Scrambler nach ITU-V.27
Warum nutzt man Scrambler?
- Die knappste Ressource in der Signalübertragung bildet der Kanal. Dieser kann in der Regel keinen Gleichstrom übertragen (galvanische Trennung von Sender und Empfänger) und der Bandbreitebedarf der Leitungssignale sollte nicht zu groß sein.
- Manche Leitungscodes, z.B. der AMI-Code, sind gleichstromfrei und die erforderliche Bandbreite ist relativ gering. Sind 0- und 1-Symbole im Bitstrom vorhanden, liefert diese Codierung auch hinreichend Taktinformation für den Empfänger.
- Wenn aber die Binärquelle lange 0-Folgen erzeugt, transportiert der AMI-Leitungscode keine Taktinformation, worauf aber der Empfänger angewiesen ist.
- Ein Scrambler wandelt eine beliebige 0-1-Folge in eine pseudozufällige 0-1-Folge, bei der die 0- und 1-Symbole etwa gleich häufig auftreten.
- Auf der Empfangsseite wird nach der gleichen Vorschrift die Umkehroperation ausgeführt und die ursprünglichen Qelldaten wieder hergestellt.
- Damit kann eine Quelle beliebige Inhalte senden.
Szenario, Schaltung und Funktion
- Die Schaltungen bestehen aus einem Schieberegister als Gedächtnis und Rückkopplungen auf die Eingangsfolge, die mittels EXOR-Gatter realisiert werden.
- Scrambler und Descrambler sind symmetrisch aufgebaut.
- Aus dem Scramblerpolynom geht hervor, wie Ds gebildet wird:
- die beiden Bits, die vor 6 bzw. 7 Takten auf die Leitung gingen werden EXOR verknüpft.
- Das Ergebnis wird mit dem momentanen Eingangsbit Di ebenfalls EXOR verknüpft.
- Scrambler und Descrambler synchronisieren sich selber, da die Sendedaten Ds in beide Gedächtnisse eingeschoben werden.
- Die Synchronisation erfolgt dadurch, indem man vor den Nutzbits eine Präambel sendet, die mindestens so lang wie das Gedächtnis ist.
Im hier vorliegenden Fall 7 Bit!
Bedienung der Teachware
- Durch einen Klick auf die Elemente Binärquelle, Scrambler, Descrambler öffnen sich Radioboxen, mittels derer das Verhalten der Binärquelle und der Anfangszustand der Gedächtnisse eingestellt werden können.
- Mit dem Button "Initalisierung" werden die Einstellungen für die Gedächtnisse übernommen.
- Die Schaltung kann man automatisch oder mit Hand takten.
Was kann man lernen?
- Waren die Gedächtnisse verschieden initialisiert, wird das erste übertragene Byte verfälscht. Sendet man also hier vor dem eigentlichen Inhalt ein Byte (Präambel) werden beide Gedächtnisse synchronisiert.
- Egal welchen Bitstrom die Quelle erzeugt, die Anzahl der Nullen konvergiert relativ schnell gegen 50%. Die Symbole 0 bzw. 1 sind etrwa gleich häufig.
- Wird das Gedächtnis des Scramblers mit Nullen geladen und stellt man die Binärquelle auf Dauer-0 ein, kann keine pseudozufällige Folge entstehen, da 0 EXOR 0=0 ergibt.
Dieser Fall ist also zu vermeiden.
Die Datenübertragung ist jedoch fehlerfrei! - Wird das Gedächtnis des Scramblers mit Einsen geladen und stellt man die Binärquelle auf Dauer-1 ein, entsteht ebenfalls keine pseudozufällige Folge, da 1 EXOR 1=0 ergibt.
Dieser Fall ist ebenso zu vermeiden.
Die Datenübertragung ist jedoch fehlerfrei!