A fizikai vonalon való átvitelnél a bitek ábrázolására több lehetőség is van, amely közül a legegyszerűbb az, mikor minden bitet, értékétől függően két feszültségszinttel ábrázoljuk. Szokásos az ―1‖ állapotot „MARK‖-nak, a 0-át
„SPACE‖-nek is nevezni. Az alábbiakban a különféle, a gyakorlatban használt lehetőségeket tekintjük át, a következők figyelembe vételével:
Ha a használt kódolás kis sávszélességű (kevés váltást tartalmaz), akkor felhasználásával több információ is átvihető egy adott kommunikációs csatornán.
Kicsi legyen a jelek egyenfeszültség összetevője, mivel a magas DC szintű jelek jobban gyengülnek, így az átviteli távolság csökken.
Legyen elég váltás a jelfeszültségben, hogy az adó és vevő közötti szinkronizáció ezen váltások segítségével, minden külön eszköz, külön vonal nélkül legyen megvalósítható.
A jelek ne legyenek polarizáltak, így kétvezetékes átvitelnél közömbös lehet a bekötés.
Röviden tekintsük át a létező megoldásokat:
Az NRZ (Non Return to Zero) nullára vissza nem térő, azaz mindig az a feszültség van a vonalon, amit az ábrázolt bit határoz meg. Ez a leginkább gyakori jelforma. (18. ábra)
18. ábra: NRZ kódolás
Ha egy bit 1-es, akkor a feszültség teljes bit idő alatt H szintű, ha 0-ás, akkor L szintű. Két vagy több egymás utáni 1-es bit esetén a feszültség megszakítás nélkül H-ban marad a megfelelő ideig, az egyesek között nem tér vissza 0-ra.
Nem túl jó megoldás, mert magas egyenfeszültség összetevője van (V/2), nagy sávszélességet igényel 0Hz-től (ha csak csupa 1-est vagy csupa 0-át tartalmaz a sorozat) az adatátviteli sebesség feléig (ha sorozat: 10101010...). Polarizált jel.
RZ (Return to Zero) nullára visszatérő. A nulla a "nyugalmi állapot", 1 bitnél a bitidő első felében a +V, a második felében a jel visszatér a 0-ra:
19. ábra: RZ kódolás
Az NRZ kódoláshoz képest vannak előnyei: egyenfeszültség összetevője csak V/4, ha az adat csupa 1-est tartalmaz, akkor is vannak jelváltások (szinkronizáció). A legrosszabb a sávszélesség igénye: az maga az adatátviteli sebesség (ha az adatfolyam csupa 1-est tartalmaz). Bárkiben felmerülhet, hogy mi a helyzet a sok nullát tartalmazó sorozat esetében, hiszen ekkor sincsenek jelváltások, azaz a szinkronizáció problémás. Ilyen esetben azt a megoldást választják, hogy az adó pl. minden öt egymást követő nulla után egy 1 értékű bitet szúr be, amit a vevő automatikusan eltávolít a bitfolyamból.
NRZI (Non Return to Zero Invertive) nullára nem visszatérő, "megszakadásos".
A 0 bitnek nulla szint felel meg. Az 1 értékű bithez vagy nulla vagy +V szint tartozik a következő szabály szerint: ha az előző 1-eshez nulla szint tartozott, akkor +V lesz, ha az előző 1-eshez +V tartozott, akkor 0 szint lesz a bithez rendelt feszültség. 0 bitet követő 1 értékű bit mindig +V feszültségű. (20. ábra)
20. ábra: NRZI kódolás
Ez a módszer az NRZ kisebb sávszélességét kombinálja a szinkronizálást biztosító kötelező jelváltásokkal, sok nulla esetén itt is használható a bitbeszúrás.
AMI (Alternate Mark Inversion) váltakozó 1 invertálás. A módszer nagyon hasonló az RZ módszerhez, de nullára szimmetrikus tápfeszültséget használ, így az egyenfeszültségű összetevője nulla. Minden 1-es-hez rendelt polaritás az előző 1-eshez rendelt ellentettje, a nulla szint jelöli a 0-át. Természetesen hosszú 0-s sorozatok esetén a szinkronizáció itt is problémás, de a bitbeszúrási módszer (ld. később!) itt is használható.
21. ábra: AMI kódolás
HDB3 (High Density Bipolar 3) nagy sűrűségű bipoláris 3. A módszer majdnem az AMI-val azonos, de a kódolásba beépítették a hosszú nulla sorozatok kezelését.
22. ábra: HDB3 kódolás
Mikor 4 egymás utáni ―0‖ bit következik, az utolsót megváltoztatjuk 000K-ra, ahol K polaritása azonos az előző 1-eshez rendelt polaritással. A két egymás utáni azonos polaritásból a vevő már tudja, hogy a második nem 1-et hanem 0-át jelöl. Így már mindig van hosszabb nulla sorozatoknál is jelváltás, de a jelnek egyenfeszültségű összetevője keletkezne. Ezt is meg lehet oldani, ha a következő 0000 sorozat első B bitjét K bitjével azonos polaritásúnak választjuk.
Mikor a vevő egy B bitet vesz, azt hiszi, hogy az 1-hez tartozik, de mikor a K bitet is veszi, a B és K azonos polaritása miatt tudni fogja, hogy azok nullákat jelöltek.
PE (Phase Encode, Manchester) Manchester kódolás. Ennél jel-átmenet, ugrás jelképezi a biteket, de itt az ugrás irányának is jelentősége van: pl. 0-1 átmenet 1-es bitet, 1-0 átmenet 0-ás bitet jelöl.
23. ábra: PE kódolás
Akkor, amikor több azonos bit követi egymást, akkor a jelnek a két bit között
"félidőben" vissza kell térnie az eredeti szintre azért, hogy a következő bit idején ugyanolyan irányú átmenet következhessen. A jel detektálásakor, visszaállításakor, az alapfrekvenciás, bit értékeket hordozó átmeneteket el kell különíteni a kétszeres frekvenciájú "hamis" átmenetektől (a mai technikában ez nem okoz nehézséget). Mivel az információt ennél a formánál is jel-átmenetek hordozzák, kiválóan alkalmas mágneses adatrögzítéshez is. Mivel minden bitnél van jelváltás, ezért a szinkronizálás nem okoz problémát. Az egyenfeszültségű összetevője nulla. A sok előnyös tulajdonsága mellett az egyetlen hátránya a gyakori jelváltások miatti nagy sávszélessége.
CDP (Conditional Diphase) feltételes kétfázisú jel. A módszer az NRZI és a PE módszerek kombinációja: ―0‖ bitet az előző bithez tartozó jelváltás azonos iránya, míg az ―1‖ bitet az előző bithez tartozó jelváltás ellentétes iránya jelzi.
Ez a módszer nem érzékeny a jel-polaritásra.
24. ábra: CDP kódolás
Több módszert mutattunk be digitális jelek kódolására: a legegyszerűbb NRZ módszertől — amit az RS232 alapú protokolloknál használnak — a PE módszeren keresztül — amit az Ethernet hálózati protokoll alkalmaz — eljutottunk a viszonylag komplikált HDB3 kódolásig, amit távbeszélő rendszerekben alkalmaznak. A sávszélesség igény, a kábelezési rendszer, az adatátviteli sebesség mind meghatározza a kódolási rendszer kiválasztását.