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2013-08-08 18:23:20

在传送分组时,USB应用了NRZI编码方式。

信号电平的一次反转代表1,电平不变化表示0,并且在表示完一个码元后,电压不需回到0

  不归零制编码是效率最高的编码

  缺点是存在发送方和接收方的同步问题

  单极性不归零码,无电压(也就是元电流)用来表示"0",而恒定的正电压用来表示"1"。每一个码元时间的中间点是采样时间,判决门限为半幅度电平(0.5)。也就是说接收信号的值在0.51.0之间,就判为"1",如果在O0.5之间就判为"0"码。每秒钟发送的二进制码元数称为"码速"

  双极性不归零码,"1"码和"0"码都有电流,但是"1"码是正电流,"0"码是负电流,正和负的幅度相等,故称为双极性码。此时的判决门限为零电平,接收端使用零判决器或正负判决器,接收信号的值若在零电平以上为正,判为"1";若在零电平以下为负,判为"0"码。

  以上两种编码,都是在一个码元的全部时间内发出或不发出电流(单极性),以及发出正电流或负电流(双极性)。每一位编码占用了全部码元的宽度,故这两种编码都属于全宽码,也称作不归零码NRZ (Non Return Zero)。如果重复发送"1",势必要连续发送正电流;如果重复发送"0",势必要连续不送电流或连续发送负电流,这样使某一位码元与其下一位码元之间没有间隙,不易区分识别。归零码可以改善这种状况。

 


RZ,NRZNRZI编码解释

        RZ 编码(Return-to-zero Code),即归零编码
            在 RZ 编码中,正电平代表逻辑 1,负电平代表逻辑 0,并且,每传输完一位数据,信号返回到零电平,

        也就是说,信号线上会出现 3 种电平:正电平、负电平、零电平:
        

        从图上就可以看出来,因为每位传输之后都要归零,所以接受者只要在信号归零后采样即可,这样就不在需要单独的时钟信号。
        实际上,RZ 编码就是相当于把时钟信号用归零编码在了数据之内。这样的信号也叫做自同步(self-clocking)信号。
        
这样虽然省了时钟数据线,但是还是有缺点的,因为在 RZ 编码中,大部分的数据带宽,都用来传输“归零”而浪费掉了。
        
那么,我们去掉这个归零步骤,NRZ 编码(Non-return-to-zero Code)就出现了,和 RZ 的区别就是 NRZ 是不需要归零的:
        NRZ 编码(Non-return-to-zero Code),不归零编码。

        

    这样,浪费的带宽又回来了,不过又丧失宝贵的自同步特性了,貌似我们又回到了原点,其实这个问题也是可以解决的,不过待会儿再讲,先看看什么是 NRZI:

    
NRZI 编码(Non-Return-to-Zero Inverted Code)和 NRZ 的区别就是 NRZI 用信号的翻转代表一个逻辑,信号保持不变代表另外一个逻辑。

    
USB 传输的编码就是 NRZI 格式,在 USB 中,电平翻转代表逻辑 0电平不变代表逻辑1NRZI 遇 0 翻转遇 1 不变):

        
                    
        翻转的信号本身可以作为一种通知机制,而且可以看到,即使把 NRZI 的波形完全翻转,所代表的数据序列还是一样的,
        对于像 USB 这种通过差分线来传输的信号尤其方便.

现在再回到那个同步问题:
        的确,NRZ 和 NRZI 都没有自同步特性,但是可以用一些特殊的技巧解决。比如,先发送一个同步头,内容是 0101010 的方波,让接受者通过这个同步头计算出发送者的频率,然后再用这个频率来采样之后的数据信号,就可以了。
        
在 USB 中,每个 USB 数据包,最开始都有个同步域(SYNC),这个域固定为 0000 0001,这个域通过 NRZI 编码之后,就是一串方波(复习下前面:NRZI 遇 0 翻转遇 1 不变),接受者可以用这个 SYNC 域来同步之后的数据信号。
        
此外,因为在 USB 的 NRZI 编码下,逻辑 0 会造成电平翻转,所以接受者在接受数据的同时,根据接收到的翻转信号不断调整同步频率,保证数据传输正确.
        
但是,这样还是会有一个问题,就是虽然接受者可以主动和发送者的频率匹配,但是两者之间总会有误差。假如数据信号是 1000 个逻辑1,经过 USB 的 NRZI 编码之后,就是很长一段没有变化的电平,在这种情况下,即使接受者的频率和发送者相差千分之一,就会造成把数据采样成 1001 个或者 999 个 1了。
        
        
USB 对这个问题的解决办法,就是强制插 0,也就是传说中的 bit-stuffing,如果要传输的数据中有 7 个连续的 1,发送前就会在第 6 个 1 后面强制插入一个 0,让发送的信号强制出现翻转,从而强制接受者进行频率调整。接受者只要删除 6 个连续 1 之后的 0,就可以恢复原始的数据了。
        
        
既然说编码,那就顺便把另一种极常用的编码也说一下把:曼彻斯特编码
        
曼彻斯特( Manchester )码是一种双相码。用高电平到低电平的转换边表示 0 ,而用低电平到高高电平的转换边表示 1 。

    注:以上关于电平的表示,具体环境或者不同教材给出的规定可能不同,但是原理相同!

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给主人留下些什么吧!~~

sanqima2016-11-26 13:40:54

很好的讲解,值得一看。