Главная | Обратная связь

Скремблирование цифрового сигнала

Улучшение ЛЦС с целью упрощения устройств выделения тактовой частоты линейных регенераторов реализуется с помощью процесса, называемого скремблированием, т. е. использования пары преобразующих устройств: скремблера на передаче и дескремблера на приеме (рис. 6.9,а)

Скремблирование заключается в преобразовании исходного двоичного сигнала в сигнал, близкий к случайному, имеющему биноминальное распределение вероятностей появления (при равновероятном появлении символов 1 и 0), т. е. осуществляется рандомизация произвольного информационного сигнала.

В отличие от сигналов с произвольными статистическими параметрами, для которых вероятности появления символов и групп символов могут быть произвольными, в цифровом случайном (скремблированном) сигнале вероятность появления любой комбинации является не произвольной, а определяется в соответствии с биномиальным законом вероятностью появления одного символа и длиной серии.

Рис. 6.9. Скремблер - дескремблер

Идея скремблирования основана на том, что, как показано в табл. 6.4, выполненное дважды сложение по модулю 2 передаваемого символа с некоторым другим символом не приводит к его изменению, однако в линию вместо последовательности Х₁` передается последовательность Z, имеющая большее число единиц по сравнению с исходной последовательностью.

Таблица 6.4

Основным элементом скремблера является генератор псевдослучайной последовательности (ПСП), схема которого приведена на рис. 6.9,6, а принцип действия иллюстрируется табл. 6.3.

Пусть в начальный момент времени (№ 1) имеет место состояние ячеек памяти А, Б и В регистра сдвига 0, 0 и 1 соответственно, что можно записать как число (001)₂ = (1)₁₀ - единицу в двоичной и десятичной системах счисления. Выходной сигнал генератора ПСП равен mod2(Б, В) = = mod2(0,.l)=1.

В процессе сдвига в регистре содержимое ячейки В пропадает, содержимое ячейки Б перемещается в ячейку В, содержимое ячейки А перемещается в ячейку Б, ив ячейку А записывается выходной сигнал, т. е. 1.

Состояние генератора в такте № 2 равно (100)₂ = (4)₁₀. Из табл. 6.5 видно, что состояние генератора за 7 тактов проходит полный цикл, содержащий все возможные комбинации, кроме (000). Количество таких комбинаций составляет 2^m -1 = 7, где m = 3 - число ячеек.

Таблица 6.5

Рассмотрим пример передачи цифровой последовательности Х₁, имеющий вид 10101010 при исходном состоянии генератора ПСП схемы рис. 6.9,б, равном (001)₂. Последовательность Z в линейном тракте образуется сложением по модулю 2 последовательности Х₁ и выходного сигнала генератора ПСП (содержимое ячейки памяти А в течение тактов № 1...8). Итак, последовательность Z имеет вид 11110110. Структура последовательности непериодична.

Восстановление дескремблером переданной последовательности на приеме производится по алгоритму = mod2(Z, Y₂). Генераторы ПСП на передаче и приеме должны быть синхронизированы. Для этого применяются схемы генераторов с самосинхронизацией, недостатком которых является размножение ошибок, возникающих в цифровом линейном тракте.

К достоинствам скремблированного сигнала можно отнести:

- возможность достаточно точного расчета параметров выделителя тактовой частоты линейных регенераторов, так как может быть определена вероятность появления любой комбинации в линейном цифровом сигнале;

- универсальность, которая заключается в возможности сквозной передачи скремблированного сигнала по сети связи через любые цифровые тракты, так как скремблирование исходной двоичной последовательности осуществляется без преобразования его в другой вид, а выделение исходного сигнала производится только в приемном оборудовании оконечной станции;

- уменьшение влияния статистических параметров исходного сигнала на фазовые дрожания цифрового сигнала в линии;

- обеспечение возможности контроля качества передачи при нарушении чередования полярности импульсов при использовании скремблирования в сочетании с кодом ЧПИ.

Выбор ПСП, наиболее близкой к случайному цифровому сигналу, является достаточно сложной задачей. В качестве наиболее эффективных ПСП предлагается использовать М-последовательности периода N =2ⁿ - 1, образованные полиномами вида х¹⁵ + х¹⁴ + 1 (n = 15) или х¹⁰ + х⁹ + х⁶ + 1

(n = 10). Далее скремблированный сигнал, как новый ДВС, может быть преобразован в соответствующий код ЛЦС.

На выходе скремблера появляется новая импульсная последовательность, которая систематически связана с исходным ДВС, однако является как бы случайной, поскольку происходит разрушение длинных последовательностей 1 или 0, а также простых периодических последовательностей. Это, естественно, приводит к существенному уменьшению величины систематических фазовых дрожаний.

При установке на магистрали нескольких скремблеров возможно устранение также систематического накопления фазовых дрожаний. Отметим, однако, что если в последовательности, поступающей на вход дескремблера, появились ошибки, то при восстановлении сигнала могут возникнуть несколько ошибок.

Размножение ошибок при скремблировании несколько ограничивает область применения данного метода.