Улучшение статистических свойств бинарного сигнала с помощью скремблирования

Двоичные данные поступают от различных источников сигнала: оборудования временного объединения цифровых сигналов, кодеков ИКМ при факсимильной, видеотелефонной или телевизионной передаче и т. д., поэтому они обладают различными статистическими характеристика­ми. Улучшить параметры бинарной импульсной последовательности поз­воляют различные формы представления двоичной информации с помощью бинарного кода, отражающего двоичные данные, поступающие от источни­ка информации. Когда такое отражение является непосредственным (без перекодирования), то бинарный код с учетом формы кодового им­пульса называют NRZ-L или RZ-L. Сочетание NRZ(non return to zero – не возвращение к нулю)и(RZ – возвращение к нулю) описывают различные формы кодовой посылки, а символ Lозначает непосредственное кодирование информации, поступающей от источника. При NRZ длительность кодового импульса τ_И соответствует длительности такта Т, приRZдлительность τ_Именьше Т.

Если исходной импульсной последовательности требуется придать свойства случайного сигнала, независимо от статистических свойств двоичных данных источника сигнала применяется скремблирование.

В этом случае перекодированный сигнал называется бинарным скремблированным сигналом. Для него характерна одинаковая вероятность «единиц» и «нулей»: вероятность появления группы из m одинаковых символов равна (0,5)^m, а автокорреляционная функция подобна скремблированию в ВОСС позволяет улучшить выделение хронирующих импульсов независимо от структуры передаваемого информационного сигнала и улучшить отношение сигнал/шум, уменьшить низкочастотную составляющую спектра, при использований формата RZ-защиту в некоторых пределах от дисперсионных

искажений. В связи с этим скремблированный бинарный сигнал считается самым перспективным на скорости передачи более 140Мбит/с, обеспечивая наименее жесткие требования к элементной базе по сравнению с другими сигналами. Основными элементами скремблера являетсяn-каскадный регистр сдвига с обратными связями, обеспечивающими получение сигнала с периодом максимальной длины2ⁿ-1. Различают два вида систем скремблер-дескремблер: с самосинхронизацией и с установкой. Когда используется самосинхронизирующая система скрембелер-дескремблер, то дескремблер на стороне приема не требует другой информации, кроме переданного скремблированного цифрового сигнала для того, чтобы аннулировать воздействие скремблера на стороне приема. Самосинхронизирующаяся система скремблер-дескремблер используется главный образом, когда источник информации не доступен или, когда нет путей передачи синхронизирующей информации на дескремблер.

На рис. 9.13 приведена структурная схема самосихронизирующейся системы скремблирования, на которой α₁-α_n – весовые коэффициенты, Д – линии задержки, На стороне передачи двоичной информации сигнал α_К комбинируется по mod2 c сигналом r_k, полученным от n-каскадного сдвигового регистра. Функция обратной связи выбирается так, чтобы это давало псевдослучайную последовательность максимальной далины 2ⁿ-1, когда передаваемый сигнал равен нулю.

Обратная процедура функции самосихронизирующейся системы имеет место на стороне приема в дескремблере, который конструктивно идентичен скремблеру на стороне передачи. Сигнал на выходе системы скремблер-дескремблер соответствует входному сигналу на стороне передачи, если не появляется сигнал ошибки, т.е. справедливы следующие соотношения:

где α₁,α₂, …,α_n равны 1 или 0 в зависимости от того, используется или не используется соответствующий выход n-каскад­ного регистра сдвига при формировании обратной связи.

Рис. 9.13. Схема самосинхронизирующейся системы скремблирования.

Главный недостаток описанной системы скремблирования состоит в том, что входные сигналы α_Копределенной периодичности могут привести к таким сигналам b_Kна выходе период которых значительно короче, чем 2ⁿ-1 и соответствовать непрерывным нулям b_K = 0 на выходе скремблера.

Для устранения указанного недостатка в скремблер и дескремблер вводятся идентичные управлявшие цепи для из­менения выходного сигнала b_Kпри появлении запрещенной последо­вательности нулей и единиц. В случае появления запрещенной импуль­сной последовательности в цепь обратной связи вводится импульс, который нарушит генерацию запрещенной импульсной последователь­ности.

Рис.9.14. Схема системы скремблирования с установкой

Указанная самосинхронизирующаяся система со скремблером на­зывается скремблером с управлением выходным сигналом. Так как сиг­нал является общим для сторон передачи и приема, то импульс, нарушающий генерирование запрещенной последовательности, вводится на при­емном и на передающем конце цепью управления скремблера и дескремблера.

Дискретная цифровая ошибка, появляющаяся в линии передачи, приводит к m+1 ошибкам в скремблированном сигнале (m – число выходов регистра сдвига, используемого в обратной связи). Это яв­ляется большим недостатком системы скремблирования с самосинхрони­зацией.

Когда есть пути передачи специальной синхронизирующей инфор­мации на дескрембяер, применяют систему скремблирования с установ­кой. На рис. 10.14 приведена структурная схема системы скремблирования с установкой. В этом случае сигнал цикловой синхронизации, ис­пользуемый для установки скремблера, не будет скремблироваться на стороне передачи и выделяется на стороне приема до дескремблера. Дескремблер будет находиться в синхронизме со скремблером столь долго, сколь долго будут в синхронизме приемник и передатчик. Скремблер с установкой не размножает ошибки и это его значитель­ное преимущество.