Duobinary
Englisch: duobinary
Bipolares Codierungsverfahren, bei dem die Einsen abwechselnd durch positive und negative Spannungen dargestellt werden.
Duobinary: alternierende Impulse, die die Bandbreite halbieren
Duobinary ist ein Leitungscode, der Binärdaten so codiert, dass aufeinanderfolgende Einsen abwechselnd als positive und negative Spannungspegel dargestellt werden, während Nullen auf Nullspannung bleiben. Dies erzeugt aus einem zweistelligen Eingangssignal ein dreistufiges Signal (positiv, null, negativ), daher rührt der Name des Verfahrens: "duo" für zwei, "binary" für die Eingangsdaten. Der wesentliche Vorteil liegt in der Spektraleffizienz: Duobinary reduziert die Bandbreiteanforderung im Vergleich zur Standard-NRZ-Codierung (Non-Return-to-Zero), was es für bandbreitenbegrenzte Kanäle wertvoll macht.
In einem Duobinary-Signal wird die erste Eins als positiver Impuls gesendet, die nächste Eins als negativer, die darauffolgende wieder als positiver und so weiter. Nullen durchlaufen mit null Volt. Diese Wechselmöglichkeit bedeutet, dass das Signal sehr wenig niederfrequente Energie enthält; das Spektrum ist um die Nyquist-Frequenz konzentriert, wodurch das Signal durch schmalere Kanäle passt. Bei gleicher Datenrate benötigt Duobinary etwa die halbe Bandbreite der Standard-Binärcodierung NRZ.
Implementierung und Einschränkungen
Die Duobinary-Codierung wird typischerweise mit einem Vorcoder gefolgt von einem digitalen Filter implementiert. Der Vorcoder wandelt die Binäreingabe in eine für den Filter geeignete Form um, der dann die Duobinary-Ausgabe erzeugt. Das Decodieren am Empfänger erfordert Schwellenwertdetektion und Fehlerkorrekturlogik, da geringes Rauschen oder ISI (Intersymbolinterferenz) das Vorzeichen eines Impulses ändern und das decodierte Bit verfälschen können. Diese Rauschempfindlichkeit ist der Hauptnachteil: Während sich die Bandbreiteneffizienz verbessert, verringert sich die Rauschtoleranz.
Frühe Telefonmodems und einige Datenübertragungssysteme nutzten Duobinary, um höhere Datenraten durch sprachgütige Leitungen mit einer Grenzfrequenz von etwa 4 kHz zu erreichen. Moderne Systeme wie DSL (Digital Subscriber Line), optische Übertragung und andere Anwendungen setzen weiterhin auf Varianten von Duobinary oder verwandte Verfahren, wenn die Bandbreite knapp ist und das Signal-Rausch-Verhältnis ausreichend ist. Es bleibt ein klassisches Beispiel dafür, wie intelligente Signalformung Rauschrobustheit gegen Spektraleffizienz eintauscht.