Самосинхрунизирующийся скремблер

Для рассеивания мощности дискретных составляющих и разрушения однородных серий единиц или нулей используется преобразование исходного двоичного сигнала с любыми статистическими свойствами в рандомизированный сигнал, то есть в сигнал, у которого последовательность единиц и нулей меняется по случайному или псевдослучайному закону, а вероятности появления единиц и нулей примерно одинаковы.

Такое преобразование называется скремблированием (от англ. to scramble -перемешивать). Скремблирование может рассматриваться как операция посимвольного кодирования без внесения избыточности и осуществляться двумя способами в устройстве, называемом скремблером.

Рис. 2.17

Различают два вида скремблеров: самосинхронизирующиеся (рис. 2.17) и с принудительной синхронизацией или аддитивный скремблер.

Особенностью самосинхронизирующегося скремблера является то, что он управляется скремблированной последовательностью, то есть той, которая идет в канал.

Скремблированная последовательность записывается в регистры сдвига скремблера и дескремблера, устанавливая их в единичное состояние. При потере синхронизма между скремблером и дескремблером время восстановления синхронизма не превышает числа тактов, равного числу ячеек регистра скремблера.

На приемной стороне выделение исходной последовательности происходит путем сложения по модулю 2 принятой скремблированной последовательности с ПСП регистра. Например, для схемы рис. 2.17 входная последовательность a_k с помощью скремблера в соответствии с соотношением

(2.62)

преобразуется в посылаемую двоичную последовательность c_k. В приемнике из этой последовательности таким же регистром сдвига, как на приеме, формируется последовательность a’_k:

(2.63)

Эта последовательность на выходе дескремблера идентична первоначальной последовательности a_k, что легко проверяется при преобразовании (2.62) к виду

(2.64)

и сравнении (2.64) с (2.63).

Как следует из (2.63) и принципа действия схемы (рис.2.17), при одной ошибке в последовательности c_k ошибочными получаются также последующие символы (в данной случае шестой и седьмой символы). В общем случае влияние ошибочно принятого символа будет сказываться (α+1) раз, где α-число обратных связей. Таким образом, самосинхронизирующийся скремблер обладает свойством размножения ошибок. Данный недостаток ограничивает число обратных связей в регистре: практически это число не превышает α=2, то есть полином регистра является триномом вида xⁿ+λⁱ+1. Второй недостаток самосинхронизирующегося скремблера связан с возможностью появления на его выходе при определенных условиях так называемых «критических ситуаций», когда выходная последовательность приобретает периодический характер с длиной периода, меньшим длины ПСП. Чтобы предотвратить это, в скремблере и дескремблере согласно рекомендациям МККТТ предусматриваются специальные дополнительные схемы контроля, которые выявляют наличие периодичности элементов на входе и нарушают ее.

Таким образом, скремблированный сигнал обладает следующими преимуществами:

1. Так как скремблирование исходного сигнала производится без преобразования его в другой вид, то скремблированный сигнал является универсальным. Универсальность заключается в возможности сквозной передачи рандомизированного сигнала по сети связи через любые, в том числе двухпозиционные, цифровые тракты (в системах радиорелейной, спутниковой связи) без промежуточных преобразований.

2. Скремблированный сигнал является близким к случайному с биноминальным распределением вероятностей появления комбинаций символов (при равновероятном появлении символов 1 и 0), то есть рандомизация произвольного информационного сигнала.

В отличие от сигналов с произвольными статистическими параметрами, где вероятность появления символа и групп символов может быть произвольной, в случайном двоичном сигнале с биноминальным распределением вероятность появления любой комбинации, в том числе и комбинации, содержащей серию нулей, непроизвольна, а подчиняется биноминальному закону, то есть определяется вероятностью появления одного символа в данной серии. Поэтому в скремблированном сигнале появление любых комбинаций, в том числе длинных серий нулей, предсказуемо.

Предсказуемость появления любой комбинации в скремблированном сигнале позволяет сравнительно просто произвести расчет выделителей тактовой частоты регенераторов.

3. Рандомизация цифрового сигнала при скремблировании изменяет структуру его спектра и временные характеристики, то есть в спектре сигнала рассеиваются мощные дискретные спектральные составляющие, а в самом сигнале разрушаются однородные серии символов, что приводит к улучшению надежности работы системы тактовой синхронизации.

4. При подаче на вход скремблера длинной однородной серии символов (единиц и нулей) возможно осуществлять контроль тракта передачи при отсутствии информационного сигнала.

5. Рандомизация существенно уменьшает влияние статистических параметров входного цифрового сигнала на фазовое дрожание (фазовый джиттер).