Реферат: Cкремблирование и дескремблирование линейного сигнала

Министерство науки иобразования Украины

Запорожский национальныйтехнический университет

Кафедра радиотехники

Курсовая работа

по дисциплине «Системыпередачи информации»

Выполнилст. гр. РП 711                                                             МирошниченкоА.Ю.

Руководитель                                                                                        Завьялов С.Н

2003

Задание на проект.

Рассмотреть принципыскремблирования и дескремблирования линейного сигнала.

<span Arial",«sans-serif»;mso-fareast-font-family: «Times New Roman»;mso-font-kerning:16.0pt;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language: RU;mso-bidi-language:AR-SA">
Реферат

В данной работе рассмотреныпринципы скремблирования и дескремблирования линейного сигнала.

Рассмотрены методы и схемыкодирования сигнала с использованием скремблирования, что позволяет разровнятьего спектр и тем самым снизить уровень излучаемых помех, а также сократитьвозможные периоды отсутствия изменений сигнала в линии, что важно для повышениянадежности синхронизации.

<span Arial",«sans-serif»;mso-fareast-font-family: «Times New Roman»;mso-font-kerning:16.0pt;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language: RU;mso-bidi-language:AR-SA">
Содержание

 TOC o «1-3» h z u Заданиена проект.PAGEREF_Toc59125529 h 2

Реферат. PAGEREF _Toc59125530h 3

Содержание. PAGEREF_Toc59125531 h 4

1.Способы кодирования сигнала для уменьшения излучаемых помех при его передаче повитой паре проводов. PAGEREF_Toc59125532 h 5

1.1.Скремблирование полярностей импульсов. PAGEREF_Toc59125533 h 5

1.2.Двубинарное кодирование. PAGEREF _Toc59125534 h 8

2.Передача данных с использованием скремблера-дескремблера. PAGEREF_Toc59125535 h 12

2.1.Генераторыпсевдослучайных битовых последовательностей. PAGEREF_Toc59125536 h 12

2.2.Скремблер и дескремблер с неизолированными генераторами псевдослучайных битовыхпоследовательностей. PAGEREF_Toc59125537 h 13

2.3.Скремблер-дескремблер с изолированными генераторами псевдослучайных битовыхпоследовательностей. PAGEREF_Toc59125538 h 15

2.4.Скремблер-дескремблер с неизолированными генераторами — улучшенный вариант. PAGEREF_Toc59125539 h 15

Списоклитературы… PAGEREF_Toc59125540 h 19

<span Times New Roman",«serif»;mso-fareast-font-family: «Times New Roman»;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language: AR-SA">

 INCLUDETEXT «E:Documents andSettingsAdministratorDesktopKursakcursak.htm» c HTML  * MERGEFORMAT

1. Способы кодирования сигнала для уменьшенияизлучаемых помех при его передаче по витой паре проводов1.1. Скремблирование полярностей импульсов

Передача сигнала по линиисопровождается излучением энергии в окружающее пространство. Наибольшемувлиянию со стороны активной линии подвержены соседние линии многожильногокабеля. Это влияние проявляется в том, что в них появляются помехи,обусловленные в основном индуктивными и емкостными паразитными связями междулиниями.

Энергия передаваемого полинии сигнала сосредоточена в некоторой спектральной полосе. Для уменьшениявлияния на соседние линии желательно как можно более равномерно распределитьэнергию в этой полосе, без выраженных спектральных пиков. Если это условиевыполнено, то источник сигнала можно грубо представить в виде бесконечнобольшого числа генераторов разной частоты, причем каждый генератор имеетбесконечно малую мощность. Результирующий сигнал помехи имеет характер шума.

Однако если источникформирует сигнал, близкий к периодическому, или, тем более, периодический, тона соседние линии вместо широкополосного шума действуют несколько сигналов илидаже один сигнал, близкий по форме к синусоидальному. Так как основная энергиясигнала уже не распределена, а сосредоточена в нескольких или одной пиковойспектральной составляющей, то амплитуда помех может превысить допустимую. Такимобразом, для уменьшения амплитуды помех, наводимых на соседние линии, следуетпо возможности исключить из передаваемого сигнала выраженные периодическиекомпоненты.

Эти компоненты могутпоявляться, например, в сигналах AMI, Tl или MLT-3 при передаче длиннойпоследовательности лог. 1, как показано затененными областями на рис. 1.

В этих областяхневооруженным глазом просматриваются прообразы синусоидальных сигналов, несущихосновную энергию. Периоды сигналов AMI и Т1 при передаче длиннойпоследовательности лог. 1 равны двум битовым интервалам. Период сигнала MLT-3равен четырем битовым интервалам.

Длинные последовательностилог. 1 можно «разрушить» применением cкpeмблиpoвaния, т.е. особой шифрацииданных, после которой любые исходные последовательности выглядят как случайные(см. п. 2.4). Для восстановления исходных данных приемник должен выполнитьобратную операцию (дескремблирование). При этом необходима синхронная работашифратора и дешифратора, что несколько усложняет задачу.

Предлагаемое в патенте США №5.422.919 решение также предусматривает разрушение периодического сигнала припередаче длинной последовательности лог. 1, но выполняется оно иначе.Скремблируются не данные, а полярности передаваемых по линии импульсов. Взависимости от значения некоторого псевдослучайного бита выбирается либо положительная,либо отрицательная 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 существувопроса, рассмотрим временные диаграммы, приведенные на рис. 1, более подробно.

Код NRZ (в данном случае онобозначен как NRZ(L)) отображает лог. 0 и лог. 1 соответственно низким ивысоким уровнями напряжения. В коде AMI лог. 0 отображается отсутствиемнапряжения, а лог. 1 — положительным или отрицательным импульсом, причемполярности соседних импульсов чередуются. Код TI отличается от AMIдлительностью импульса.

В коде NRZ(I) любой фронтсигнала несет информацию о том, что примыкающий к нему справа битовый интервалсоответствует лог. 1. Если фронта нет, то битовый интервал отображает лог. 0.

Код MLT-3 можно получить изкода NRZ(I) следующим образом. В интервалах, где код NRZ(I) принимает нулевоезначение, код MLT-3 также должен быть нулевым. Положительные импульсы кодаNRZ(I) должны соответствовать знакочередующимся импульсам кода MLT-3. При этомне имеет значения, какую полярность имеет первоначальный импульс.

Схема преобразования кодаNRZ(L) в коды NRZ(I) и MLT-3 приведена на рис. 2, а. Каждый из двухпоследовательно соединенных D-триггеров включен в режиме делителя частоты. Навыходе Q первого триггера формируется код NRZ(I). На входы передатчика подаютсясигналы «+» и «-», которые преобразуются соответственно в положительные иотрицательные импульсы трехуровнего сигнала MLT-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 ипоследующие схемы нужно ввести компенсирующие элементы для предотвращениянекорректных ситуаций — так называемых «гонок» или «состязаний» сигналов.Пример гонки: из-за того, что второй триггер изменяет состояние и опрашиваетсяпод действием одного и того же сигнала NRZ(l), на выходах «+» и «-» элементов Ив процессе переключения триггера будут наблюдаться кратковременные ложныеимпульсы. Но на эти «мелочи» сейчас не будем обращать внимания, чтобы неусложнять рисунки и не потерять основную идею реализации скремблированияполярностей импульсов.

Схема, показанная на рис.2.б, отличается от предыдущей тем, что на D-вход второго триггера (первыйтриггер не показан) подается псевдослучайная последовательность битов RND. ПриRND = 1 в момент формирования положительного фронта сигнала NRZ(I) выбираетсяположительная полярность импульса в линии, при RND = 0 — отрицательная.Последовательность битов RND синхронизирована сигналом CLK и формируется,например, генератором на основе сдвигового регистра с логическими элементамиИсключающее ИЛИ в цепях обратных связей. Такое решение приводит к случайномучередованию полярностей импульсов кода RND(MLT-3) в отличие от их регулярногочередования в коде MLT-3. Схема формирования сигнала RND(Tl), показанная нарис. 2, в, построена аналогично и отличается наличием дополнительногологического элемента И, предназначенного для укорочения положительных импульсовкода NRZ(I).

Схема, представленная нарис. 2, г, позволяет дешифрировать коды MLT-3 или RND(MLT-3), т.е.преобразовывать их в обычный код NRZ(L). На выходе приемника формируютсяположительные импульсы «+» и «-», которые соответствуют разнополярным входнымсигналам. Приемник также формирует синхросигнал CLK, например, с помощьюгенератора с фазовой автоподстройкой частоты.

Логический элемент ИЛИсуммирует импульсы «+» и «-», так что их первоначальная полярность неучитывается. В этом, пожалуй, и заключена основная предпосылка созданиярассмотренного решения: полярность импульсов в линии может быть произвольной,так как приемник не обращает на нее внимания. А если это так, то можнослучайным образом распределить полярности передаваемых импульсов и тем самымподавить периодические составляющие сигнала. Единственное ограничение состоит втом, что для исключения постоянной составляющей сигнала в линии среднее числоположительных и отрицательных импульсов в любом достаточно большом интервалевремени должно быть одинаковым. Это условие в данном случае выполнено.

Таким образом, закон, покоторому данные скремблировались передатчиком, остается неизвестным приемнику!

Предлагаемый метод применими к другим трехуровневым кодам, таким как B3ZS, B6ZS, HDB3.

Рассмотренные схемныерешения позволяют простыми средствами уменьшить уровень помех, излучаемых насоседние витые пары проводов кабеля.

1.2. Двубинарное кодирование

Еще одно решение задачиуменьшения уровня излучаемых помех основано на применении двубинарногокодирования.

В схеме, показанной на рис.3, потребитель данных находится на некотором удалении от оптоволоконной линиисвязи. Для приема данных потребителю выделена витая пара проводов вмногожильном кабеле (рассматриваем только одно направление передачи). На выходеинтерфейса FDDI (Fiber Distributed Data Interface — распределенный интерфейспередачи данных по волоконно-оптическим каналам) данные представлены кодомNRZ(I) и сопровождающим его синхросигналом CLK (см. рис. 1).

Проблема заключается в том,что непосредственная передача сигнала NRZ(I) со скоростью 125 Мбит/с по витойпаре проводов создает повышенный уровень помех на соседних жилах кабеля.Ситуация усугубляется в отсутствие полезных данных, когда передаетсязаполняющая паузу непрерывная последовательность лог. 1. Эта последовательностьсоответствует частоте сигнала NRZ(I), равной половине скорости передачи данныхили 62,5 МГц. На этой частоте сигнал легко преодолевает паразитные емкостные ииндуктивные связи и наводится на соседние провода кабеля. Поэтому следовало быприменить какой-либо дополнительный способ кодирования для снижения частоты сигналав отсутствие данных и разравнивания его спектра при наличии данных.Рассмотренное далее трехуровневое двубинарное кодирование DBM (duobinarymodulation) и включение заграждающего фильтра позволяют в значительной мереснизить уровень излучаемых помех. По способу построения код DBM во многом схожс описанными в п. 1.1 кодами MLT-3 и RND(MLT-S).

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

Как показано на рис. 3, кодNRZ(I) с выхода интерфейса FDDI преобразуется шифратором в код DBM. Сигнал свыхода шифратора проходит через заграждающий R-L-C-фильтр, разравнивающийспектр сигнала, передатчик и по линии связи (витой паре проводов) поступает вприемник. Приемник выделяет из него синхросигнал CLK и данные, представленные вкоде DBM Дешифратор кода DBM формирует коды NRZ(I) и NRZ(L). Скорость передачиданных во всем тракте постоянна 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 два источника Ш и U2 посто­янного напряжения.Временные диаграммы формирования кода DBM показаны на рис. 5.

Входной сигнал Аинвертируется и поступает на первый вход элемента XOR. Сигнал Z с выхода этогоэлемента задерживается на один период сигнала CLK (например, с помощьюD-триггера) и подается на второй вход элемента XOR. Дешифратор DC в зависимостиот сочетания сигналов Z и Е формирует сигнал на одном из четырех выходов. При Z= Е = 0 сигнал G = 1 замыкает ключ SW3, поэтому на выход W шифратора поступаетотрицательное напряжение от источника U2. При Z ≠ Е сигнал J = 1замыкает ключ SW1, на выход шифратора поступает нулевое напряжение. При Z = Е =1 сигнал F — 1 замыкает ключ SW2, на выход шифратора поступает положительноенапряжение от источника Ш.

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

Рис. 5.Временные диаграммы формирования двубинарногокода DBM

Процесс шифрации удобно проследитьс помощью диаграммы состояний, приведенной на рис. 6.

Шифратор может находиться водном из четырех состояний Q1-Q4. Если, например, шифратор пребывает всостоянии Q1, то при поступлении на вход А сигнала лог. 1 на его выходе Wформируется положительное напряжение +1 В (величина условная). Этот фактотражен обозначением «Лог. 1 =+1 В» около двунаправленной связи между узлами Q1и Q4. В этой ситуации шифратор переходит в состояние Q4.

<img id="_x0000_i1033" " src=«images/image029.jpg»>

<span Arial",«sans-serif»">Рис. 6.

<span Arial",«sans-serif»"> Диаграмма состояний шифратора
двубинарного кода DBM

Если шифратор находится всостоянии Q1, то при поступлении на вход А сигнала лог. 0 на его выходе Wформируется нулевое напряжение 0 В. Этот факт отражен обозначением «Лог. 0 = 0В» около двунаправленной связи между узлами Q1 и Q2. В данной ситуации шифраторпереходит в состояние Q2. Переходы между состояниями Q2 и Q3 возможны припоступлении на вход А сигналов лог. 1, но эти переходы сопровождаются выдачейотрицательного напряжения (-1 В) на выход W. Переходы между состояниями Q3 и Q4возможны при поступлении на вход А шифратора сигналов лог. 0.

Из диаграммы состоянийследует, что если на вход А подана последовательность лог. 0, то шифраторпоследовательно переходит из состояния Q1 в состояние Q2 и обратно либо изсостояния Q3 в состояние Q4 и обратно. Эти ситуации внешне неразличимы, так какна выходе шифратора в любом случае сформировано нулевое напряжение. Если навход А подана последовательность лог. 1, то шифратор последовательно переходитиз состояния Q1 в состояние Q4 и обратно либо из состояния Q2 в состояние Q3 иобратно. Эти ситуации различаются полярностью выходного напряжения.

Если на вход А поданапоследовательность ...010101..., то шифратор последовательно циклическипроходит все состояния в направлении по часовой или против часовой стрелки взависимости от начальных условий. Нулевые биты отображаются нулевымнапряжением, единичные — попеременно положительным и отрицательным.

В общем случае данныекодируются следующим образом. Нулевые биты (А = 0) отображаются нулевымнапряжением (W = 0 В), единичные — положительным или отрицательным всоответствии со следующими правилами:

Правило 1.При нечетном числе нулевыхбитов между двумя единичными (например, в коде ...10001...) полярностиимпульсов, отображающих единичные биты, взаимнообратны(...-000+… или...+000-...).

Правило 2.При четном числе нулевыхбитов между двумя единичными (например, в коде ...1001...) полярностиимпульсов, отображающих единичные биты, одинаковы (...-00-… или ...+00+...).

Правило 3.В группе единичных битов(...111...) сигналы имеют одинаковую полярность (...+++… или ...---...).

В соблюдении приведенныхправил можно убедиться при сопоставлении временных диаграмм сигналов А и W нарис. 8.11. Из этих диаграмм также следует, что при передаче непрерывнойпоследовательности лог. 1 (DATA = 11… 1) частота основной гармоники сигналаNRZ(I) равна половине скорости передачи данных или 62,5 МГц. При этих же услови­яхчастота основной гармоники сигнала DBM равна четверти скорости передачи данныхили 31,25 МГц. (Интересующие нас области временных диаграмм выделены серымфоном.) Амплитуда этой гармоники достаточно высока по сравнению с остальными,поэтому без заметного искажения формы сигнала ее можно несколько снизить спомощью заграждающего фильтра.

Заграждающий фильтр настроенна частоту 31,25 МГц. Значения емкости и индуктивности удовлетворяютсоотношению LC = 2,6 х 10-17. Например, при L=2,6 мкГн С=10 пФ.Резонансный импеданс цепи R1-L-C равен ZF = L/R1C. Коэффициентподавления сигнала на резонансной частоте равен (Zp + R2)/R2 и можетрегулироваться выбором параметров фильтра.

Двубинарное кодирование сфильтрацией выходного сигнала позволяет сместить его энергетический спектр вобласть более низких частот по сравнению с другими решениями. Так, 78 % энергиисигнала сосредоточено в полосе частот ниже 30 МГц, а 90 % энергии — в полосечастот ниже 42,6 МГц. Напомним, что скорость передачи данных составляет 125Мбит/с!

Дешифратор двубинарного кода(см. рис. 3) можно выполнить по схеме, приведенной на рис. 2, г. Эта схеманечувствительна к полярности импульсов и в равной мере применима для дешифрациикодов MLT-3, RND(MLT-3) и DBM.

2. Передача данных с использованиемскремблера-дескремблера

Скремблирование может выполнятьсяс различными целями. Наиболее распространенная цель — защита передаваемыхданных от несанкционированного доступа. Для ее достижения разработано множествометодов кодирования и схемных решений. Но нас интересует иная задача, связаннаяс «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 дескремблерыобычно построены на основе генераторов псевдослучайных битовыхпоследовательностей. Пример такого генератора приведен на рис. 7. Генераторвыполнен на основе кольцевого сдвигового регистра RG с логическим элементомИсключающее ИЛИ (XOR) в цепи обратной связи. Если в исходном состоянии врегистре присутствует любой ненулевой код, то под действием синхросигнала CLKэтот код будет непрерывно циркулировать в регистре и одновременновидоизменяться. В качестве выхода генератора можно также использовать выходлюбого разряда регистра.

В общем случае в М-разрядномрегистре обратная связь подключается к разрядам с номерами М и N (М > N).Выбор оптимального значения N для заданного М — непростая задача. К счастью,она уже решена. Вариант таблицы выбора N приведен на рис. 7. Таблица описываетряд генераторов различной разрядности. Каждый генератор формируетпоследовательность битов с максимальным периодом повторения, равным 2M — 1. В такой последовательности встречаются все М-разрядные коды, за исключениемнулевого. Этот код представляет собой своеобразную «ловушку» для данной схемы:если бы нулевой код появился в регистре, дальнейшая последовательность битовбыла бы также нулевой. Но при нормальной работе генератора попадания в ловушкуне происходит.

Последовательностьмаксимальной длины обладает следующими свойствами:

В полном цикле (2M — 1 тактов) число лог. 1 на единицу больше, чем числолог. 0. Добавочная лог. 1появляется засчет исключения состояния, при котором врегистре присутствовал бынулевой код.Это можно интерпретировать так, что вероятности появления на выходерегистралог. 0 и лог. 1 практически одинаковы.

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

В полном цикле (2M-1тактов) половина серий из последовательных лог. 1 имеет длину 1, одна четвертаясерий -длину 2, одна восьмая — длину 3 и т.д. Такими же свойствами обладают исерии из лог. 0 с учетом пропущенного лог. 0. Это говорит о том, чтовероятности появления «орлов» и «решек» не зависят от исходовпредыдущих«подбрасываний». Поэтому вероятность того, что серия из последовательных лог. 1или лог. 0 закончится при следующем подбрасывании, равна 1/2 вопрекиобывательскому пониманию «закона о среднем».

Если последовательностьполногоцикла (2M-1 тактов) сравнивать с этой же последовательностью,но циклически сдвинутой на любое число тактов W (W не является нулем иличислом, кратным 2M-1), то число несовпадений будет на единицубольше, чем число совпадений.

Наиболее распространены двеосновные схемы построения пар «скремблер-дескремблер»: с неизолированными иизолированными генераторами псевдослучайных битовых по­следовательностей.Рассмотрим эти схемы и их модификации.

2.2. Скремблер и дескремблер с неизолированнымигенераторами псевдослучайных битовых последовательностей

В схеме, приведенной на рис.8.14, скремблер и дескремблер выполнены на основе рассмотренных генераторовпсевдослучайных битовых последовательностей. Оба генератора имеют одинаковуюразрядность и однотипную структуру обратных связей. Все процессы, протекающие всистеме передачи данных, синхронизируются от тактового генератора (на рисункене показан). 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, чтоисточник данных посылает в скремблер длинную последовательность лог. 0, тоэлемент XOR1 можно рассматривать как повторитель сигнала Y1 с выхода элементаXOR2. В этой ситуации 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

Скремблированнаяпоследовательность битов SCRD передается по линии и поступает в дескремблер. Спомощью генератора с фазовой автоподстройкой частоты (этот генератор на рисункене показан) из входного сигнала выделяется тактовый сигнал. Под управлениемтактового сигнала биты SCRD продвигаются в регистре RG2, а в приемник данныхпоступают дескремблированные данные RD.

Потоки данных RD и SDсовпадают с точностью до задержки передачи по линии. Действительно, вустановившемся режиме в сдвиговых регистрах RG1 и RG2 присутствуют одинаковыекоды, так как на входы этих регистров поданы одни и те же данные SCRD, атактовая частота, по сути, общая. Поэтому Y2 = Y1, и, с учетом этого, RD = SCRD<span MS Mincho";mso-bidi-font-family:«MS Mincho»">⊕

Y2 = SD <span MS Mincho"; mso-bidi-font-family:«MS Mincho»">⊕

Y1 <span MS Mincho";mso-bidi-font-family:«MS Mincho»">⊕

Y2 = SD <span MS Mincho"; mso-bidi-font-family:«MS Mincho»">⊕

Y1 <span MS Mincho";mso-bidi-font-family:«MS Mincho»">⊕Yl = SD <span MS Mincho"; mso-bidi-font-family:«MS Mincho»">⊕0 = SD.

Рассмотренная системапередачи данных не требует применения какой-либо специальной процедурыначальной синхронизации. После заполнения сдвигового регистра RG2, как былопоказано, генераторы псевдослучайных битовых последовательностей работаютсинхронно (их состояния всегда одинаковы). При появлении одиночной ошибки влинии синхронизация временно нарушается, но затем автоматическивосстанавливается, как только правильные данные вновь заполнят регистр RG2.Однако в процессе продвижения ошибочного бита по сдвиговому регистру RG2, аименно, в периоды его попадания сначала на первый, а затем на второй входэлемента XOR3 сигнал Y2 дважды принимает неправильное значение. Это приводит кразмножению одиночной ошибки — она впервые появляется в сигнале RD в моментпоступления из линии и затем возникает еще два раза при последующем двукратномискажении сигнала Y. Еще один недостаток рассмотренной системы передачи данныхсвязан с тем, что существуют некоторые неблагоприятные кодовые ситуации, скоторыми скремблер «не справляется».

2.3. Скремблер-дескремблер с изолированнымигенераторами псевдослучайных битовых последовательностей

В схеме, приведенной на рис.9, генераторы псевдослучайных битовых последовательностей включены так, что ониизолированы от каких-либо нежелательных внешних воздействий. Генераторы, как ив предыдущей схеме, работают синхронно, поэтому скремблирующий Z1 и дескремблирующийZ2 сигналы одинаковы. Ошибка в линии не размножается дескремблером, так как онане попадает 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 улучшенныйвариант скремблера-дескремблера, построенного на основе двух одинаковыхгенераторов псевдослучайных последовательностей битов, рис. 10. Улучшение состоитв устранении упоминавшихся в п. 2.2 неблагоприятных кодовых ситуаций. В отличиеот схемы, приведенной на рис. 8, применены средства коррекции состоянийгенераторов для устранения нежелательных последовательностей битов.

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

Скремблер содержит сдвиговыйрегистр RG1 с логическими элементами Исключающее ИЛИ (XOR1 и XOR2) в цепиобратной связи, а также два двоичных счетчика.

Счетчик лог. 0устанавливается в нуль всякий раз, когда скремблированный сигнал данных SCRD =1. Если SCRD = 0, то содержимое счетчика увеличивается на единицу по фронтусигнала CLK1. При накоплении заданного числа единиц (например пяти) счетчикавтоматически устанавливается в нулевое состояние и формирует импульс SETустановки в единицу некоторого разряда (или группы разрядов) сдвиговогорегистра. Таким образом, счетчик лог. 0 служит детектором цепочек лог. 0заданной длины. При обнаружении такой цепочки корректируется код в сдвиговомрегистре.

Счетчик лог. 1 построенсимметрично. Он устанавливается в нуль всякий раз, когда скремблированныйсигнал данных SCRD = 0. Если SCRD = 1, то содержимое счетчика увеличивается наединицу по фронту сигнала CLK1. При накоплении заданного числа единиц (напримерпяти) счетчик автоматически устанавливается в нулевое состояние и формируетимпульс RESET установки в нуль некоторого разряда (или группы разрядов)сдвигового регистра. Счетчик лог. 1 служит детектором цепочек лог. 1 заданнойдлины.

Дескремблер построенаналогично. Он дополнительно содержит схему выделения синхросигнала CLK2 изскремблированного сигнала SCRD. Эта схема может быть выполнена на основе петлифазовой авто подстройки частоты PLL (Phase Locked Loop).

Система передачи данныхфункционирует следующим образом. Источник данных формирует синхронный битовыйпоток SD и соответствующий синхросигнал CLK1. Этот поток проходит черезлогический элемент XOR2. На второй вход этого элемента поступаетпоследовательность скремблирующих битов SC1. Суммарный (скремблированный) потокSCRD передается по линии и поступает в дескремблер.

После заполнения регистраRG2 информация в нем в точности совпадает с той, которая присутствует врегистре RG1. В дальнейшем все изменения информации в этих регистрах происходятсинхронно, так как на их входы подается один и тот же сигнал SCRD (разумеется,с учетом задержки передачи по линии связи). Благодаря этому, SC2 = SC1.Логический элемент XOR4 формирует сигнал принимаемых данных RD, которыйповторяет исходный сигнал SD. Это следует из того, что

RD = SCRD <span MS Mincho"; mso-bidi-font-family:«MS Mincho»">⊕

SC2 = SCRD <span MS Mincho";mso-bidi-font-family:«MS Mincho»">⊕

SC1 = SD <span MS Mincho"; mso-bidi-font-family:«MS Mincho»">⊕

SC1 <span MS Mincho";mso-bidi-font-family:«MS Mincho»">⊕

SC1 = SD.

Уточним роль счетчиков лог.0 и лог. 1, о которых уже кратко упоминалось. Предположим, что эти счетчикиисключены из схем скремблера и дескремблера. Схема остается работоспособной приусловии, что поток SD не содержит некоторых опасных последовательностейсигналов. Рассмотрим эти последовательности.

При работе системы неисключено, что поступающие от источника данные SD таковы, что логическийэлемент XOR2 скремблера в М последовательных тактах сформирует сигнал лог. 0 (М— разрядность сдвигового регистра). Тогда сдвиговый регистр RG1 (а синхронно сним и регистр RG2) заполнится нулевыми битами. Если после этого источниксигнала начнет передавать длинную последовательность лог. 0, то на обоих входахлогического элемента XOR2 будут постоянно присутствовать нулевые сигналы,сигнал SCRD также в течение длительного времени будет оставаться нулевым, чтокрайне нежелательно.

Аналогичная ситуациявозможна и после случайного заполнения сдвигового регистра единичными битами.При последующей передаче длинной последовательности сигналов SD = 1 на выходелогического элемента XOR2 поддерживается сигнал лог. 1, который в каждом тактезаписывается в регистр, подтверждая его состояние «Все единицы».

Введение счетчиков позволяетисключить возможность заполнения регистра RG1 одинаковыми битами (лог. 0 илилог. 1). Поэтому нет опасности фиксации уровня сигнала в линии при последующейвыдаче источником данных длинной последовательности лог. 0 или лог. 1. Но это,к сожалению, не означает, что задача получения гарантированно изменяющегосясигнала SCRD решена «полностью и окончательно». Действительно, теоретическиможно преднамеренно синтезировать сколь угодно длинную последовательностьсигналов SD, совпадающую или противофазную последовательности сигналов SC1,какой бы сложной она ни была (ведь ее можно заранее вычислить, зная структуру скремблераи его начальное состояние). В результате такого синтеза получим неизменныйсигнал SCRD на протяжении любого желаемого интервала времени! Точно так жеможно было бы синтезировать периодический сигнал SCRD вида 010101… длясоздания максимального уровня перекрестных помех в соседних проводахмногожильного кабеля (например с целью тестирования системы). Но так какначальное состояние регистра RG1 источнику данных не известно, на практикетакой синтез невозможен.

Вероятность случайногоформирования нескремблируемых последовательностей битов источником данныхзависит от разрядности скремблера и может быть небольшой, но с ней нельзя несчитаться при проектировании телекоммуникационных устройств.

<span Arial",«sans-serif»;mso-fareast-font-family: «Times New Roman»;mso-font-kerning:16.0pt;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language: RU;mso-bidi-language:AR-SA">
Список литературы

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

еще рефераты
Еще работы по радиоэлектронике