Scrambling and DeScrambling

在通信系统中,经过信源编码和系统复接后生成的传送码流,通常需要通过某种传输媒介才能到达接收机。 传输媒介统称为传输信道。通常情况下,编码码流是不能或不适合直接通过传输信道进行传输的,必须经过某种处理,使之变成适合在规定信道中传输的形式,在通 信原理上,这种处理称为信道编码(与信源编码相对应),实现信道编码的系统称为传输系统。在工程应用中,信道编码过程一般被分为两环节:负责传输误码的检 测和校正的环节称为信道编解码,负责信号变换和频带搬移的环节称为调制解调。一个实际的数字传输系统至少要包括上述两个环节中的一个环节。

未经调 制的电脉冲信号所占据的频带宽度通常从直流和低频开始,因而称为数字基带信号,直接传送数字基带信号,称为数字信号的基带传输。如果把调制与解调过程看作 是广义信道的一部分,则任何数字传输系统均可等效为基带传输系统。不同形式的数字基带信号具有不同的频谱结构,对于传输频带低端受限的信道来说,一般讲线 路传输码型的频谱中应不含直流分量,传输线路中的交流耦合电路结构也希望所含的直流分量尽量小。

数字通信理论在设计通信系统时都是假设所传输的比 特流中“0”与“1”出现的概率是相等的,各为50%,实际应用中的通信系统以及其中的数字通信技术的设计性能指标首先也是以这一假设为前提的。减少连 “0”码或连“1”码以保证定时恢复质量是数字基带传输中的一个重要问题,但传送码流经过编码处理后,可能会在其中出现连续的“0”或连续的“1”。这样 一方面破坏了系统设计的前提,破坏了传输信道的“0”码和“1”码的平衡,使得系统有可能会达不到设计的性能指标,另一方面在接收端进行信道解码前必须首 先利用时钟恢复电路提取出线路时钟,线路时钟的提取是利用传输码流“0”与“1”之间的波形跳变实现的,而连续的“0”或连续的“1”给线路时钟的提取带来了困难。为了保证在任何情况下进入传输信道的数据码流中“0”与“1”的概率都能基本相等,传输系统会用一个伪随机序列对输入的传送码流进行扰乱处理, 讲二进制数字信息做“随机化”处理,变为伪随机序列,也能限制连“0”码或连“1”码的长度,这种“随机化”处理通常称为“扰码”。

从更广泛的意义上来说,扰码能使数字传输系统(不论是基带或带通传输)对各种数字信息具有透明性,这不但因为扰码能改善位定时恢复的质量,还因为扰码能使信号频谱弥散而保持稳恒,相当于将数字信号的功率谱拓展,使其分散开了,因此扰乱过程又被称为“能量分散”过程。

伪随机序列是由一个标准的伪随机序列发生器生成的,其“0”与“1”出现的概率接近50%。由于二进制数值运算的特殊性质,用伪随机序列对输入的传送码流 进行扰乱后,无论原始传送码流是何种分布,扰乱后的数据码流中“0”与“1”的出现概率都接近50%。扰乱虽然改变了原始传送码流,但这种扰乱是有规律 的,因而也是可以解除的,在接收端解除这种扰乱的过程称为解扰。完成扰码和解扰的电路相应称为扰码器和解扰器。

当输入二进制信息码全部为全0码时扰码器实际上就是一个m序列伪随机码发生器。m序列是最常用的一种伪随机序列,它是最长线性反馈移位寄存器序列的简称。每个m序列都有其特征多项式,如果m序列由n级移位寄存器构成,那么它的特征多项式必须是n次的本原多项式。

由n级移位寄存器产生(即本原多项式的次数是n)的m序列具有以下性质: (1) 周期为2n-1; (2) 除了全0状态外,各种可能出现的不同状态都在m序列的一个周期内出现,而且只出现一次。m序列中“1”和“0”的出现频率大致相同,“1”码只比“0”码多一个; (3) m序列中最长的连“1”码长度为n,最长的连“0”码长度为n-1。

原文发布于微信公众号 - 瓜大三哥(xiguazai_tortoise)

原文发表时间:2019-05-06

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