für die Taktung) verwendet. Außerdem gibt es keine langen 1-Bitfolgen mehr. 0-Bitfolgen bleiben jedoch erhalten, wodurch Synchronisationsprobleme auf Empfängerseite auftreten können. Fehler sind schwer erkennbar.

Manchester:

Dieses Verfahren teilt das Signal für jeweils ein Bit in zwei Phasen. In der ersten Phase wird das Bit selbst codiert (wie bei NRZ), in der zweiten Phase erfolgt ein Signalübergang (Transition). D.h. wird ein 0-Bit dargestellt, so besteht das Signal aus einem Low-Signal gefolgt von einem High-Signal. Ein 1-Bit ist ein High-Signal mit darauffolgendem Low-Signal. Vorteile von Manchester: Weder 0-, noch 1-Bit-Folgen. Der Manchester Code ist selbsttaktend, d.h. es gibt keine Synchronisationsprobleme. Wenn über eine gewisse Zeit hinweg kein Signalwechsel aufgetreten ist, weiß man dass ein Fehler aufgetreten ist. Ein Nachteil von Manchester ist die doppelte Modulationsrate, da für jedes Bit ein zusätzlicher Übergang für den Takt hinzukommt. Nur die Hälfte der übertragenen Bits sind tatsächlich Nutzbits (Bits der ursprünglichen Nachricht). Die zweite Hälfte der Bits dient nur der Synchronisation.

Quelle: http://melville.uni-klu.ac.at:8080/greybox/

Kanalkodierungsformen