Генератор псевдослучайных последовательностей

 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в радиотехнике и вычислительной технике. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет увеличения класса генерируемых псевдослучайных последовательностей. Генератор содержит вход 1 управления, вход 2 задания длины последовательности, вход 3 задания изоморфного коэффициента, генератор 4 тактовых импульсов, счетчики импульсов 8 и 9, блок 16 памяти, регистр 13. Цель изобретения достигается введением элемента И 5, блоков 6 и 7 сравнения, сумматоров 10 - 12 по модулю, регистров 14 и 15 и элемента 17 задержки. 1 ил.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в радиотехнике и вычислительной технике.

Известен генератор псевдослучайных последовательностей (авт. св. СССР N 1406739, кл. Н 03 К 3/84, 1987), содержащий два счетчика, генератор тактовых импульсов, блок памяти и регистр, причем выход блока памяти соединен с входом регистра, а выход регистра является выходом устройства. Этот генератор, выбранный в качестве прототипа, позволяет генерировать К псевдослучайных последовательностей (ПСП) длиной N и их циклические сдвижки, т.е. генерировать автоморфизмы ПСП. Однако это устройство имеет ограниченные функциональные возможности, так как не позволяет генерировать изоморфные преобразования и циклические сдвижки изоморфных преобразований ПСП.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет увеличения класса генерируемых псевдослучайных последовательностей.

Для достижения указанной цели в генератор псевдослучайных последовательностей, содержащий два счетчика, генератор тактовых импульсов, блок памяти и первый регистр, выход которого является выходом генератора, а информационный вход соединен с выходом блока памяти, введены элемент И, две схемы сравнения, три сумматора по модулю, второй и третий регистры и элемент задержки, причем вход управления генератором соединен с первым входом элемента И и входом чтения блока памяти, вход задания длины последовательности соединен с первыми входами первой и второй схем сравнения, первого, второго и третьего сумматоров по модулю, а вход задания изоморфного коэффициента соединен с вторыми входами первого и второго сумматоров по модулю, причем выход генератора тактовых импульсов соединен с вторым входом элемента И, выход которого соединен с входом элемента задержки, с входом записи второго регистра и счетным входом первого счетчика, выход которого соединен с вторым входом первой схемы сравнения, выход которой соединен с обнуляющим входом первого счетчика, с входом записи третьего регистра и счетным входом второго счетчика, выход которого соединен с вторым входом второй схемы сравнения, а обнуляющий вход - с ее выходом, при этом информационные входы второго и третьего регистров соединены с выходами первого и второго сумматоров по модулю, а выходы соединены с их третьими входами соответственно и с вторым и третьим входами третьего сумматора по модулю соответственно, выход которого соединен с адресным входом блока памяти, выход элемента задержки соединен с входом записи первого регистра.

Сущность изобретения заключается в реализации алгоритма децимации по заранее известным коэффициентам децимации (т.е. изоморфным коэффициентам) опорных ПСП (базовых изоморфизмов). Децимируя опорную ПСП по коэффициенту децимации r = n, где n может принимать значения от 1 до N-1 (т.е. выбирая каждый n-й символ опорной ПСП по модулю N), получают изоморфизм опорной ПСП. Свойства получаемых изоморфизмов, количество и порядок выбора коэффициентов децимации известны (Бессарабова А.А. Теоремы о сдвигах при децимациях М-последовательностей. - Радиотехника, 1985, N 11, с.58-61; Горбенко И. Д. Свойства характеристических дискретных сигналов. - Радиотехника и электроника, 1990, N 2, т.35, с.357-363; Замула А.А. Построение системы нелинейных дискретных сигналов характеристического типа методом децимации. - Радиотехника (Харьков), 1988, N 87, с.23-27 и т.п.).

Введение элемента И обеспечивает управление работой генератора. Введение первой и второй схем сравнения обеспечивает изменение коэффициентов пересчета первого и второго счетчиков. Введение первого, второго и третьего сумматора по модулю и второго и третьего регистров позволяет формировать адреса в зависимости от коэффициентов децимации. Введение элемента задержки обеспечивает запись ПСП в первый (выходной) регистр после окончания процесса формирования адресов и считывания информации из блока памяти.

На чертеже представлена функциональная электрическая схема генератора псевдослучайных последовательностей.

Генератор псевдослучайных последовательностей содержит вход 1 управления, вход 2 задания длины последовательности, вход 3 задания изоморфного коэффициента, генератор 4 тактовых импульсов, элемент И 5, первую 6 и вторую 7 схемы сравнения, первый 8 и второй 9 счетчики, первый 10, второй 11 и третий 12 сумматоры по модулю, первый 13, второй 14 и третий 15 регистры, блок 16 памяти, элемент 17 задержки и выход 18.

Генератор псевдослучайных последовательностей работает следующим образом.

В исходном состоянии счетчики 8 и 9 и регистры 13, 14 и 15 обнулены. На вход 2 задания длины последовательности воздействует двоичный код N длины последовательности. На вход 3 воздействует двоичный код коэффициента децимации. Начало работы генератора определяется моментом подачи на его вход 1 управления единичного потенциала, который удерживается в течение всего времени работы генератора. В блоке 16 памяти (при организации N и К) может храниться NxK разрядных слов, что обеспечивает возможность генерации К различных ПСП с их циклической перестройкой, а также их всевозможных изоморфизмов с циклической перестройкой. При этом в блоке 16 памяти хранятся только опорные ПСП (базовые изоморфизмы). Для одного базового изоморфизма в каждом слове (ячейке) отведен один разряд, т.е. его элементы хранятся в смежных ячейках с адресами с нулевого по (N-1)-й. Чтение числа из блока 16 памяти разрешается единичным потенциалом, поступающим на его вход разрешения чтения со входа 1 генератора.

Тактовые импульсы с выхода генератора 1 тактовых импульсов через открытый элемент И 5 поступают на счетный вход счетчика 8, который по срезу этих импульсов осуществляет их последовательное суммирование; на вход элемента 17 задержки и на вход записи регистра 14, осуществляя по фронту запись в него информации с выхода сумматора 10 по модулю. Время задержки элемента 17 должно быть не меньше суммы времен записи в регистр 14, срабатывания сумматора 12 и чтения информации из блока 16 памяти. В результате воздействия первого тактового импульса в счетчик 8 запишется двоичный код единицы, в регистр 14 - код изоморфного коэффициента, на выходе блока 16 памяти окажется информация, записанная в него по адресу, численно равному изоморфному коэффициенту. В регистр 13 под воздействием импульса с выхода элемента 17 задержки запишется информация, воздействующая на его информационный вход. В результате на выходе 18 будут сформированы первые элементы всех К изоморфизмов. Если коэффициент децимации равен 1, то на выходе 18 формируются элементы базовых изоморфизмов.

После воздействия второго тактового импульса в счетчике 8 будет записан двоичный код числа два, в регистр 14 запишется код (r_i + r_i) MOD N, где r_i - выбранный изоморфный коэффициент на входе 3 генератора. Код указанного числа окажется на выходе сумматора 12 (так как на третий вход сумматора 12 по модулю воздействует нулевая комбинация с выхода регистра 15). По данному коду осуществляется считывание очередных элементов изоморфизмов опорных ПСП и выдача их на выход 18 генератора через регистр 13. Таким образом, в течение первых N тактов осуществляется выдача на выход 18 генератора изоморфизмов всех К опорных ПСП (или К опорных ПСП в случае равенства изоморфного коэффициента единице).

Далее генератор работает следующим образом. Как только в счетчике 8 окажется записанным код числа N, схема 6 сравнения выдаст импульс, который обнулит счетчик 8, сосчитается счетчиком 9 и запишет в регистр 15 код изоморфного коэффициента, поступающий на его вход с выхода сумматора 11 по модулю. В течение следующих N тактов на выходе 18 будут сформированы циклические сдвижки (на один элемент) изоморфизмов, сформированных в течение предыдущих N тактов. При этом сумматор 12 по модулю будет выдавать на свой выход последовательность адресов, сдвинутую на величину, записанную в регистре 15, и т.д. Итак, в течение первых N тактов генератор формирует изоморфизмы К опорных ПСП или базовые изоморфизмы, если изоморфный коэффициент равен единице, в течение последующих N тактов их циклическую сдвижку на один элемент и т. д. В результате в течение N² тактов на выходе 18 будут сформированы все циклические сдвижки К изоморфизмов, выбранных посредством задания изоморфного коэффициента по входу 3.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого изобретения заключается в расширении функциональных возможностей за счет увеличения класса генерируемых псевдослучайных последовательностей. Так, например, если в качестве опорных ПСП используются характеристические дискретные сигналы, то количество изоморфных коэффициентов равно ϕ(N)/2-1, где ϕ( ^.) - функция Эйлера. Во столько же раз увеличивается количество генерируемых ПСП и их циклических сдвижек.

Положительный эффект обеспечивается возможностью генерации всех изоморфизмов опорных ПСП и их циклических сдвижек.

Формула изобретения

ГЕНЕРАТОР ПСЕВДОСЛУЧАЙНЫХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ, содержащий два счетчика импульсов, генератор тактовых импульсов, блок памяти и первый регистр, выход которого является выходом генератора, а информационный вход соединен с выходом блока памяти, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет увеличения класса генерируемых псевдослучайных последовательностей, в него введены элемент И, два блока сравнения, три сумматора по модулю, второй и третий регистры и элемент задержки, причем вход управления соединен с первым входом элемента И и входом чтения блока памяти, вход задания длины последовательности соединен с первыми входами первого и второго блоков сравнения, первого, второго и третьего сумматоров по модулю, а вход задания изоморфного коэффициента соединен с вторыми входами первого и второго сумматоров по модулю, выход генератора тактовых импульсов соединен с вторым входом элемента И, выход которого соединен с входом элемента задержки, входом записи второго регистра и со счетным входом первого счетчика импульсов, выход которого соединен с вторым входом первого блока сравнения, выход которого соединен с обнуляющим входом первого счетчика импульсов, входом записи третьего регистра и со счетным входом второго счетчика импульсов, выход которого соединен с вторым входом второго блока сравнения, выход которого соединен с обнуляющим входом второго счетчика импульсов, при этом информационные входы второго и третьего регистров соединены с выходами первого и второго сумматоров по модулю, выходы первого и второго регистров соединены соответственно третьими входами первого и второго сумматоров по модулю и с вторым и третьими входами третьего сумматора по модулю соответственно, выход которого соединен с адресным входом блока памяти, выход элемента задержки соединен с входом записи первого регистра.

РИСУНКИ

Рисунок 1