Cкремблирование и дескремблирование линейного сигнала (стр. 1 из 4)
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
Задание на проект.Рассмотреть принципы скремблирования идескремблирования линейного сигнала.
Реферат
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.
Содержание
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. Способы кодирования сигнала для уменьшенияизлучаемых помех при его передаче по витой паре проводов
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.