스크램블링 인코딩 편집하기

'''Scrambling Technique'''

스크램블링 기법은 독자적인 인코딩 기법이라 보긴 어렵고 다른 인코딩 방식에서 발생할 수 있는 문제점을 보완하는 기법이라고 보아야 한다.

== 스크램블링 기법 ==
Scrambling은 특정 비트열이 신호 상에서 일정한 전압 상태(예: 지속적인 0 또는 +, -의 패턴)를 발생시키는 문제를 해결하기 위한 기술이다. 주요 목적은 데이터를 전송할 때 신호의 '''동기화''' 문제를 해결하고, '''DC(직류) 성분을 없애는 것'''이다.

* '''대체 신호 패턴(Filling Sequence)'''
** 연속된 0 또는 다른 일정한 패턴이 발생할 경우 이를 대체할 신호 패턴을 삽입
** 동기화를 유지하기 위해 충분한 신호 변화를 만들어야 함
** 수신기는 대체된 신호 패턴을 인식하고 이를 원래 데이터로 복구해야 함
** 대체된 신호의 길이는 원래 신호와 동일해야 함
* '''디자인 목표'''
** [[직류 성분|DC 성분]] 없음
** 장기간의 동일 레벨의 신호 없음
** 데이터 전송률 저하 없음
** 에러 탐지 기능

=== 예시 ===
[[파일:스크램블링이 적용된 인코딩.png]]

== B8ZS ==
'''Bipolar with 8 Zeros Substitution'''

* '''[[다중 레벨 이진 인코딩|Bipolar-AMI]]''' 기반의 Scrambling 기법.
* '''목적''': 연속된 8개의 0을 포함하는 비트 패턴을 변환하여 AMI 코드에서 발생하는 문제를 해결함
* '''방법''':
** '''8개의 0이 연속으로 나타날 때''', 그 직전 신호가 양(+)이었으면 '''0 0 0 + - 0 - +''' 로 인코딩
** '''8개의 0이 연속으로 나타날 때''', 그 직전 신호가 음(-)이었으면 '''0 0 0 - + 0 + -''' 로 인코딩
** 이 방식은 AMI 코드의 두 가지 위반을 유발하는데, 이는 '''잡음에 의해 자연적으로 발생할 가능성이 매우 낮음'''
** 수신기는 이 패턴을 감지하고 이를 원래의 '''8개의 0''' 비트열로 해석함

=== 알고리즘 코드 (파이썬) ===
<syntaxhighlight lang="python3" line="1">
def b8zs(nrzl_input):
    output = []
    previous_pulse = -1  # Assume the last pulse was -1 to start with
    zero_count = 0

    i = 0
    while i < len(nrzl_input):
        bit = nrzl_input[i]
        if bit == 1:
            # Handle a 1 bit
            if previous_pulse == 1:
                output.append(-1)  # Positive pulse
            else:
                output.append(1)  # Negative pulse
            previous_pulse = -previous_pulse  # Toggle the pulse
            zero_count = 0  # Reset zero count
        else:
            zero_count += 1
            if zero_count == 8:
                # Replace 8 consecutive zeros with B8ZS substitution pattern
                if previous_pulse == 1:
                    # Last pulse was positive -> encode as 000+-0-+
                    output[-7:] = [0, 0, 0, 1, -1, 0, -1, 1]  # Replace last 7 zeros
                else:
                    # Last pulse was negative -> encode as 000-+0+-
                    output[-7:] = [0, 0, 0, -1, 1, 0, 1, -1]  # Replace last 7 zeros
                zero_count = 0  # Reset zero count after substitution
            else:
                output.append(0)  # Regular zero handling
        i += 1
    
    return output
    
# 테스트 데이터 (NRZ-L 입력값)
nrzl_input = [1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,1,1,0,0,0,0,0,1,0]

# B8ZS 테스트
print("B8ZS encoding:", b8zs(nrzl_input))
</syntaxhighlight>'''실행 결과'''

* B8ZS encoding: [1, -1, 0, 0, 0, -1, 1, 0, 1, -1, 1, -1, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0]

== HDB3 ==

* '''[[다중 레벨 이진 인코딩|Bipolar-AMI]]''' 기반의 또 다른 Scrambling 기법.
* '''목적''': '''4개의 0'''가 연속되는 비트열을 처리하기 위해 설계됨.
* '''방법''': 연속된 4개의 0을 '''하나 또는 두 개의 펄스로 대체'''하여 AMI 코드 위반을 유발하지만, 그 패턴은 수신기가 쉽게 인식할 수 있음.

{| class="wikitable"
|+N = 최근 대체 이후 발생한 1의 수
!직전 펄스
!N이 홀수
!N이 짝수
|-
| -
|000-
| +00+
|-
| +
|000+
| -00-
|}

=== 알고리즘 코드 (파이썬) ===
<syntaxhighlight lang="python3" line="1">
def hdb3(nrzl_input):
    output = []
    previous_pulse = -1  # Assume the initial pulse is positive
    one_count = 1  # Number of ones since the last substitution
    zero_count = 0  # Count of consecutive zeros

    for bit in nrzl_input:
        if bit == 1:
            # Handling a 1 bit
            if previous_pulse == 1:
                output.append(-1)  # Positive pulse
            else:
                output.append(1)  # Negative pulse
            previous_pulse = -previous_pulse  # Toggle the pulse
            one_count += 1
            zero_count = 0  # Reset zero count after a 1
        else:
            zero_count += 1
            if zero_count == 4:
                # Four consecutive zeros detected -> HDB3 substitution
                if one_count % 2 == 0:
                    # Even number of ones: B00B pattern
                    if previous_pulse == -1:
                        output[-3:] = [1, 0, 0, 1]
                        previous_pulse = 1
                    else:
                        output[-3:] = [-1, 0, 0, -1]
                        previous_pulse = -1
                else:
                    if previous_pulse == -1:
                        output[-3:] = [0, 0, 0, -1]
                        previous_pulse = -1
                    else:
                        output[-3:] = [0, 0, 0, 1]                
                        previous_pulse = 1
                # Replace the last three zeros in the output with the substitution pattern
                zero_count = 0
                one_count = 0  # Reset one count after substitution
            else:
                # Append regular 0s if we have not hit four consecutive zeros
                output.append(0)

    return output

# Test data (NRZ-L input)
nrzl_input = [1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0]

# HDB3 test
print("HDB3 encoding:", hdb3(nrzl_input))
</syntaxhighlight>실행 결과

* HDB3 encoding: [1, -1, 0, 0, 0, -1, 1, 0, 0, 1, -1, 1, -1, 0, 0, -1, 0, 1, 0]