バイフェーズ符号化
バイフェーズエンコーディングの定義
バイフェーズエンコーディングは、ネットワークや物理接続などの通信媒体を介してデジタルデータを送信するために使用されるエンコーディング手法です。このエンコーディング技術は、信号の完全性を保証し、受信側でのクロック回復を容易にします。
バイフェーズエンコーディングの動作原理
バイフェーズエンコーディングでは、デジタルデータストリームの各ビットが信号レベルそのものではなく、信号の遷移で表されます。これにより、0ビットではビット期間の中間で、1ビットではビット期間の開始時に信号の遷移が発生し、またはその逆になります。この信号の遷移により、受信側はビット値を正確に判断し、クロック信号を回復することが可能になります。
バイフェーズエンコーディングは、Manchester EncodingやDifferential Manchester Encodingなど、さまざまな方法で実装できます。Manchester Encodingでは、1ビットのビット期間の中間で遷移が発生し、0ビットのビット期間の開始時に遷移が発生します。Differential Manchester Encodingでは、ビット期間の開始時の遷移が0ビットを表し、遷移がない場合が1ビットを表します。
バイフェーズエンコーディングの利点
バイフェーズエンコーディングは、デジタルデータ伝送においていくつかの利点があります：
信号の完全性の向上: 信号レベルではなく信号の遷移に依存することで、バイフェーズエンコーディングはノイズや干渉に対する感受性を低減します。これにより、厳しい通信環境でも頑丈であることを保証します。
クロック回復: バイフェーズエンコーディングにより、受信側はデータストリームからクロック信号を回復できます。タイミング情報は信号の遷移に埋め込まれているため、受信側は送信側のクロックに同期できます。
効率的な伝送: バイフェーズエンコーディングは、信号の遷移をバランスよく提供し、自己クロッキングエンコーディング方式に適しています。これは、信号の同期を維持するのに十分な遷移を保証し、位相ドリフトの可能性を低減します。
曖昧性のないデコード: バイフェーズエンコーディングは、エンコードされた信号内の各ビットに独自の表現を保証します。これにより、曖昧なデコードの可能性が排除され、受信側が送信されたデータを正確に解釈するのを容易にします。
Manchester Encodingとの関係
バイフェーズエンコーディングは、Manchester Encodingと密接に関連しています。どちらの手法も、デジタルデータ伝送におけるクロック回復と信号の識別に使用されます。バイフェーズエンコーディングは遷移を用いてビットを表しますが、Manchester Encodingは信号レベルの極性反転を使用します。
Manchester Encodingでは、ビット期間の中間で遷移が発生し、バイフェーズエンコーディングの1ビットの遷移に似ています。ただし、Manchester Encodingには、ビット期間の開始時にもう一つの遷移があり、これは反対のビット値を表します。これが遷移のバランスを確保し、クロックの回復を簡単にします。
NRZエンコーディングとの比較
NRZエンコーディング（Non-Return-to-Zeroエンコーディング）は、デジタルデータ伝送で広く使用される別のエンコーディング手法です。バイフェーズエンコーディングと異なり、NRZエンコーディングは信号レベルを使用してビットを表します。高電圧レベルが1ビットを表し、低電圧レベルが0ビットを表すことがあります。
バイフェーズエンコーディングは、NRZエンコーディングと比較して、信号の完全性とクロック回復に優れています。信号レベルではなく信号の遷移に依存することで、バイフェーズエンコーディングはノイズや干渉に対してより耐性があります。また、バランスの取れた遷移数を確保し、受信側でのクロックの回復を容易にし、位相ドリフトを低減します。
しかし、NRZエンコーディングは実装が簡単で、バイフェーズエンコーディングよりも少ない帯域幅を必要とします。ビット期間内での遷移を必要とせず、データのよりコンパクトな表現を実現します。NRZエンコーディングは、シンプルさと帯域幅効率が重要な要因とされるアプリケーションで一般的に使用されます。
バイフェーズエンコーディングの例
バイフェーズエンコーディングは、さまざまな通信技術やプロトコルで広く使用されています。いくつかの例を紹介します：
1. 磁気ストライプエンコーディング
バイフェーズエンコーディングは、クレジットカードや身分証明書などの磁気ストライプ技術でデータをエンコードするのに使用されます。エンコードされたデータは磁場の遷移で表され、磁気ストライプリーダーによって読み取られます。
2. シリアル通信プロトコル
バイフェーズエンコーディングは、RS-232やRS-485などのシリアル通信プロトコルで利用され、デバイス間の信頼性のあるデータ伝送とクロック回復を保証します。
3. Manchesterバスエンコーディング
Manchesterバスエンコーディングは、バイフェーズエンコーディングを利用したManchester Encodingのバリエーションで、自動車用途でよく使用される、例えばCAN（Control Area Network）バス通信において、頑丈でフォールトトレラントなデータ伝送を実現します。
バイフェーズエンコーディングは、通信媒体を介してデジタルデータを確実に伝送するための堅牢なエンコーディング手法です。信号の遷移を利用することで、信号の完全性を保証し、クロックの回復を促進し、送信データの曖昧さのないデコードを提供します。バイフェーズエンコーディングは、磁気ストライプ技術、シリアル通信プロトコル、自動車バス通信など、さまざまなアプリケーションで広く使用されています。データ通信および伝送の分野で働く専門家にとって、バイフェーズエンコーディングの原理と利点を理解することは必須です。