Скрэмблирование

Перемешивание данных скрэмблером перед передачей их в линию с помощью потенциального кода является другим способом логического кодирования.

Методы скрэмблирования заключаются в побитном вычислении результирующего кода на основании бит исходного кода и полученных в предыдущих тактах бит результирующего кода. Например, скрэмблер может реализовывать следующее соотнношение

Вi = Ai Å В_i-3 Å B_i-5,

где Bi — двоичная цифра результирующего кода, полученная на i-м такте скрэмблера, Ai — двоичная цифра исходного кода, поступающая на i-м такте на вход скрэмблера, В_i-3, B_i-5 — двоичные цифры результирующего кода, полученные на предыдущих тактах работы скрэмблера, соответственно на 3 и на 5 тактов ранее текущего такта, Å— операция исключающего ИЛИ (сложение по модулю 2).

Например, для исходной последовательности 110110000001 скрэмблер даст сле­дующий результирующий код:

B₁ =A₁ = 1 (первые три цифры результирующего кода будут совпадать с исход­ным, так как еще нет нужных предыдущих цифр)

B₂= А₂ = 1

B₃= А₃ =0

В₄ = A₄ Å В₁ =1Å1= 0

B₅= A₅ Å В₂ =1Å1= 0

B₆ = A₆ Å В₃Å В₁=0 Å 0 Å 1= 1

B₇ = A₇ Å В₄Å В₂ =0 Å 0 Å 1= 1

B₈ = A₈ Å В₅Å В₃ =0 Å 0 Å 0= 0

B₉ = A₉Å В₆Å В₄ =0 Å 1 Å 0= 1

B₁₀ = A₁₀ Å В₇Å В₅ =0 Å 1 Å 0= 1

B₁₁ = A₁₁ Å В₈Å В₆ =0 Å 0 Å 1= 1

B₁₂ = A₁₂ Å В₉Å В₇ =1 Å 1 Å 1= 1

Таким образом, на выходе скрэмблера появится последовательность 110001101111, в которой нет последовательности из шести нулей, присутствовавшей в исходном коде.

После получения результирующей последовательности приемник передает ее дескрэмблеру, который восстанавливает исходную последовательность на основа­нии обратного соотношения:

Ci =Bi Å В_i-3 Å B_i-5=(Ai Å В_i-3 Å B_i-5) Å В_i-3 Å B_i-5=Ai

Различные алгоритмы скрэмблирования отличаются количеством слагаемых, дающих цифру результирующего кода, и сдвигом между слагаемыми. Так, в сетях ISDN при передаче данных от сети к абоненту используется преобразование со сдвигами в 5 и 23 позиции, а при передаче данных от абонента в сеть — со сдвигами 18 и 23 позиции.

Существуют и более простые методы борьбы с последовательностями единиц, также относимые к классу скрэмблиррвания.

Для улучшения кода Bipolar AMI используются два метода, основанные на ис­кусственном искажении последовательности нулей запрещенными символами.

На рис. 1.9. показано использование метода B8ZS (Bipolar with 8-Zeros Sub­stitution) и метода HDB3 (High-Density Bipolar 3-Zeros) для корректировки кода AMI. Исходный код состоит из двух длинных последовательностей нулей: в пер­вом случае — из 8, а во втором — из 5.

Код B8ZS исправляет только последовательности, состоящие из 8 нулей. Для этого он после первых трех нулей вместо оставшихся пяти нулей вставляет пять цифр: V-1*-0-V-1*. V здесь обозначает сигнал единицы, запрещенной для данного такта полярности, то есть сигнал, не изменяющий полярность предыдущей едини­цы, 1* — сигнал единицы корректной полярности, а знак звездочки отмечает тот факт, что в исходном коде в этом такте была не единица, а ноль. В результате на 8 тактах приемник наблюдает 2 искажения — очень маловероятно, что это случилось из-за шума на линии или других сбоев передачи. Поэтому приемник считает такие нарушения кодировкой 8 последовательных нулей и после приема заменяет их на исходные 8 нулей. Код B8ZS построен так, что его постоянная составляющая равна нулю при любых последовательностях двоичных цифр.

Рис.1.9. Коды B8ZS и HDB3. V — сигнал единицы запрещенной полярности; 1* — сигнал единицы корректной полярности, но заменившей 0 в исходном коде

Код HDB3 исправляет любые четыре подряд идущих нуля в исходной последовательности. Правила формирования кода HDB3 более сложные, чем кода В8ZS. Каждые четыре нуля заменяются четырьмя сигналами, в которых имеется один сигнал V. Для подавления постоянной составляющей полярность сигнала V чередуется при последовательных заменах. Кроме того, для замены используются два образца четырехтактовых кодов. Если перед заменой исходный код содержал нечетное число единиц, то используется последовательность 000V, а если число единиц было четным — последовательность 1*00V.

Улучшенные потенциальные коды обладают достаточно узкой полосой пpoпускания для любых последовательностей единиц и нулей, которые встречают в передаваемых данных. Потенциальный код NRZ обладает хорошим спектром с одним недостатком — у него имеется постоянная составляющая. Коды, полученные из потенциального путем логического кодирования, обладают более узким спектром, чем манчестерский, даже при повышенной тактовой частоте Этим объясняется применение потенциальных из­быточных и скрэмблированных кодов в современных технологиях, подобных FDDI, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, ISDN и т. п. вместо манчестерского и биполярного импульсного кодирования.