6.3. 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 X₁ передается последовательность Z, имеющая большее число единиц по сравнению с исходной последовательностью.

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 а В регистра сдвига 0, 0 и 1 соответственно, что можно записать как число (001)₂=(1)­₁₀ - единицу в двоичной и десятичной системахсчисления. Выходной сигнал генератора ПСП равен mod2(E, В) =mod2(0,1)=1.

В процессе сдвига в регистре содержимое ячейки В пропадает, содер­жимое ячейки Б перемещается в ячейку В, содержимое ячейки А переме­щается в ячейку Б, а в 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 т = 3 - число ячеек.

Рассмотрим пример передачи цифровой последовательности X₁, имеющий вид 10101010 при исходном состоянии генератора ПСП схемы рис. 6.9,6, равном (001)₂. Последовательность Z в линейном тракте образуется сложением по модулю 2 последовательности Х\ 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 X₂=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=2²-1. образованные полиномами вида x¹⁵+x¹⁴+1(n=15) или x¹⁰+x⁹+x⁶+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 деск-ремблера, появились ошибки, то при восстановлении сигнала могут воз­никнуть несколько ошибок.

Размножение ошибок при скремблировании несколько ограничивает область применения данного метода.