Scrambling

Verwürfelung

Unter Scrambling versteht man ein Verfahren, mit dem das Abstrahlungsproblem von elektrischen Datenleitungen verbessert wird. Bei der binären Datenübertragung werden nur endlich viele Codes (Symbole) verwendet. Die Häufigkeit der einzelnen Codes ist in der Praxis sehr unterschiedlich. Aus der Übertragung von Sequenzen endlich vieler Codegruppen unterschiedlicher Häufigkeit entsteht ein Frequenzspektrum mit verschiedenen Spitzen in der Energie/Frequenz-Kurve. Besonders häufig tauchen Muster auf, die Frames auffüllen bzw. zwischen Frames gesendet werden. Diese Muster führen zu extremen Maxima der daraus resultierenden Frequenzen und damit auch zu einer entsprechend hohen Abstrahlung und damit Interferenz, d.h. Störung auf anderen Kabeln bzw. mit anderen Geräten.

Um die Spitzen zu glätten und damit das Abstrahlungsverhalten zu verbessern, wird auf Bitebene eine Datenverwürfelung durchgeführt. Zum unverwürfelten seriellen Datenstrom wird eine binäre Datensequenz addiert. Das Verfahren ähnelt einer Datenverschlüsselung, mit dem Unterschied, dass der Schlüssel allen Stationen bekannt ist und das Verfahren so keine Sicherheit bietet.

Man unterscheidet synchrones (additives) Scrambling und selbstsynchronisierendes (multiplikatives) Scrambling.

Synchrones (additives) Scrambling

Synchrone (additive) Scrambler starten mit einem definierten Wert ungleich 0 im LFSR. Dem Empfänger muss durch geeignete Maßnahmen, wie einem speziellen Sync-Wort, die genaue Codephasenlage des Senders mitgeteilt werden, da er sonst das gescrambelte Datensignal nicht richtig decodieren kann. Die mit jedem Schritt entstehenden rückgekoppelten Werte des LFSR werden mit dem Eingangssignal verknüpft und ergeben das Ausgangssignal. Der Vorteil von synchronen Scramblern ist daher die Unabhängigkeit des LFSR vom Nutzdatenstrom. Dadurch wirken sich mögliche Bitfehler im Eingangssignal nur einmalig aus. Nachteilig ist der zusätzliche Aufwand für die Übertragung des Sync-Wortes.

Selbstsynchronisierendes (multiplikatives) Scrambling

Selbstsychronisierende (multiplikative) Scrambler benötigen dagegen keinen definierten Startwert und auch kein Sync-Wort. Der Startwert des LFSR kann beliebig sein. Erreicht wird die Funktion der Selbstsynchronisierung dadurch, dass die Nutzdatenfolge direkt auf den Inhalt des LFSR einwirkt. Das ist aber wiederum auch den Nachteil. Denn so können bestimmte Nutzdatenfolgen den Scrambler vollständig "auslöschen". Das heißt, der Scrambler erzeugt bis zur nächsten Nutzdatenbitänderung nur noch statisch eine logische 1 oder 0. Genau das soll ja aber vermieden werden. Außerdem pflanzen sich Übertragungsfehler fort. Ein einzelner Bitfehler am Empfänger wird je nach Aufbau des Schieberegisters mindestens verdoppelt.