Генератор последовательности Якоби Советский патент 1984 года по МПК G06F1/02 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в радиотехнических системах разлинншго назначения (радиолокация, радионавигация, связь, передача телеметрической информации и т. д.), связанных с применением сложных широкополосных дискретно-кодированных сигналов.

Использование таких сигналов в радиолокации позволяет разрешить противоречие между дальностью действия и разрешаюш,ей способностью, строить хорошие дальномерные коды, в системах связи и телеметрии - обеспечить надежную передачу сообш,ений в условиях многолучевого распространения радиоволн (например, в КВ-диапазоне), осуш.ествить кодовое разделение каналов связи. Широкополосные системы любого назначения отличаются высокой помехоз а щи щен ностью.

Наибольшее применение нашли максимально трансортогональные коды с одноуровневой периодической автокорреляционной функцией (ПАКФ), к классу которых относится последовательность Якоби (ПЯ) значности N 35.

Одним из препятствий на пути широкого применения ПЯ является отсутствие надежных быстродействующих генераторов последовательности Якоби.

Известен генератор последовательности Якоби значности N 35, выполненный на сдвигающем регистре, состоящем из, 35 триггеров, выход последнего из которых непосредственно соединен с входом первого. При заполнении регистра соответствующим кодом в нем будет циркулировать записанная последовательность символов с частотой следования тактовых импульсов 1.

Недостатками известного генератора являются:

необходимость специальных устройств для записи последовательности требуемой структуры (например, нужен дополнительный формирователь кода Якоби), значительная избыточность числа элементов памяти, отсутствие контроля и невозможность восстановления случайных сбоев. Любой сбой или неверная запись в ячейке регистра приводит к тому, что в регистре будет циркулировать последовательность, отличная от ПЯ; при этом многократно повторяемая ошибка снижает эффективность применения дискретной модулирующей последовательности (в связи с возможными значительными изменениями ее корреляционных свойств), так как искажение одного символа последовательности приводит к изменению бокового лепестка ПАКФ на ±4.

Известен генератор последовательности Якоби значности N 35, выполненный на восьми последовательно соединенных триггерах и содержащий группу элементов И, ИЛИ, образующих цепь обратной связи.

Генератор способен автоматически восстанавливать структуру формируемой последовательности после случайного сбоя 2. Недостатком данного генератора является избыточность числа элементов памяти и логических элементов, а также низкое быст-. родействие.

Цель изобретения - упрощение генератора и повышение его быстродействия. Поставленная цель достигается тем, что

генератор последовательности Якоби, содержащий триггеры и элементы И, ИЛИ, содержит сумматор по модулю два и три элемента И-НЕ, причем прямой и инверсный выходы первого триггера подключены

5 соответственно к единичному и нулевому входам второго триггера, прямой выход второго триггера подключен к единичному и нулевому входам третьего триггера, инверсный выход третьего триггера подключен к нулевому входу первого триггера,

0 инверсные выходы первого, второго и третьего триггеров подключены к входам первого элемента И, прямой выход третьего триггера, и выход первого элемента И через первый элемент ИЛИ подключены к единично5 му входу первого триггера, прямой выход четвертого триггера подключен к первому входу второго элемента И, выход которого подключен к единичному и нулевому входам пятого триггера, инверсные выходы четвертого и пятого триггеров подключены к

0 входам третьего элемента И, прямой и инверсный выходы третьего элемента И подключены соответственно к нулевому и единичному входам шестого триггера, инверсные в(1ходы четвертого, пятого и шестого триггеров подключены к входам четверто5 го элемента И, прямой выход шестого триггера и выход четвертого элемента И подключены к входам второго элемента ИЛИ, выход которого подключен к единичному и нулевому входам четвертого триггера, инд версные выходы первого и второго триггеров подключены к входам первого элемента , инверсный выход третьего триггера и прямой выход пятого триггера подключены к входам сумматора по модулю два, прямой выход шестого триггера и вы5 ход сумматора по модулю два подключены к входам второго элемента И-НЕ, выходы первого и второго элементов И-НЕ подключены к входам третьего элемента И-НЕ, выход третьего элемента И-НЕ является выходом генератора, синхронизирующие входы всех триггеров подключены к тактовому входу генератора.

На фиг. 1 представлена функциональная схема генератора последовательности Якоби; на фиг. 2 и 3 приведены диаграмма сос5 тояний и эпюры напряжений, поясняющие работу генератора.

Генератор содержит триггеры 1-6, элементы ИЛИ 7. и 8, элементы И 9 и 10,

элементы И-НЕ 11 и 12, элемент И 13 с прямым и инверсным выходами, элемент И- НЕ 14, элемент И 15, сумматор 16 по модулю два. Триггеры 1-6 являются I-К триггерами и объединены в регистрах 17 и 18

Генератор работает следующим обраСостояние прямых выходов триггеров 1-3, изменяющееся с частотой следования тактовых импульсов, характеризуется следующим образом.

Номер тактового

Состояние прямых выходов триггеров 1-3 импульса

001

7.

Символом «о .обозначен низкий потенциал выхода, а «1 - высокий. Состояния регистра 17 периодически (с периодом 7 тактов) повторяются. Схема регистра 17 обеспечивает полный перебор всех состояний прямых выходов триггеров 1-3, кроме состояния 000. Состояние 000 детектируется элементом И 9. При этом на выходе элемента ИЛИ 7 появляется логическая «1, которая очередным тактовым импульсов переписывается на прямой выход триггера 1. Таким образом, если в результате сбоя в работе регистра 17 возникает состояние 000, то следующим за ним будет состояние 100, и регистр вновь входит в цикл, представленный выше.

Рассмотрим работу регистра 18. Пусть начальное состояние прямых выходов триггеров 4-6, соответствующее нулевому тактовому импульсу - 100 и обеспечивает появление на выходе И 16 низкого потенциала «О, а на инверсном выходе И 13 - высокого потенциала - «1. Таким образом, следующий тактовый импульс обусловит состояние трипгеров 101 и появление на выходе И 15 и инверсном выходе И 13 значения «1. Следовательно, очередное значение выходов регистра 18 - 011. За этим состояним следуют состояния 111, и 001. При появлении 001 на выходе И 15 и инверсном выходе И 13 устанавливается низкий потенциал, и, следовательно, очередным состоянием регистра 18 будет состояние 100, соответствующее начальному. Цикл работы далее повторяется:

Состояние прямых выходов триггеров 4-6

10

100

Цикл, представленный выше, не содержит состояний 000, 010 и ПО. Для вывода

5 генератора из состояния 000 предназначены элемеить И 10 и ИЛИ 8, работа которых аналогична работе элементов И 9 и ИЛИ 7 в регистре 17. Если в процессе сбоя в работе регистра 18 возникает состояние 010, то при этом не выходе И 15

0 устанавливается «О, а на инверсном выходе И 13 - «1. Таким образом, следующим тактовым импульсом регистр 18 переходит в состояние 011. Аналогично осуществляется переход из ПО в 111. Следовательно,

5 с учетом устранения состояния 000, возврат регистра 18 в основной цикл при случайном сбое гарантируется не более чем за один период следования тактовых импульсов.

Логические элементы ИЛИ 7 и 8, И 9

0 и 10, И 13, И 15 обеспечивают формирование непрерывных последовательностей с периодом 7 и 5 тактов соответственно и устраняют случайные сбои в регистрах за один такт, а элементы И -НЕ 11 и 12, И-НЕ 14, сумматор 16 по модулю два не5 обходимы для формирования на выходе И-НЕ 14 структуры последовательности Якоби с периодом N 35 тактов.

Процесс формирования структуры ПЯ иллюстрируется на фиг. 3, где на эпюре 1

0 изображена последовательность тактовых импульсов; на эпюре 2-5 периодов последовательности, формируемой на инверсном выходе триггера 3; на эпюре 3 - состояние выхода элемента И-НЕ 11; на эпюре 4-7 периодов последовательности, формируемой

5 на инверсном выходе триггера 5; на эпюре 5-7 периодов последовательности, фор мируемой на прямом выходе триггера 6; на эпюре 6 - последовательность, формируемая на инверсном выходе сумматора 16 по модулю два; на эпюре 7 - последовательность, формируемая на выходе элемента И-НЕ 12; на эпюре.8- последовательность Якоби, формируемая на выходе 14; на эпюре 9 - инверсия последовательности Якоби.

55

Шесть элементов памяти, используемых в схеме (фиг. 1) определяют 2 64 вершины диаграммы состояний генератора. Из

них 35 вершин составляют основной цикл формируемой последовательности.

Исследуем поведение генератора ПЯ в том случае, если он окажется в одной из 29 вершин вне цикла. Обозначим каждую вершину диаграммы в виде пары двоичновосьмиричных цифр, из которых первая определяет состояние прямых выходов триггеров 1-3, а состояние триггера 1 есть старший и триггера 3 - соответственно младший двоичный разряды. Аналогично, вторая восьмиричная цифра таким же образом определяет состояния триггеров 4-6. Тогда диаграмму основных циклов можно представить в следуюшем виде:

Номера тактовыхСостояние Состояние

импульсоврегистра 17 регистра 18 О14

155

273

367

431

54

624

7О 13

в соответствии с этим на фиг. 2 представлен основной цикл ПЯ, формируемый устройством.

В основном цикле регистра 17 отсутствует состояние 000, регистра 19 - состояния 000, 010, ПО или в восьмиричном представлении для регистра 17 - О, для регистра 18 - О, 2, 6. Следовательно, вне основного цикла генератора ПЯ будут присутствовать 64-35 29 двухразрядных восьмиричных чисел: 00, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 02, 12, 22, 32. 42, 52, 62, 72, 06, 16,

26, 36, 46, 56, 66, 76, 04: 05, 03, 07, 01. Как указывалось выше, переход регистров из состояния «О в их основные циклы осуществляется не более чем за один такт. Что

касается регистра 18, то за счет логики, состоящей из элементов И 15 и И 13 и обеспечивающей его работу, осуществляются переходы из состояний 2 и 6 в его основной цикл также за один такт, как это было показано при разборе цикла табл. 2. Отсюда

следует, что и генератор ПЯ в целом при случайном сбое начинает вновь нормально функционировать через промежуток времени, равный не более чем одному периоду следования тактовых импульсов. Этот факт

и отражают ветви куста диаграммы состояний (фиг. 2).

Таким образом, предлагаемый генератор ПЯ содержит меньшее число триггеров, элементов И и в среднем обладает на порядок более высоким быстродействием во

время переходного процесса, чем прототип. Длительность максимальной ветви переходного процесса сокращена с 21 такта до 1 (более чем в 20 раз).

Имеются и некоторые дополнительные

преимущества перед прототипом. Так, на выходах триггеров 1-3 формируется семизначная М- последовательность, а на выходе триггера 6 - пятизначная последовательность Баркера, причем и та и другая последовательности обладают хорошими

корреляционными свойствами. Эти последовательности могут найти применение, например в качестве коротких компонент в дальномерных кодах. Таким образом, без дополнительных аппаратурных затрат генератор формирует три периодических последовательности с одноуровневой ПАКФ.

ГЕНЕРАТОР ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ ЯКОБИ, содержащий триггеры и элементы И, ИЛИ, отличающийся тем, что, с целью упрощения генератора и повыщения его быстродействия, он содержит сумматор по модулю два и три элемента И-НЕ, причем прямой и инверсный выходы первого триггера подключены соответственно к единичному и нулевому входам второго триггера, прямой выход второго триггера подключен к единичному и нулевому входам третьего триггера, инверсный выход третьего триггера подключен к нулевому входу первого триггера, инверсные выходы первого, второго и третьего триггеров подключены к входам первого элемента И, прямой выход третьего триггера и выход первого элемента И через первый элемент ИЛИ подключены к единичному входу первого триггера, прямой выход четвертого триггера подключен к первому входу второго элемента И, выход которого подключен к единичному и нулевому входам пятого триггера, инверсные выходы четвертого и пятого триггеров подключены к входам третьего элемента И, прямой и инверсный выходы третьего элемента И подключены соответственно к нулевому и единичному входам щестого триггера, инверсные выходы четвертого, пятого и щестого триггеров подключены к входам четвертого элемента И, прямой выход щестого триггера и выход четвертого элемента И подключены к входам второго .элемента ИЛИ, выход которого подключен к единичному и нулевому входам четвертого триггера, инверсные выходы i первого и второго триггеров подключены к входам первого элемента И-НЕ, ин(Л версный выход третьего триггера и прямой выход пятого триггера подключены к входам сумматора по модулю два, прямой выход щестого триггера и выход сумматора по модулю два подключены к входам второго элемента И-НЕ, выходы первого и второго элемента И-НЕ подключены к входам третьего элемента И-НЕ, выход третьего элемента И-Не является выходом 00 QO 00 СО генератора, синхронизирующие входы всех триггеров подключены к тактовому входу генератора.

„ Танты Выход 2052 I 2i -ff3OQ - У5 Осно8но 5f 51 .. -772 04- 6056 / ш

Фиг. 2 7600 01 22 16 i Ч/ it . й i4aff/f 5J «/ 75 12ii-O 07 66 72 Ш1ЛШШШиШПЛШШПЛЛ1ШПЛЛП/иШШ1Ш1Ш -57-7/ 2 27 6 }l -Tr OrmOOn mOi i i PrrrkOOOmOOOOO rrm . L OOOmO -i