Cкремблирование и дескремблирование линейного сигнала

Министерство науки и образования Украины

Запорожский национальный технический университет

Кафедра радиотехники

Курсовая работа

по дисциплине "Системы передачи информации"

Выполнил ст. гр. РП711                                                              МирошниченкоА.Ю.

Руководитель                                                                                       ЗавьяловС.Н

2003

Рассмотреть принципы скремблирования идескремблирования линейного сигнала.

В данной работе рассмотрены принципы скремблирования идескремблирования линейного сигнала.

Рассмотрены методы и схемы кодирования сигнала сиспользованием скремблирования, что позволяет разровнять его спектр и тем самымснизить уровень излучаемых помех, а также сократить возможные периодыотсутствия изменений сигнала в линии, что важно для повышения надежностисинхронизации.

Задание на проект. 2

Реферат. 3

Содержание. 4

1. Способы кодирования сигнала дляуменьшения излучаемых помех при его передаче по витой паре проводов. 5

1.1. Скремблирование полярностейимпульсов. 5

1.2. Двубинарное кодирование. 8

2. Передача данных с использованиемскремблера-дескремблера. 12

2.1.Генераторы псевдослучайныхбитовых последовательностей. 12

2.2. Скремблер и дескремблер снеизолированными генераторами псевдослучайных битовых последовательностей. 13

2.3. Скремблер-дескремблер сизолированными генераторами псевдослучайных битовых последовательностей. 15

2.4. Скремблер-дескремблер снеизолированными генераторами — улучшенный вариант. 15

Список литературы.. 19

1.1. Скремблирование полярностей импульсов

Передача сигнала по линии сопровождается излучениемэнергии в окружающее пространство. Наибольшему влиянию со стороны активнойлинии подвержены соседние линии многожильного кабеля. Это влияние проявляется втом, что в них появляются помехи, обусловленные в основном индуктивными иемкостными паразитными связями между линиями.

Энергия передаваемого по линии сигнала сосредоточена внекоторой спектральной полосе. Для уменьшения влияния на соседние линиижелательно как можно более равномерно распределить энергию в этой полосе, безвыраженных спектральных пиков. Если это условие выполнено, то источник сигналаможно грубо представить в виде бесконечно большого числа генераторов разнойчастоты, причем каждый генератор имеет бесконечно малую мощность.Результирующий сигнал помехи имеет характер шума.

Однако если источник формирует сигнал, близкий кпериодическому, или, тем более, периодический, то на соседние линии вместоширокополосного шума действуют несколько сигналов или даже один сигнал, близкийпо форме к синусоидальному. Так как основная энергия сигнала уже нераспределена, а сосредоточена в нескольких или одной пиковой спектральнойсоставляющей, то амплитуда помех может превысить допустимую. Таким образом, дляуменьшения амплитуды помех, наводимых на соседние линии, следует по возможностиисключить из передаваемого сигнала выраженные периодические компоненты.

Эти компоненты могут появляться, например, в сигналахAMI, Tl или MLT-3 при передаче длинной последовательности лог. 1, как показанозатененными областями на рис. 1.

В этих областях невооруженным глазом просматриваютсяпрообразы синусоидальных сигналов, несущих основную энергию. Периоды сигналовAMI и Т1 при передаче длинной последовательности лог. 1 равны двум битовыминтервалам. Период сигнала MLT-3 равен четырем битовым интервалам.

Длинные последовательности лог. 1 можно «разрушить»применением cкpeмблиpoвaния, т.е. особой шифрации данных, после которой любыеисходные последовательности выглядят как случайные (см. п. 2.4). Для восстановленияисходных данных приемник должен выполнить обратную операцию(дескремблирование). При этом необходима синхронная работа шифратора идешифратора, что несколько усложняет задачу.

Предлагаемое в патенте США № 5.422.919 решение такжепредусматривает разрушение периодического сигнала при передаче длиннойпоследовательности лог. 1, но выполняется оно иначе. Скремблируются не данные,а полярности передаваемых по линии импульсов. В зависимости от значениянекоторого псевдослучайного бита выбирается либо положительная, либоотрицательная полярность. Приемник безразличен к полярности импульса иреагирует только на его наличие. Поэтому для восстановления данных приемнику ненужно знать вид псевдослучайной последовательности, использованной при шифрацииполярностей! Иными словами, осуществляется некое «скремблирование безпоследующего дескремблирования» (что на первый взгляд представляется лишеннымсмысла). В итоге упрощается аппаратура, предназначенная для уменьшенияизлучаемых помех.

Рис. 1. Временные диаграммы передачи данных DATA сиспользованием различных кодов;
RND — сигнал на выходе генератора псевдослучайной последовательности битов

Чтобы перейти к существу вопроса, рассмотрим временныедиаграммы, приведенные на рис. 1, более подробно.

Код NRZ (в данном случае он обозначен как NRZ(L))отображает лог. 0 и лог. 1 соответственно низким и высоким уровнями напряжения.В коде AMI лог. 0 отображается отсутствием напряжения, а лог. 1 — положительнымили отрицательным импульсом, причем полярности соседних импульсов чередуются.Код TI отличается от AMI длительностью импульса.

В коде NRZ(I) любой фронт сигнала несет информацию отом, что примыкающий к нему справа битовый интервал соответствует лог. 1. Еслифронта нет, то битовый интервал отображает лог. 0.

Код MLT-3 можно получить из кода NRZ(I) следующимобразом. В интервалах, где код NRZ(I) принимает нулевое значение, код MLT-3также должен быть нулевым. Положительные импульсы кода NRZ(I) должнысоответствовать знакочередующимся импульсам кода MLT-3. При этом не имеетзначения, какую полярность имеет первоначальный импульс.

Схема преобразования кода NRZ(L) в коды NRZ(I) и MLT-3приведена на рис. 2,а. Каждый из двух последовательно соединенных D-триггероввключен в режиме делителя частоты. На выходе Q первого триггера формируется кодNRZ(I). На входы передатчика подаются сигналы «+» и «-», которые преобразуютсясоответственно в положительные и отрицательные импульсы трехуровнего сигналаMLT-3.

Рис. 2. Упрощенные схемные решения:
а — формирователь кодов NRZ(I), MLT-3;
б — формирователь кода RND(MLT-S) с псевдослучайным чередованием полярностейимпульсов;
в — формирователь кода RND(T1) с псевдослучайным чередованием полярностейимпульсов;
г — дешифратор кода MLT-3 или RND(MLT-3)

Строго говоря, в эту и последующие схемы нужно ввестикомпенсирующие элементы для предотвращения некорректных ситуаций — такназываемых «гонок» или «состязаний» сигналов. Пример гонки: из-за того, чтовторой триггер изменяет состояние и опрашивается под действием одного и того жесигнала NRZ(l), на выходах «+» и «-» элементов И в процессе переключениятриггера будут наблюдаться кратковременные ложные импульсы. Но на эти «мелочи»сейчас не будем обращать внимания, чтобы не усложнять рисунки и не потерятьосновную идею реализации скремблирования полярностей импульсов.

Схема, показанная на рис. 2.б, отличается отпредыдущей тем, что на D-вход второго триггера (первый триггер не показан)подается псевдослучайная последовательность битов RND. При RND = 1 в моментформирования положительного фронта сигнала NRZ(I) выбирается положительнаяполярность импульса в линии, при RND = 0 — отрицательная. Последовательностьбитов RND синхронизирована сигналом CLK и формируется, например, генератором наоснове сдвигового регистра с логическими элементами Исключающее ИЛИ в цепяхобратных связей. Такое решение приводит к случайному чередованию полярностейимпульсов кода RND(MLT-3) в отличие от их регулярного чередования в коде MLT-3.Схема формирования сигнала RND(Tl), показанная на рис. 2, в, построенааналогично и отличается наличием дополнительного логического элемента И,предназначенного для укорочения положительных импульсов кода NRZ(I).

Схема, представленная на рис. 2, г, позволяетдешифрировать коды MLT-3 или RND(MLT-3), т.е. преобразовывать их в обычный кодNRZ(L). На выходе приемника формируются положительные импульсы «+» и «-»,которые соответствуют разнополярным входным сигналам. Приемник также формируетсинхросигнал CLK, например, с помощью генератора с фазовой автоподстройкойчастоты.

Логический элемент ИЛИ суммирует импульсы «+» и «-»,так что их первоначальная полярность не учитывается. В этом, пожалуй, изаключена основная предпосылка создания рассмотренного решения: полярностьимпульсов в линии может быть произвольной, так как приемник не обращает на неевнимания. А если это так, то можно случайным образом распределить полярностипередаваемых импульсов и тем самым подавить периодические составляющие сигнала.Единственное ограничение состоит в том, что для исключения постояннойсоставляющей сигнала в линии среднее число положительных и отрицательныхимпульсов в любом достаточно большом интервале времени должно быть одинаковым.Это условие в данном случае выполнено.

Таким образом, закон, по которому данные скремблировалисьпередатчиком, остается неизвестным приемнику!

Предлагаемый метод применим и к другим трехуровневымкодам, таким как B3ZS, B6ZS, HDB3.

Рассмотренные схемные решения позволяют простымисредствами уменьшить уровень помех, излучаемых на соседние витые пары проводовкабеля.

1.2. Двубинарное кодирование

Еще одно решение задачи уменьшения уровня излучаемыхпомех основано на применении двубинарного кодирования.

В схеме, показанной на рис. 3, потребитель данныхнаходится на некотором удалении от оптоволоконной линии связи. Для приемаданных потребителю выделена витая пара проводов в многожильном кабеле(рассматриваем только одно направление передачи). На выходе интерфейса FDDI(Fiber Distributed Data Interface — распределенный интерфейс передачи данных поволоконно-оптическим каналам) данные представлены кодом NRZ(I) и сопровождающимего синхросигналом CLK (см. рис. 1).

Проблема заключается в том, что непосредственнаяпередача сигнала NRZ(I) со скоростью 125 Мбит/с по витой паре проводов создаетповышенный уровень помех на соседних жилах кабеля. Ситуация усугубляется вотсутствие полезных данных, когда передается заполняющая паузу непрерывнаяпоследовательность лог. 1. Эта последовательность соответствует частоте сигналаNRZ(I), равной половине скорости передачи данных или 62,5 МГц. На этой частотесигнал легко преодолевает паразитные емкостные и индуктивные связи и наводитсяна соседние провода кабеля. Поэтому следовало бы применить какой-либодополнительный способ кодирования для снижения частоты сигнала в отсутствиеданных и разравнивания его спектра при наличии данных. Рассмотренное далеетрехуровневое двубинарное кодирование DBM (duobinary modulation) и включениезаграждающего фильтра позволяют в значительной мере снизить уровень излучаемыхпомех. По способу построения код DBM во многом схож с описанными в п. 1.1кодами MLT-3 и RND(MLT-S).

Рис. 3.Схема высокоскоростной передачи данных вдвубинарном коде с использованием витой пары проводов

Как показано на рис. 3, код NRZ(I) с выхода интерфейсаFDDI преобразуется шифратором в код DBM. Сигнал с выхода шифратора проходитчерез заграждающий R-L-C-фильтр, разравнивающий спектр сигнала, передатчик и полинии связи (витой паре проводов) поступает в приемник. Приемник выделяет изнего синхросигнал CLK и данные, представленные в коде DBM Дешифратор кода DBMформирует коды NRZ(I) и NRZ(L). Скорость передачи данных во всем трактепостоянна и равна 125 Мбит/с.

Шифратор двубинарного кода (рис. 4) содержит инвертор,логический элемент Исключающее ИЛИ (XOR), тактируемый элемент Т задержки,дешифратор DC со структурой 2x4, элемент ИЛИ, электронные ключи SW1-SW3 и дваисточника Ш и U2 посто­янного напряжения. Временные диаграммы формирования кодаDBM показаны на рис. 5.

Входной сигнал А инвертируется и поступает на первыйвход элемента XOR. Сигнал Z с выхода этого элемента задерживается на одинпериод сигнала CLK (например, с помощью D-триггера) и подается на второй входэлемента XOR. Дешифратор DC в зависимости от сочетания сигналов Z и Е формируетсигнал на одном из четырех выходов. При Z = Е = 0 сигнал G = 1 замыкает ключSW3, поэтому на выход W шифратора поступает отрицательное напряжение от источникаU2. При Z ≠ Е сигнал J = 1 замыкает ключ SW1, на выход шифраторапоступает нулевое напряжение. При Z = Е = 1 сигнал F - 1 замыкает ключ SW2, навыход шифратора поступает положительное напряжение от источника Ш.

Рис. 4. Схема шифратора двубинарного кода DBM иструктура заграждающего фильтра

Рис. 5.Временные диаграммы формирования двубинарногокода DBM

Процесс шифрации удобно проследить с помощью диаграммысостояний, приведенной на рис. 6.

Шифратор может находиться в одном из четырех состоянийQ1-Q4. Если, например, шифратор пребывает в состоянии Q1, то при поступлении навход А сигнала лог. 1 на его выходе W формируется положительное напряжение +1 В(величина условная). Этот факт отражен обозначением «Лог. 1 =+1 В» околодвунаправленной связи между узлами Q1 и Q4. В этой ситуации шифратор переходитв состояние Q4.

Если шифратор находится в состоянии Q1, то припоступлении на вход А сигнала лог. 0 на его выходе W формируется нулевоенапряжение 0 В. Этот факт отражен обозначением «Лог. 0 = 0 В» около двунаправленнойсвязи между узлами Q1 и Q2. В данной ситуации шифратор переходит в состояниеQ2. Переходы между состояниями Q2 и Q3 возможны при поступлении на вход Асигналов лог. 1, но эти переходы сопровождаются выдачей отрицательногонапряжения (-1 В) на выход W. Переходы между состояниями Q3 и Q4 возможны припоступлении на вход А шифратора сигналов лог. 0.

Из диаграммы состояний следует, что если на вход Аподана последовательность лог. 0, то шифратор последовательно переходит изсостояния Q1 в состояние Q2 и обратно либо из состояния Q3 в состояние Q4 иобратно. Эти ситуации внешне неразличимы, так как на выходе шифратора в любомслучае сформировано нулевое напряжение. Если на вход А поданапоследовательность лог. 1, то шифратор последовательно переходит из состоянияQ1 в состояние Q4 и обратно либо из состояния Q2 в состояние Q3 и обратно. Этиситуации различаются полярностью выходного напряжения.

Если на вход А подана последовательность ...010101...,то шифратор последовательно циклически проходит все состояния в направлении почасовой или против часовой стрелки в зависимости от начальных условий. Нулевыебиты отображаются нулевым напряжением, единичные — попеременно положительным иотрицательным.

В общем случае данные кодируются следующим образом.Нулевые биты (А = 0) отображаются нулевым напряжением (W = 0 В), единичные —положительным или отрицательным в соответствии со следующими правилами:

Правило 1.При нечетном числе нулевых битов между двумя единичными (например, в коде...10001...) полярности импульсов, отображающих единичные биты, взаимнообратны(...-000+...или...+000-...).

Правило 2.При четном числе нулевых битов между двумя единичными (например, в коде...1001...) полярности импульсов, отображающих единичные биты, одинаковы (...-00-...или ...+00+...).

Правило 3. Вгруппе единичных битов (...111...) сигналы имеют одинаковую полярность(...+++... или ...---...).

В соблюдении приведенных правил можно убедиться присопоставлении временных диаграмм сигналов А и W на рис. 8.11. Из этих диаграммтакже следует, что при передаче непрерывной последовательности лог. 1 (DATA =11... 1) частота основной гармоники сигнала NRZ(I) равна половине скоростипередачи данных или 62,5 МГц. При этих же услови­ях частота основной гармоникисигнала DBM равна четверти скорости передачи данных или 31,25 МГц.(Интересующие нас области временных диаграмм выделены серым фоном.) Амплитудаэтой гармоники достаточно высока по сравнению с остальными, поэтому беззаметного искажения формы сигнала ее можно несколько снизить с помощьюзаграждающего фильтра.

Заграждающий фильтр настроен на частоту 31,25 МГц.Значения емкости и индуктивности удовлетворяют соотношению LC = 2,6 х 10^-17.Например, при L=2,6 мкГн С=10 пФ. Резонансный импеданс цепи R1-L-C равен Z_F= L/R1C. Коэффициент подавления сигнала на резонансной частоте равен (Z_p+ R2)/R2 и может регулироваться выбором параметров фильтра.

Двубинарное кодирование с фильтрацией выходногосигнала позволяет сместить его энергетический спектр в область более низкихчастот по сравнению с другими решениями. Так, 78 % энергии сигналасосредоточено в полосе частот ниже 30 МГц, а 90 % энергии — в полосе частотниже 42,6 МГц. Напомним, что скорость передачи данных составляет 125 Мбит/с!

Дешифратор двубинарного кода (см. рис. 3) можновыполнить по схеме, приведенной на рис. 2, г. Эта схема нечувствительна кполярности импульсов и в равной мере применима для дешифрации кодов MLT-3,RND(MLT-3) и DBM.

Скремблирование может выполняться с различными целями.Наиболее распространенная цель — защита передаваемых данных отнесанкционированного доступа. Для ее достижения разработано множество методовкодирования и схемных решений. Но нас интересует иная задача, связанная с«разравниванием» спектра сигнала и повышением надежности синхронизацииприемника с источником передаваемых по линии данных. Применительно к этойзадаче цель скремблирования состоит в исключении из потока данных длинныхпоследовательностей лог. 0, лог. 1 и периодически повторяющихся групп битов.Для этого необходимо преобразовать данные так, чтобы они выглядели какслучайные, т.е. лишенные какой-либо видимой закономерности.

2.1.Генераторы псевдослучайных битовыхпоследовательностей

Скремблеры и дескремблеры обычно построены на основегенераторов псевдослучайных битовых последовательностей. Пример такогогенератора приведен на рис. 7. Генератор выполнен на основе кольцевогосдвигового регистра RG с логическим элементом Исключающее ИЛИ (XOR) в цепиобратной связи. Если в исходном состоянии в регистре присутствует любойненулевой код, то под действием синхросигнала CLK этот код будет непрерывноциркулировать в регистре и одновременно видоизменяться. В качестве выходагенератора можно также использовать выход любого разряда регистра.

В общем случае в М-разрядном регистре обратная связьподключается к разрядам с номерами М и N (М > N). Выбор оптимальногозначения N для заданного М — непростая задача. К счастью, она уже решена.Вариант таблицы выбора N приведен на рис. 7. Таблица описывает ряд генераторовразличной разрядности. Каждый генератор формирует последовательность битов смаксимальным периодом повторения, равным 2^M- 1. В такойпоследовательности встречаются все М-разрядные коды, за исключением нулевого.Этот код представляет собой своеобразную «ловушку» для данной схемы: если бынулевой код появился в регистре, дальнейшая последовательность битов была бытакже нулевой. Но при нормальной работе генератора попадания в ловушку непроисходит.

Последовательность максимальной длины обладаетследующими свойствами:

В полном цикле (2^M - 1 тактов) число лог. 1на единицу больше, чем числолог. 0. Добавочная лог. 1 появляется засчетисключения состояния, при котором врегистре присутствовал бы нулевой код.Этоможно интерпретировать так, что вероятности появления на выходе регистралог. 0и лог. 1 практически одинаковы.

Рис. 7. Генератор псевдослучайной битовойпоследовательности максимальной длины:
а — схема; б — таблица для выбора промежуточной точки подключения обратнойсвязи

В полном цикле (2^M-1 тактов) половина серийиз последовательных лог. 1 имеет длину 1, одна четвертая серий -длину 2, однавосьмая — длину 3 и т.д. Такими же свойствами обладают и серии из лог. 0 с учетомпропущенного лог. 0. Это говорит о том, что вероятности появления «орлов» и«решек» не зависят от исходовпредыдущих «подбрасываний». Поэтому вероятностьтого, что серия из последовательных лог. 1 или лог. 0 закончится при следующемподбрасывании, равна 1/2 вопреки обывательскому пониманию «закона о среднем».

Если последовательность полногоцикла (2^M-1тактов) сравнивать с этой же последовательностью, но циклически сдвинутой налюбое число тактов W (W не является нулем или числом, кратным 2^M-1),то число несовпадений будет на единицу больше, чем число совпадений.

Наиболее распространены две основные схемы построенияпар «скремблер-дескремблер»: с неизолированными и изолированными генераторамипсевдослучайных битовых по­следовательностей. Рассмотрим эти схемы и ихмодификации.

2.2. Скремблер и дескремблер с неизолированнымигенераторами псевдослучайных битовых последовательностей

В схеме, приведенной на рис. 8.14, скремблер идескремблер выполнены на основе рассмотренных генераторов псевдослучайныхбитовых последовательностей. Оба генератора имеют одинаковую разрядность иоднотипную структуру обратных связей. Все процессы, протекающие в системепередачи данных, синхронизируются от тактового генератора (на рисунке непоказан). Этот генератор размещен на передающей стороне системы и можетпринадлежать источнику данных либо скремблеру. В каждом такте на входскремблера по­дается очередной бит передаваемых данных SD, а в сдвиговомрегистре RGI накопленный код продвигается на один разряд вправо.

Если предположить, что источник данных посылает вскремблер длинную последовательность лог. 0, то элемент XOR1 можнорассматривать как повторитель сигнала Y1 с выхода элемента XOR2. В этойситуации регистр RG1 замкнут в кольцо и генерирует точно такую жепсевдослучайную последовательность битов, как и в рассмотренной ранее схеме(см. рис. 7). Если от источника данных поступает произвольная битоваяпоследовательность, то она взаимодействует с последовательностью битов с выходаэлемента XOR2. В результате формируется новая (скремблированная)последовательность битов SCRD, по структуре близкая случайной. Этапоследовательность, в свою очередь, продвигается по регистру RG1, формируетпоток битов на выходе элемента XOR2 и т.д.

Рис. 8. Система передачи данных, в которой скремблер идескремблер содержат неизолированные генераторы псевдослучайных битовыхпоследовательностей

Скремблированная последовательность битов SCRDпередается по линии и поступает в дескремблер. С помощью генератора с фазовойавтоподстройкой частоты (этот генератор на рисунке не показан) из входногосигнала выделяется тактовый сигнал. Под управлением тактового сигнала биты SCRDпродвигаются в регистре RG2, а в приемник данных поступают дескремблированныеданные RD.

Потоки данных RD и SD совпадают с точностью дозадержки передачи по линии. Действительно, в установившемся режиме в сдвиговыхрегистрах RG1 и RG2 присутствуют одинаковые коды, так как на входы этихрегистров поданы одни и те же данные SCRD, а тактовая частота, по сути, общая.Поэтому Y2 = Y1, и, с учетом этого, RD = SCRD ⊕Y2 = SD ⊕ Y1 ⊕ Y2 = SD ⊕ Y1 ⊕ Yl = SD ⊕ 0 = SD.

Рассмотренная система передачи данных не требуетприменения какой-либо специальной процедуры начальной синхронизации. После заполнениясдвигового регистра RG2, как было показано, генераторы псевдослучайных битовыхпоследовательностей работают синхронно (их состояния всегда одинаковы). Припоявлении одиночной ошибки в линии синхронизация временно нарушается, но затемавтоматически восстанавливается, как только правильные данные вновь заполнятрегистр RG2. Однако в процессе продвижения ошибочного бита по сдвиговомурегистру RG2, а именно, в периоды его попадания сначала на первый, а затем навторой вход элемента XOR3 сигнал Y2 дважды принимает неправильное значение. Этоприводит к размножению одиночной ошибки — она впервые появляется в сигнале RD вмомент поступления из линии и затем возникает еще два раза при последующемдвукратном искажении сигнала Y. Еще один недостаток рассмотренной системыпередачи данных связан с тем, что существуют некоторые неблагоприятные кодовыеситуации, с которыми скремблер «не справляется».

2.3. Скремблер-дескремблер с изолированнымигенераторами псевдослучайных битовых последовательностей

В схеме, приведенной на рис. 9, генераторыпсевдослучайных битовых последовательностей включены так, что они изолированыот каких-либо нежелательных внешних воздействий. Генераторы, как и в предыдущейсхеме, работают синхронно, поэтому скремблирующий Z1 и дескремблирующий Z2сигналы одинаковы. Ошибка в линии не размножается дескремблером, так как она непопадает в сдвиговый регистр RG2. Недостаток этой схемы — отсутствиесамосинхронизации генератора псевдослучайной битовой последовательностидескремблера (напомним, что в предыдущей схеме такая синхронизация имеется).

Рис. 9. Система передачи данных, в которой скремблер идескремблер содержат изолированные генераторы псевдослучайных битовыхпоследовательностей

2.4. Скремблер-дескремблер с неизолированнымигенераторами — улучшенный вариант

Рассмотрим улучшенный вариант скремблера-дескремблера,построенного на основе двух одинаковых генераторов псевдослучайныхпоследовательностей битов, рис. 10. Улучшение состоит в устраненииупоминавшихся в п. 2.2 неблагоприятных кодовых ситуаций. В отличие от схемы,приведенной на рис. 8, применены средства коррекции состояний генераторов дляустранения нежелательных последовательностей битов.

Рис. 10. Система передачи данных, в которой скремблер идескремблер содержат неизолированные генераторы псевдослучайных битовыхпоследовательностей (улучшенный вариант)

Скремблер содержит сдвиговый регистр RG1 с логическимиэлементами Исключающее ИЛИ (XOR1 и XOR2) в цепи обратной связи, а также двадвоичных счетчика.

Счетчик лог. 0 устанавливается в нуль всякий раз,когда скремблированный сигнал данных SCRD = 1. Если SCRD = 0, то содержимоесчетчика увеличивается на единицу по фронту сигнала CLK1. При накоплениизаданного числа единиц (например пяти) счетчик автоматически устанавливается внулевое состояние и формирует импульс SET установки в единицу некоторогоразряда (или группы разрядов) сдвигового регистра. Таким образом, счетчик лог.0 служит детектором цепочек лог. 0 заданной длины. При обнаружении такойцепочки корректируется код в сдвиговом регистре.

Счетчик лог. 1 построен симметрично. Онустанавливается в нуль всякий раз, когда скремблированный сигнал данных SCRD =0. Если SCRD = 1, то содержимое счетчика увеличивается на единицу по фронтусигнала CLK1. При накоплении заданного числа единиц (например пяти) счетчикавтоматически устанавливается в нулевое состояние и формирует импульс RESETустановки в нуль некоторого разряда (или группы разрядов) сдвигового регистра.Счетчик лог. 1 служит детектором цепочек лог. 1 заданной длины.

Дескремблер построен аналогично. Он дополнительносодержит схему выделения синхросигнала CLK2 из скремблированного сигнала SCRD.Эта схема может быть выполнена на основе петли фазовой авто подстройки частотыPLL (Phase Locked Loop).

Система передачи данных функционирует следующимобразом. Источник данных формирует синхронный битовый поток SD исоответствующий синхросигнал CLK1. Этот поток проходит через логический элементXOR2. На второй вход этого элемента поступает последовательность скремблирующихбитов SC1. Суммарный (скремблированный) поток SCRD передается по линии ипоступает в дескремблер.

После заполнения регистра RG2 информация в нем в точностисовпадает с той, которая присутствует в регистре RG1. В дальнейшем всеизменения информации в этих регистрах происходят синхронно, так как на их входыподается один и тот же сигнал SCRD (разумеется, с учетом задержки передачи полинии связи). Благодаря этому, SC2 = SC1. Логический элемент XOR4 формируетсигнал принимаемых данных RD, который повторяет исходный сигнал SD. Это следуетиз того, что

RD = SCRD ⊕ SC2 =SCRD ⊕ SC1 = SD ⊕ SC1 ⊕ SC1 = SD.

Уточним роль счетчиков лог. 0 и лог. 1, о которых ужекратко упоминалось. Предположим, что эти счетчики исключены из схем скремблераи дескремблера. Схема остается работоспособной при условии, что поток SD несодержит некоторых опасных последовательностей сигналов. Рассмотрим этипоследовательности.

При работе системы не исключено, что поступающие отисточника данные SD таковы, что логический элемент XOR2 скремблера в Мпоследовательных тактах сформирует сигнал лог. 0 (М — разрядность сдвиговогорегистра). Тогда сдвиговый регистр RG1 (а синхронно с ним и регистр RG2)заполнится нулевыми битами. Если после этого источник сигнала начнет передаватьдлинную последовательность лог. 0, то на обоих входах логического элемента XOR2будут постоянно присутствовать нулевые сигналы, сигнал SCRD также в течениедлительного времени будет оставаться нулевым, что крайне нежелательно.

Аналогичная ситуация возможна и после случайногозаполнения сдвигового регистра единичными битами. При последующей передачедлинной последовательности сигналов SD = 1 на выходе логического элемента XOR2поддерживается сигнал лог. 1, который в каждом такте записывается в регистр,подтверждая его состояние «Все единицы».

Введение счетчиков позволяет исключить возможностьзаполнения регистра RG1 одинаковыми битами (лог. 0 или лог. 1). Поэтому нетопасности фиксации уровня сигнала в линии при последующей выдаче источникомданных длинной последовательности лог. 0 или лог. 1. Но это, к сожалению, неозначает, что задача получения гарантированно изменяющегося сигнала SCRD решена«полностью и окончательно». Действительно, теоретически можно преднамеренносинтезировать сколь угодно длинную последовательность сигналов SD, совпадающуюили противофазную последовательности сигналов SC1, какой бы сложной она ни была(ведь ее можно заранее вычислить, зная структуру скремблера и его начальноесостояние). В результате такого синтеза получим неизменный сигнал SCRD напротяжении любого желаемого интервала времени! Точно так же можно было бысинтезировать периодический сигнал SCRD вида 010101... для созданиямаксимального уровня перекрестных помех в соседних проводах многожильногокабеля (например с целью тестирования системы). Но так как начальное состояниерегистра RG1 источнику данных не известно, на практике такой синтез невозможен.

Вероятность случайного формирования нескремблируемыхпоследовательностей битов источником данных зависит от разрядности скремблера иможет быть небольшой, но с ней нельзя не считаться при проектированиителекоммуникационных устройств.

1. С.М. Сухов, А.В. Бернов, Б.В. Шевкопляс -Синхронизация в телекомуникационных системах. Анализ инженерных решений. - М.:Эко-Трендз, 2003г. - 272с.: ил.