NRZ（ノンリターントゥゼロ）

NRZの定義

Non-Return-to-Zero (NRZ)、またはNon-Return-to-Zero-Level (NRZ-L)は、デジタル通信における基本的かつ広く使用されているデータエンコーディングの形式です。これはシンプルな方法で、各ビットはその持続時間中に特定の一定の電圧レベルで表されます。NRZでは、高電圧レベルが通常1ビットの値（例: 1）を表し、低電圧レベルが他の値（例: 0）を表します。

NRZの動作方法

NRZエンコーディングでは、信号の電圧レベルは各ビット時間の全体にわたってその高または低状態を維持します。信号が0または1のシーケンスを送信する必要がある場合、そのシーケンス全体の間、電圧レベルは維持されます。このビット値を電圧レベルに直接マッピングすることで、エンコーディングプロセスが単純化されます。しかし、これによりデータ伝送における潜在的な問題が発生する可能性もあります。

NRZエンコーディングの主要な制限は、同じビット値の長いシーケンスがある可能性であり、これによりDC成分の枯渇や同期問題が発生する可能性があります。信号に変化がないと、受信機がビットの境界を正確に判断し、時計を同期させるのが難しくなります。これにより、データ解釈のエラーや同期の喪失が生じる可能性があります。

予防のヒント

NRZエンコーディングの制限を克服するために、代替のエンコーディングメカニズムが開発されました。一般的なアプローチとしては以下があります：

• Manchester Encoding: Manchesterエンコーディングは、NRZの同期問題に対処するために、各ビット時間内の定期的な電圧変化を確保します。このエンコーディング方式では、各ビットは二つの等しい半分に分割されます。高から低への電圧変化が1を表し、低から高への変化が0を表します。これらの変化を強制することで、Manchesterエンコーディングは同期の維持とデータ伝送の信頼性向上に寄与します。

• Differential Manchester Encoding: Differential Manchesterエンコーディングは、絶対的な電圧レベルではなく、各ビット時間内の変化を考慮することで同期問題を解決するもう一つの方法です。このエンコーディング方式では、ビット間隔の開始時の変化がビット値を決定し、中間の変化はビット値の変化がないことを表します。これにより、各ビット間隔で変化が確保され、時計の同期が向上します。

NRZエンコーディングには制限がありますが、その単純さと実装の容易さから、さまざまなアプリケーションやプロトコルで依然として広く使用されています。ただし、通信システムやプロトコルの特定の要件を考慮し、NRZか他のエンコーディング方式がより適しているかを判断することが重要です。

関連用語

• Manchester Encoding: 各ビット時間内の定期的な電圧変化を確保することで、NRZの同期問題に対処するエンコーディングの一種です。
• Differential Manchester Encoding: 絶対的な電圧レベルではなく、各ビット時間内の変化を考慮することで同期問題を解決するエンコーディング方法です。