NO304868B1 - FremgangsmÕte for Õ synkronisere den pseudo-tilfeldige binµrsekvens i en descrambler - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår kommunikasjon av digitalt kodede data, og spesielt systemer hvor data blir scramblet i henhold til en binærsekvens før transmisjon. Som beskrevet nedenfor har man funnet at den foreliggende oppfinnelse er spesielt fordelaktig i forbindelse med koding av videosignaler, men den er også anvendelig til forskjellige former for data.

Det har tidligere vært foreslått å scramble kodede videodata før transmisjon ved å kombinere, ved en XOR-port, utgangene fra en kodeenhet og en PRBS (pseudotilfeldig binærsekvens) generator. De scramblede data kan så bli lest bare ved en mottaker som har en tilpasset descrambler. Kodeenheten kan kode inngangssignalene, for eksempel ved bruk av en 5-bit dybrid DPCM (differensiell pulskodemodulasjon) som beskrevet i en publikasjon av M.C.W. Van Buul, "Hybrid D-PCM, combination of PDCM and PCM", IEEE Trans, on Communications, Vol. COM-26 No. 3, 3/78, sidene 362 til 68. De parallelle 5-bit kodeord som sendes ut av en slik koder blir omformet til en seriebit-strøm før den blir scramblet av den pseudotilfeldige kodesekvens. Ved mottakeren blir så seriedataene descramblet ved bruk av en tilpasset PRBS-generator før de blir sammensatt til 5-bit kodeord som blir dekodet for å rekonstruere det opprinnelige videosignal.

For å descramble dataene korrekt er det nødvendig at PRBS-generatoren i mottakeren må være tilpasset den i senderen, slik at tilsvarende biter i den pseudotilfeldige sekvens går til de samme elementene av data i scrambleren og descrambleren. Som beskrevet i søkerens tidligere britiske søknader nr. 8804552 og 8721603, kan dette oppnås ved å lete etter et linjesynkroniserings- eller rammeinnretningsord eller annen forutbestemt fast komponent i de mottatte data, og å innrette eller tilpasse PRBS-generatoren i henhold til dette. Skjønt dette er tilstrekkelig til å sikre korrekt descrambling av seriedataene, er det også nødvendig å sikre at omformingen av seriedataene til parallelle 5-bit ord blir utført i korrekt innretting med senderen for å unngå forvrengning av dataene. Dette kan oppnås ved å legge til ekstra synkroniseringsbiter til videodataene, men dette vil forårsake en uønsket administrasjonskostnad i transmisjonsprisen. Alternativt har det vært foreslått å erstatte noen av de mindre signifikante biter i videosignalet med synkroniseringsord. Dette introduserer imidlertid små, men regelmessige feil i videosignalet, som kan bli synlige når signalet gjenopprettes.

Ifølge den foreliggende oppfinnelse er det tilveiebrakt en fremgangsmåte for å kommunisere data fra en sender til en mottaker, omfattende koding av et inngangssignal med n-biters kodeord, hvor n er et helt tall, omforming av kodeordene til en serie bitstrøm, generering med en pseudotilfeldig binærsekvensgenerator i senderen, av en n x m bit pseudotilfeldig binærsekvens med fast lengde, hvor m er et helt tall, generering av et ord-synkroniseringssignal som respons på et forut bestemt punkt i hver gjentakelse av den pseudotilfeldige binærsekvens i senderens pseudotilfeldige binærsekvensgenerator, synkronisering av kodingen av inngangssignalene i henhold til ord-synkroniseringssignalet, scrambling av seriebitstrømmen med den pseudotilfeldige binærsekvensen, sending av de scramblede data til mottakeren, generering med en pseudotilfeldig binærsekvens generator i mottakeren, en tilsvarende binærsekvens, generering av et tilsvarende ord-innrettingssignal eller ord-tilpasningssignal som respons på det forut bestemte punkt i hver gjentakelse av den tilsvarende binærsekvens, descrambling av dataene i mottakeren med den tilsvarende binærsekvens, synkronisering av en tilsvarende binærsekvens til scramblingssekvensen i senderen, og sammensetning av de descramblede data til n-biters ord i henhold til det nevnte tilsvarende ord-innrettingssignal, for dermed å opprettholde ord-innrettingen mellom senderen og mottakeren.

Fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse scrambler dataene ved bruk av en repeterende PRBS med en fast lengde som er et heltalls multiplum av lengden til kodeordene. I tilfellet med 5-biters kodeord som diskutert ovenfor, benytter man en PRBS lengde på 255 biter, hvilket gir 16 ortogonale PRBS-sekvenser. Siden et heltalls antall kodeord passer inne i hver PRBS-ramme, kan et fast faseforhold bli opprettholdt mellom kodeordene og PRBS-rammen. PRBS-generatoren og koderen som sender ut kodeordene kan for eksempel innrettes slik at den første bit i PRBS-sekvensen alltid tilsvarer den første bit i et kodeord. Dette har den viktige konsekvens at ordinnrettingen i mottakeren kan opprettholdes ganske enkelt ved å synkronisere dekoderen med descramblings-PRBS sekvensen. Behovet for en ytterligere synkroniseringsfremgangsmåte for dekoderen og de medfølgende ulemper med ytterligere transmisjonskostnader eller degradering av dataene er derfor unngått.

Mottakerens pseudotilfeldige binærsekvens-generator er fortrinnsvis drevet av en styrbar oscillatoranordning, og synkroniseringen av den nevnte tilsvarende binærsekvens oppnås ved å detektere ved mottakeren et forutbestemt element i de mottatte data, og låsing av oscillatoranordningens frekvens som respons på deteksjonen av det forut bestemte element.

Det forut bestemte element kan være et fast bitmønster eller alternativt et merkesignal som er overlag ret i det analoge området.

Ifølge et videre aspekt ved den foreliggende oppfinnelse er det frembrakt et system for å kommunisere data, bestående av en sender som omfatter en koder innrettet til å kode et inngangssignal med n-biters kodeord, hvor n er et helt tall, og til å omforme kodeordene til en seriebit-strøm, og en scramble-anordning som omfatter en pseudotilfeldig binærsekvensgenerator og er innrettet til å scramble seriebit-strømmen med en n x m bit pseudotilfeldige binær-sekvens av fast lengde, hvor m er et helt tall, for å sende ut de scramblede data og å frembringe et ord-synkroniseringssignal som respons på et forut bestemt punkt i hver gjentakelse av den pseudotilfeldige binærsekvens, hvor koderen er innrettet til å synkronisere kodingen av inngangssignalet i henhold til ord-synkroniseringssignalet; og en mottaker anordnet til å motta de scramblede data, og omfattende en descramblingsanordning med en pseudotilfeldig binærsekvens-generator anordnet for å descramble dataene med en tilsvarende binærsekvens og å frembringe et tilsvarende ord-synkroniseringssignal som respons på et forut bestemt punkt i hver gjentakelse av den tilsvarende binærsekvens, en anordning for å synkronisere descramblingsanordningen med scramblingsanordningen, og en dekoderanordning for å sette sammen de descramblede data til n-biters ord i henhold til det nevnte tilsvarende ord-innrettingssignal, og dermed opprettholde ord-innrettingen mellom senderen og mottakeren.

Mottakerens pseudotilfeldige binærsekvens-generator er fortrinnsvis drevet av en styrbar oscillatoranordning, og mottakeren omfatter videre en overvåkningsanordning innrettet til å detektere ved mottakeren et forut bestemt element i de mottatte data, og oscillatoranordningen reagerer på utgangen fra overvåkningsanordningen til å låse dens frekvens som respons på deteksjon av det forut bestemte element.

Den pseudotilfeldige binærsekvens i senderen og mottakeren er fortrinnsvis en sekvens med maksimum lengde.

En fremgangsmåte og system ifølge den foreliggende oppfinnelse skal i det følgende beskrives i detalj, under henvisning til tegningene, hvor:

Fig. 1 er et blokkdiagram av en datasender; og

Fig. 2 er et blokkdiagram av en datamottaker.

Som vist på figur 1 blir et videosignal påtrykt en koder 1, som i det foreliggende eksempel koder dataene ved hjelp av hybrid differensial pulskodemodulasjons- (HDPCM) system. Kodingssystemet genererer 5-biters kodeord som blir omformet til en serie bitstrøm ved en parallell/serie-omformer 2. De resulterende seriedata blir kombinert i en XOR-port 3 med en pseudotilfeldig binærsekvens-utgang med fast lengde, med en PRBS-generator 4. Dette scrambler utgangsdataene ved bruk av den siffer-strøm scramblingsteknikk som er beskrevet i publikasjonen "Cipher System", Beker H. & Piper F, Northwood Book, 1982, sidene 180 -198. De scramblede data blir så tilført transmisjonskanalen, som i det foreliggende eksempel er et passivt optisk nettverk (ikke vist).

I det foreliggende eksempel PRBS-sekvensen som brukes av generatoren 4, 255 biter lang. Lengden er valgt slik at et helt antall videorammer passer inne i hver PRBS-ramme. En 255-biter sekvens muliggjør 16 ortogonale PRBS-sekvenser, slik at systemet kan understøtte 16 forskjellige kanaler. Andre sekvenslengder er mulige. Den neste passende sekvens i en 5-biters kode er 4095 biter, og denne vil understøtte mange forskjellige kanaler. Den foreliggende oppfinnelse kan også anvendes på andre kode-ordlengder, men bare odde antall biter er egnet for bruk med sekvenser som har lengden 2k<->1, hvor k er et helt tall, d.v.s. m-sekvenser. En 3-bit kode kan foreksempel brukes med en 63-bit, 255-bit, 1023-bit, eller4095 bit PRBS, en 7-bit kode med en 4095-bit PRBS eller en 9-bit kode med en 4095-bit PRBS. I alle tilfeller er PRBS-sekvenslengden et helt multiplum av ordlengdene, hvilket gjør det mulig å opprettholde et fast faseforhold mellom PRBS-generatoren og koderen ved ord-nivå. Det er derfor mulig å bruke PRBS-generatoren 4 til taktstyring av koderen 1, ved å generere en ord-innrettingspuls ved et fast punkt i hver repetisjon av binærsekvensen. Dette kan gjøres ved å bruke logikk-kretser til å detektere, for eksempel det punkt hvor sekvensen slutter og gjentakelsen begynner, og å generere en tilsvarende puls.

Figur 2 viser en datamottaker, som ved bruk av en PRBS-generator 5 tilpasset den i senderen og en dekoder 6, descrambler og dekoder dataene som mottas fra transmisjonskanalen. Mottakeren omfatter en spenningsstyrt krystall-oscillator (VCXO) 7 genererer et bit-taktsignal for dekoderen 6.

De innkommende seriedata blir matet i parallell til de to D-type låsene 8, 9 som er taktstyrt av oscillatoren 7, men med en faseforskjell på 1/2 bitperiode mellom dem. Utgangen fra låsen 8 tas til en XOR-port 10 hvor den blir kombinert med mottakerens PRBS-generator 5. De descramblede data som forlater XOR-porten 10 blir så ført til dekoderen 6 hvor de blir sammensatt til 5-bit ord og dekodet ved bruk av en komplementær prosess til den som er brukt i koderen 1. Videosignalet blir så gjenopprettet og sendt ut.

Dataene fra den andre låsen 9 blir brukt til å synkronisere mottakerens PRBS-generator 5 til PRBS-generatoren som brukes i senderen 1 for å scramble dataene. Utgangen fra denne låsen 9 blir kombinert med utgangen fra PRBS-generatoren 5 ved en videre XOR-port 11. Utgangen fra XOR-porten 11 blir analysert av en synkroniseringsdetektor 12, som utgjør overvåkningsanordningen for den foreliggende oppfinnelse, og som er anordnet for å overvåke dataene for å detektere et forut bestemt synkroniseringsord som vil være tilsatt videosignalet i koderen 1; alternativt kan et linje-synkroniseringssignal detekteres. Fravær av et slikt ord indikerer at dataene blir korrumpert ved en feil i innrettingen (tilpasningen) mellom PRBS-generatorene 4, 5 i senderen og mottakeren. Hver gang det forut bestemte ord blir detektert senere overvåkningsenheten 12, til et sløyfe-filter 13, en logisk "1" styringspuls. Sløyfefilteret 13, som er konstruert for å sikre styringssløyfens stabilitet, leverer tidsgjennomsnittet for sitt inngangssignal til VCXO 7 for å fremme eller sinke dennes fase, og dermed oppnå låsing av oscillatorfrekvensen. På denne måten blir en eventuell feil i fasen korrigert, og mottakerens PRBS-generator 5 blir holdt låst i innretting med senderens generator 4. VCXO 7 og sløyfefilteret 13 utgjør sammen en styrbar oscillatoranordning for den foreliggende oppfinnelse.

Som et alternativ til den anordning som er diskutert ovenfor, kan overvåkningsenheten 12 motta scramblede data og innrette PRBS-generatoren på basis av et detektert trekk ved disse scramblede data.

På samme måte som i senderen, kan et fast faseforhold bli opprettholdt mellom dekoderen 6 og generatoren 5 som følge av at PRBS-generatorrammen er et helt multiplum av kodeordets lengde. Siden mottakerens PRBS-generator 5 er synkronisert med senderens generator 4 som i sin tur er innrettet med koderen 1 på ord-nivået, er det tilstrekkelig å innrette dekoderen 6 med generatoren 5 for å oppnå ord-innretting gjennom systemet. Dekoderen 6 er innrettet med generatoren 5 ved bruk av logikk-kretser for å generere en ordinnrettings-puls, på samme måte som beskrevet ovenfor for senderen.

Claims (6)

1. Fremgangsmåte for å kommunisere data fra en sender til en mottaker,karakterisert vedat den omfatter koding av et inngangssignal med n-bits kodeord, hvor n er et helt tall, omforming av n-bits kodeordene til en seriebit-strøm, generering med en pseudotilfeldig binærsekvens-generator i senderen, av en n x m bit pseudotilfeldig binærsekvens med fast lengde, hvor m er et helt tall, generering av et ord-synkroniseringssignal som respons på et forut bestemt punkt i hver gjentakelse av den pseudotilfeldige binærsekvens i senderens pseudotilfeldige binærsekvens-generator, synkronisering av kodingen av inngangssignalet i henhold til ord-synkroniseringssignalet, scrambling av seriebit-strømmen med den pseudotilfeldige binærsekvensen, sending av de scramblede data til mottakeren, generering med en pseudotilfeldig binærsekvensgenerator i mottakeren, av en tilsvarende binærsekvens, generering av et tilsvarende ord-tilpasningssignal som respons på det forut bestemte punkt i hver gjentakelse av den tilsvarende binærsekvens, descrambling av dataene i mottakeren med den tilsvarende binærsekvens, synkronisering av den tilsvarende binærsekvens til scramblingssekvensen i senderen, og sammensetning av de descramblede data til n-bit ord i henhold til det nevnte tilsvarende ord-tilpasnings-signal, for dermed å opprettholde ord-tilpasningen mellom senderen og mottakeren.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert vedat mottakerens pseudotilfeldige binærsekvens-generator blir drevet av en styrbar oscillatoranordning, og at synkroniseringen av den nevnte tilsvarende binærsekvens oppnås ved å detektere, ved mottakeren, et forut bestemt element i de mottatte data, og ved å låse oscillatoranordningens frekvens som respons på detekteringen av det forut bestemte element.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert vedat den genererte pseudotilfeldige binærsekvens er en sekvens av maksimum lengde.

4. System for å kommunisere data, karakterisert vedat det omfatter en sender med en koder anordnet til å kode et inngangssignal med n-bit kodeord hvor n er et helt tall, og for å omforme n-bits kodeordene til en seriebitstrøm, og en scramblingsanordning som omfatter en pseudotilfeldig binærsekvens-generator og er anordnet for å scramble seriebitstrømmen med en n x m bit pseudotilfeldig binærsekvens av fast lengde, hvor m er et helt tall, for å sende ut de scramblede data og for å frembringe et ord-synkroniseringssignal som respons på et forut bestemt punkt i hver gjentakelse av den pseudotilfeldige binærsekvens, hvor koderen er anordnet til å synkronisere kodingen av inngangssignalet i henhold til ord-synkroniseringssignalet; og en mottaker som er anordnet for å motta de scramblede data og som omfatter en descramblingsanordning med en pseudotilfeldig binærsekvensgenerator, hvilken descramblingsanordning er anordnet for å descramble dataene med en tilsvarende binærsekvens og å frembringe et tilsvarende ord-synkroniseringssignal som respons på det forut bestemte punkt i hver gjentakelse av den tilsvarende binærsekvens, en anordning for å synkronisere descramblingsanordningen med scramblingsanordningen, og en dekoderanordning for å sette sammen de descramblede data til n-bits ord i henhold til det nevnte tilsvarende ord-innrettingssignal, og dermed opprettholde ord-innrettingen mellom senderen og mottakeren.

5. System ifølge krav 4, karakterisert vedat mottakerens pseudotilfeldige binærsekvensgenerator blir drevet av en styrbar oscillatoranordning, og at mottakeren videre omfatter en overvåkningsanordning for å detektere, ved mottakeren, et forut bestemt element i de mottatte data, og hvor oscillatoranordningen reagerer på utgangssignalet fra overvåknings-anordningen for å låse dens frekvens som respons på detektering av det forut bestemte element.

6. System ifølge krav 4 eller krav 5, karakterisert vedat de pseudotilfeldige binærsekvens-generatorer er anordnet for å generere en sekvens av maksimum lengde.