ГЕНЕРАТОР ТРАНСОРТОГОНАЛЬНЫХ КОДОВ Российский патент 2003 года по МПК G06F1/02 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для создания генераторного оборудования систем связи.

Известен генератор дискретных трансортогональных сигналов (см. Цифровая обработка электрических сигналов. Под. ред. В.А. Григорьева. -Л.: ВАС, 1975, с. 48).

Однако известный генератор обладает ограниченными функциональными возможностями, поскольку он формирует только последовательности трансортогонального кода на основе матрицы Адамара и не позволяет формировать последовательности трансортогональных кодов на основе известных ортогональных последовательностей.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является генератор дискретных ортогональных функций, содержащий тактовый генератор, блок формирования функций Уолша, формирователь импульсов, триггер, два ключа, сумматор и 2ⁿ умножителей (2ⁿ - число генерируемых функций), причем выход тактового генератора подключен к тактовому входу блока формирования функций Уолша, второй выход блока формирования функций Уолша соединен с входом формирователя импульсов, с информационным входом первого ключа, 2ⁿ- й выход блока формирования функций Уолша соединен с информационным входом второго ключа, выход формирователя импульсов подключен к счетному входу триггера, инверсный и прямой выходы триггера подключены к управляющим входам первого и второго ключей соответственно, выходы первого и второго ключей подключены к входам сумматора, выход сумматора подключен к первым входам всех умножителей, выходы блока формирования функций Уолша подключены ко вторым входам соответствующих умножителей, выходы умножителей являются выходами генератора дискретных ортогональных функций (см. авторское свидетельство СССР N 1386981, кл. G 06 F 1/02, 1986 г.).

Однако известный генератор обладает ограниченными функциональными возможностями, поскольку формирует только ортогональные последовательности и не способен формировать последовательности трансортогонального кода, что не позволяет его широко использовать в качестве генераторного оборудования систем связи.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей генератора путем формирования последовательностей трансортогональных кодов.

Поставленная цель достигается тем, что в известный генератор, содержащий тактовый генератор, блок формирования функций Уолта, триггер, два ключа, сумматор, причем инверсный и прямой выходы триггера подключены к управляющим входам первого и второго ключей соответственно, ВВЕДЕНЫ n-разрядный счетчик, элемент задержки, двухвходовой элемент И-НЕ, два двухвходовых элемента ИЛИ, трехразрядный регистр сдвига, 2ⁿ двухвходовых элементов И, 2ⁿ накапливающих сумматоров, 2ⁿ двухвходовых элементов ИЛИ, 2ⁿ (m-1)-разрядных регистров сдвига, блок формирования исходных трансортогональных функций, 2ⁿ ключей, 2ⁿ-l элементов задержки, причем выход тактового генератора подключен к информационным входам первого и второго ключей, выход первого ключа подключен к тактовому входу блока формирования функций Уолша, счетному входу n-разрядного счетчика, входу элемента задержки и второму входу двухвходового элемента И-НЕ, выход второго ключа подключен к второму входу первого двухвходового элемента ИЛИ, выход переполнения n-разрядного счетчика соединен с входом трехразрядного регистра сдвига, первыми входами первого и второго двухвходовых элементов ИЛИ и входами установки в нулевое состояние накапливающих сумматоров, выход элемента задержки подключен к первому входу двухвходового элемента И-НЕ, выход которого соединен со вторым входом второго двухвходового элемента ИЛИ, выход этого элемента ИЛИ соединен с тактовым входом блока формирования исходных трансортогональных функций, управляющим входом первого ключа блока управляемых ключей и с входами 2ⁿ-1 линий задержки, выходы линий задержки подключены соответственно к управляющим входам 2ⁿ-1 ключей блока управляемых ключей, ко входам 2ⁿ ключей блока управляемых ключей подключены выходы блока формирования исходных трансортогональных функций, выходы 2ⁿ ключей блока управляемых ключей подключены к вторым входам соответствующих двухвходовых элементов И, к первым входам этих элементов И подключены выходы блока формирований функций Уолша, выходы двухвходовых элементов И подключены к входам накапливающих сумматоров, выходы которых подключены к вторым входам соответствующих двухвходовых элементов ИЛИ, выходы двухвходовых элементов ИЛИ подключены к информационным входам соответствующих (m-1)-разрядных регистров сдвига, выходы регистров сдвига подключены к первым входам соответствующих двухвходовых элементов ИЛИ, выход первого двухвходового элемента ИЛИ подключен к входам управления записью всех (m-1)-разрядных регистров сдвига, выходы которых являются выходами генератора трансортогональных кодов.

Трансортогональным кодом называется код, у которого для всех υ_i≠υ_j. (где v_i- кодовое слово, состоящее из символов 1 и -1, i=1,2,3,...,m - последовательность натуральных чисел) коэффициент корреляции определяется следующим выражением:

(см. Цифровые методы в космической связи. Под ред. С.Голомба. Пер. с англ. под ред. В.И. Шляпоберского. - M.: Связь, 1969, с.91).

Известно, что ортогональное преобразование последовательностей трансортогонального кода при переводе их из исходного базиса в новый, с последующим представлением координат синтезированной последовательности в базисе смещенных по времени единичных импульсов, когда старый и новый базисы ортонормированные, не меняет длину векторов и углы между ними. Следовательно, не изменяется и коэффициент взаимной корреляции. А спектральные и энергетические характеристики, а так же функция автокорреляции меняются из-за изменения структуры кода, определяемой координатами в новом базисе (см. Методика синтеза ансамблей симплексных сигналов плотнейшей поверхностно-сферической укладки. Самус М. В. -Воронеж.: ВННИС. Материалы XXIII НТК, Т.2, 1997. с. 614).

На выходах блока формирования функций Уолша в прототипе (см. авторское свидетельство СССР N 1386981, кл. G 06 F 1/02, 1986 г.) формируется система функций Уолша, описываемых матрицей Адамара, представленной в нормальной форме, однако известный генератор дискретных ортогональных функций не способен генерировать трансортогональные коды. Предлагаемый генератор позволяет решать эту задачу - он генерирует последовательности трансортогонального кода для m=4t.

На фиг. 1 представлена структурная схема генератора трансортогональных кодов; на фиг.2 - временные диаграммы, иллюстрирующие процесс формирования предлагаемым генератором последовательности кода S(2,t) для случая m=4t=4; на фиг. 3 - временные диаграммы функций Уолша, формируемых блоком формирования функций Уолша для случая 2ⁿ=4; на фиг.4 - временные диаграммы последовательностей исходного трансортогонального кода, формируемые блоком формирования исходных трансортогональных функций для случая m=4t=4; на фиг.5 - временные диаграммы последовательностей трансортогонального кода для случая m= 4t=4, формируемых предлагаемым генератором.

Генератор трансортогональных кодов содержит тактовый генератор 1, (n-1)-разрядный регистр сдвига 2, n-разрядный счетчик 3, ключи 4, 5, блок ключей 17.1...17. 2ⁿ-1, триггер 6, элементы ИЛИ 7, 11.1...11.2ⁿ, 15, блок 8 формирования функций Уолша, двухвходовые элементы И 9.1...9.2ⁿ, накапливающие сумматоры 10.1...10.2ⁿ, (m-1)-разрядные регистры сдвига 12.1...12.2ⁿ, линии задержки 13, 18.1...18.2ⁿ-1, двухвходовой элемент И-НЕ 14, блок формирования исходных трансортогональных функций 16.

Генератор работает следующим образом.

Перед началом работы генератора триггер 6 устанавливается в единичное состояние, а n-разрядный счетчик 3 и разряды n-разрядного регистра сдвига 2 и (m-1)-разрядных регистров сдвига 12.1...12.2ⁿ устанавливаются в нулевое состояние.

Период настройки генератора
Под действием импульсов с выхода тактового генератора 1, поступающих через открытый ключ 4 на тактовый вход блока 8 формирования функций Уолша, на выходах блока 8 формируются функции Уолша, поступающие на первые входы двухвходовых элементов И 9.1...9.2ⁿ. Импульсы с выхода открытого ключа 4 так же поступают на вход линии задержки 13 и на первый вход двухвходового элемента И-НЕ 14. Поскольку длительность тактовых импульсов равна половине периода их следования, а время задержки τ элемента задержки 13 равно периоду следования тактовых импульсов, на выходе элемента И-НЕ 14 формируется только один - первый тактовый импульс, который через элемент ИЛИ 15 поступает на тактовый вход блока 16 формирования исходных трансортогональных последовательностей. В результате на выходах блока 16 формируются первые импульсы исходных трансортогональных последовательностей, которые поступают на вход блока управляемых ключей.,-17.1...17.2ⁿ. Управление ключевыми устройствами 17.1...17.2ⁿ осуществляется импульсами, поступающими на вход блока 16, причем управляющий импульс подается на ключ 17.1 непосредственно с выхода, элемента ИЛИ 15, а на остальные 2ⁿ-1 ключей через соответствующие линии задержки 18.1. ..18.2ⁿ-1. Время задержки τ₁ элемента задержки 18.1 равно периоду следования импульсов тактового генератора, время задержки τ_i каждого следующего элемента задержки в два раза больше предыдущего (τ_i+1 = 2τ_i). С выхода ключевых устройств 17.1...17.2ⁿ импульсы, формируемые блоком 16, поступают на вторые входы двухвходовых элементов И 9.1...9.2ⁿ.

Элементы И 9.1...9.2ⁿ осуществляют перемножение последовательностей импульсов, формируемых блоком 8, на импульсы, формируемые блоком 16. С выходов двухвходовых элементов И 9.1...9.2ⁿ импульсы поступают на входы последовательных сумматоров 10.1...10.2ⁿ, далее с выходов последовательных сумматоров импульсы поступают через соответствующие элементы ИЛИ 11.1...11.2ⁿ на информационные входы регистров сдвига 12.1...12.2ⁿ. Однако запись информации в первый разряд регистров сдвига 12.1. . .12.2ⁿ не будет осуществляться до прихода на входы управления записью регистров сдвига разрешающего импульса, который формируется следующим образом: импульсы с выхода тактового генератора через открытый ключ 4 поступают на счетный вход n-разрядного счетчика 3, изменяют состояние его разрядов и после подачи 2ⁿ-го импульса на выходе переполнения счетчика 3 появляется импульс, поступающий через элемент ИЛИ 7 на входы управления записью регистров сдвига 12.1...12.2ⁿ. Этот же импульс поступает на входы установки в нулевое состояние сумматоров 10.1...10.2ⁿ и через элемент ИЛИ 15 на тактовый вход блока 16, в результате на выходах блока 16 формируются следующие элементы исходных трансортогональных последовательностей. Таким образом формирование каждого следующего элемента исходных трансортогональных последовательностей на выходах блока 16 будет осуществляться с приходом каждого 2ⁿ-го импульса тактового генератора. Импульсы с выхода n-разрядного счетчика 3 поступают так же на счетный вход 2ⁿ-1 разрядного регистра сдвига 2. Каждый следующий, поступающий с выхода счетчика 3 импульс продвигает содержимое регистра 2 на один разряд. После заполнения всех 2ⁿ-1 разрядов регистра 2 на его выходе появится импульс, устанавливающий триггер 6 в нулевое состояние. При этом ключ 4 закрывается, а ключ 5 открывается. Импульсы с выхода ключа 4 не поступают на тактовый вход блока 8 и он прекращает формирование дискретных ортогональных функций. Подача импульсов прекращается и на счетный вход n-разрядного счетчика 3, импульсы с его выхода переполнения перестают поступать через элемент ИЛИ 15 на тактовый вход блока 16, который перестает формировать исходные трансортогональные функции. К этому моменту все 2ⁿ-1 разрядов регистров сдвига 12.1...12.2ⁿ будут заполнены. На этом период настройки генератора заканчивается.

Период генерирования
Поскольку триггер 6 устанавливается в нулевое состояние, единица с его инверсного выхода открывает ключ 5 и тактовые импульсы через элемент ИЛИ 7 подаются на входы управления записью (m-1) разрядных регистров сдвига 12.1.. .12.2ⁿ. В результате информация в их разрядах сдвигается, а импульсы с каждого (m-1) разрядного регистра сдвига 12.1...12.2ⁿ через соответствующие элементы ИЛИ 11.1...11.2ⁿ+1 поступают на информационные входы (m-1)разрядных регистров сдвига 12.1...12.2ⁿ. Таким образом, на выходах (m-1) разрядных регистров сдвига 12.1...12.2ⁿ, периодически повторяясь, формируются последовательности трансортогонального кода для m=4t.

На фиг. 2 приведены временные диаграммы, иллюстрирующие процесс формирования последовательности S(2,t) трансортогонального кода для случая m=4t=4. На диаграммах показано временное состояние:
а) выхода тактового генератора 1;
б) выхода блока 8 формирований функций Уолша, на котором формируется функция Wal (2;t);
в) выхода переполнения n-разрядного счетчика 3;
г) выхода третьего разряда регистра сдвига 2;
д) прямого выхода триггера 6;
е) инверсия выхода триггера 6;
ж) выхода ключа 4;
з) выхода ключа 5;
и) выхода двухвходового элемента И-НЕ 14;
к) выхода ключа 17.1;
л) выхода ключа 17.2;
м) выхода ключа 17.3;
н) выхода ключа 17.4;
о) выхода двухвходового элемента И 9.2;
п) выхода (m-1)-ro разряда (m-1)- разрядного регистра сдвига 12.2, на котором формируется последовательность S(2, t) трансортогонального кода.

Использование изобретения позволяет расширить функциональные возможности генератора дискретных ортогональных функций путем формирования последовательностей трансортогонального кода, для m= 4t (где m - число последовательностей кода, t=l, 2, 3,... - множество натуральных чисел).

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано в системах связи. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей. Устройство содержит тактовый генератор, блок формирования функций Уолша, триггер, ключи, счетчик, элементы задержки, элемент И-НЕ, элементы ИЛИ, регистры сдвига, элементы И, накапливающие сумматоры и блок формирования исходных трансортогональных функций. 5 ил.

Генератор трансортогональных кодов, содержащий тактовый генератор, блок формирования функций Уолша, триггер, два ключа, причем инверсный и прямой выходы триггера подключены к управляющим входам первого и второго ключей соответственно, отличающийся тем, что в него введены n-разрядный счетчик, линия задержки, двухвходовый элемент И-НЕ, два двухвходовых элемента ИЛИ, трехразрядный регистр сдвига, 2ⁿ двухвходовых элементов И, 2ⁿ накапливающих сумматоров, 2ⁿ двухвходовых элементов ИЛИ, 2ⁿ (m-1)-разрядных регистров сдвига, блок формирования исходных трансортогональных функций, блок управляемых 2ⁿ ключей, (2ⁿ-1) элементов задержки, причем выход тактового генератора подключен к информационным входам первого и второго ключей, выход первого ключа подключен к тактовому входу блока формирования функций Уолша, счетному входу n-разрядного счетчика, входу линии задержки и второму входу двухвходового элемента И-НЕ, выход второго ключа подключен к второму входу первого двухвходового элемента ИЛИ, выход переполнения n-разрядного счетчика соединен с входом трехразрядного регистра сдвига, первыми входами первого и второго двухвходовых элементов ИЛИ и входами установки в нулевое состояние накапливающих сумматоров, выход линии задержки подключен к первому входу двухвходового элемента И-НЕ, выход которого соединен со вторым входом второго двухвходового элемента ИЛИ, выход этого элемента ИЛИ соединен с тактовым входом блока формирования исходных трансортогональных функций, управляющим входом первого ключа блока управляемых ключей и с входами элементов задержки, выходы элементов задержки подключены соответственно к управляющим входам (2ⁿ-1) ключей блока управляемых ключей, ко входам 2ⁿ ключей блока управляемых ключей подключены выходы блока формирования исходных трансортогональных функций, выходы 2ⁿ ключей блока управляемых ключей подключены к вторым входам соответствующих двухвходовых элементов И, к первым входам этих элементов И подключены выходы блока формирования функций Уолша, выходы двухвходовых элементов И подключены к входам накапливающих сумматоров, выходы которых подключены к вторым входам соответствующих двухвходовых элементов ИЛИ, выходы двухвходовых элементов ИЛИ подключены к информационным входам соответствующих (m-1)-разрядных регистров сдвига, выходы регистров сдвига подключены к первым входам соответствующих двухвходовых элементов ИЛИ, первый двухвходовой элемент ИЛИ предназначен для подачи импульса на входы управления записью всех (m-1)-разрядных регистров сдвига, выходы которых являются выходами генератора трансортогональных кодов.