Генератор псевдослучайных последовательностей Советский патент 1984 года по МПК H03K3/84 

Изобретение относится к импульсной технике.

Известен генератор псевдослучайных кодов, содержащий выходной регистр, регистр маски, блок памяти, преобразующий регистр, регистр сдвига с обратной связью и блок синхронизации, позволяющий формировать псевдослучайные сигналы с перестраиваемой вероятностью появления логического О (1) на каждом его выходе путем накопления в преобразующем регистре дизъюнкций логических произведений опорных циклических последовательностей блока па мяти и псевдосучайных последовательностей регистра сдвигас обратной связью Л .

Недостатками этого генератора являются низкое быстродействие, вызванное тем, что каждый элемент формируемой последовательности получается за несколько последовательных циклов обращения к блоку памяти, а также ограниченный диапазон вероятностей логического О (1) в выходных последовательностях генератора.

I

В данном генераторе возможно получение вероятностей появления логического О в формируемых последовательностях, равных 0,5 или (10,5 ), где k - число единиц в соответствующих опорных циклических последо 1ательностях.

Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому является генератор псевдослучайных двоичных последовательностей, содержащий генератор ЛЛ-последовательности, задающий регистр, группу мультиплексоров, адресные входы которых соединены с выходами генераторам -последовательности соответственно, а канальные входы группы мультиплексоров соединены с выходами задающего регистра соответственно 2J .

Однако такой генератор на каждом своем выходе может формировать псевдослучайную последовательность с заданным значением вероятности появления логической единицы (нуля) и не позволяет варьировать положением единицы (нуля) в формируемых последовательностях, т.е. изменять структуру выходных последовательностей.

127079а

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей , генератора путем увеличения числа псевдослучайных последовательностей 5 с заданным распределением вероятностей логической единицы в них. Поставленная цель достигается тем, что в генератор псевдослучайных последовательностей, содержащий

генераторМ-последовательности, 1ервый задающий регистр, введены второй задающий регистр,г} блоков сумматоров по модулю два,п блоков приоритета,и элементов И-ИЛИ,

5 выходной регистр, блок управления, первый, второй и третий выходы которого соединены соответствеино с входом синхронизации выходного регистра, входами установки выходно20 го регистра и генератора М-последовательности, входом синхронизации генератора М-последовательности, выходы которого соединены с первыми входами П блоков сумматоров по модулю два, выходы которых соединены с

входами соатветствующих П блоков приоритета выходы которых соединены с первьми входами соответствующих и элементов И-ИЛИ, выходы которых соединены с информационными входами выходного регистра, выходы первого задающего регистра соединены с вторыми входами п элементов И-ИЛИ, выходы второго задающего регистра

соединены с вторыми входами П блоков сумматоров по модулю два, четвертый выход блока управления соединен с входами синхронизации первого и второго задающих регистров.

Блрк приоритета содержитП)-1

элементов И,т-1 элементов НЕ, причем выход 1 -го (i 1... m -1) элемента НЕ соединен с входом каждого k--ro элемента И (,).

На фиг. 1 приведена функциональная схема генератора псевдослучайных последовательностей; на фиг.2 функциональная схема блока приоритета; на фиг. 3 - пример выполнения

первого и второго задающих регистров; на фиг. 4 - пример выполнения блока управления; на фиг. 5 - временные диаграммы работы блока управления.

Генератор псевдослучайных последовательнрстёй (фиг. 1) содержит генератор 1М -последовательности, первый 2 и второй 3 задающие регистры П блоков 4-1.. .4-Г) сумматоров по модулю два, ч блоков ,,,5-п приоритета, И элементов И-РШИ 6-1...6-Ц выходной регистр 7, блок 8 управлен первый, второй и третий выходы которого соединены соответственно с входом синхронизации выходного регистра 7, входами установки выходного регистра 7 и генератора 1М -по следовательности, входом синхрониз.а ции генератора 1 М-последовательное ти, выходы которого соединены с пер выми входами И блоков 4-1...4-п сум маторов по модулю два, выходы кото|рых соединены с входами соответствующих блоков 5-1,...5-Цприоритета, выходы которых соединены с первыми входами соответствующих элементов И-ИЖ 6-1... 6-П, выходы которых соединены с информационными входами выходного регистра 7, вы ходы первого задающего регистра 2 соединены с вторыми входами п элементов И-ИЛИ 6-1... 6-П, выходы второго задающего регистра 3 соединены с вторыми входами И блоков .4-1... 4-П сумматоров по модулю два четвертый выход блока 8 управления соединен с входами синхронизации первого 2 и второго 3 задающих регистров. Блок 5, приоритета (фиг. 2) сопержит т-1 элементов И 9-1... 9-Ом-1). (т-1) элементов НЕ 10-1...10 (wi-l). причем выхол 1-го (1.. .т-1 элемента НЕ соединен со входом каждого k -го элемента И (,). Задающие регистры 2 и 3 реализованы одинаково (фиг. 3). Каждый из , HWC содержит регистр и ft-tn переключателей, с помощью которых на информационные входы регистра может быть подана логическая единица (ноль). . Блок 8 управления (фиг. 4) содержит R5 -триггер 11, переключатель 12, элемент НЕ 13, генератор 14 так товых импульсов,) -триггер 15, элемент И 16, вычитающий счетчик 17, переключатели 18-1... 18-5, блок 19 индикации. Генератор псевдослучайных последовательностей работает следующим образом. В исходном состоянии переключатель 12 блока 8 управления находитс в положении Стоп (см. фиг. 4). На выходе Q триггера 11 присутствует сигнал логического нуля (фиг. 5а), на выходе Q - логической еднницй (фиг. 5б). Сигнал с выхода Q триггера 11 поступает на входы синхронизации задающих регистров 2 и 3 и записывает в них управляющие слова, выбранные на переключателях. Управляющее слово первого задающего регистра 2 задает вероятности появления логической единицы в каждой из п выходных псевдослучайных последовательностей. Управляющее.слово регистра 2 имеет ц полей по m разрядов в каждоЦ, причем разряды из k-го поля (..l) подключены к входам элемента 6-к и задают вероятность появления логической единицы в к-ой выходной последовательности генератора.- . , Управляющее слово второго задающего регистра 3 содержит коды, определяющие структуру выходных последовательностей генератора. Аналогично управляющему слову регистра 2 управляющее слово регистра 3 имеет п полей по ГУ) разрядов р каждом. Разряды регистра 3 из к-го поля (к 1....П) подключены к входам сумматоров по модулю два из группы 4-к и задают очерёдность следования 1 и О, в к-й ьыходной последовательности генератора. Сигнал логического нуля с инверсного вьжодаК5 триггера 11 в блоке 8 управления производит запись в вычигакнций счетчик 17 с переключателей 18-1, 182,.... 18-S двоичного кода длины формируемых генератором последовательностей. Сигнал логического нуля с инверсного выхода RS -триггера 11 подается также наЗ) -входО -триггера 15, который по положительному фронту тактового импульса генератора 14 тактовых импульсов (фиг.5в) устанавливается в нулевое состояние (фиг.5г). При этом сигнал логического нуля с выхода)-триггера 15 запрещает прохождение тактовых импульсов от генератора 14 тактовых импульсов на счетный вход вычитающего счетчика 17 и вход синхронизации генератора 1М -последовательности, а также через элемент И 16 (фиг. 5д), элемент НЕ 13 (фиг. 5е) на вход синхронизации выходного регистра 7. Сигнал логического нуля с инверсного выхода RS -триггера 11 блока 8 управления поступает также на входы установки выходного регистра 7 и ге3нератора 1М последовательности и устанавливает их в исходные кодовые комбинации. Выходной регистр 7, например, устанавливается в исходную композицию 00...О, агенератор 1 М-последовательности - в исходную комбинацию 11... t. Запуск генератора осуществляется путем установки переключателя 12 блока 8 управления в положение Пуск. При этом на R-вход 5 -триггера 11 подается сигнал логического нуля через контакты переключателя 12. R5 -триггер 11 устанавливае ся в нулевое состояние. На прямом выходе R5 -триггера 11 формируется сигнал логического нуля, который за прещает запись информации в первый 2 и второй 3 задающие регистры. На инверсном выходе RS -триггера 11 фор мируется сигнал логической единицы, запрещающий запись исходных кодовых комбинаций в вычитаюпрШ счетчик 17, выходной регистр 7 и генератор 1 -последовательности. Сигнал логической ейиницы с инверсного выхода Я5 -триггера 11 подается также наР входf-триггера 15 в блоке 8 управления. По положительному фронту так тового импульса от генератора 14 тактовых импульсов D-триггер 15 устанавливается в единичное состояние Сигнал логической единицы с выхода 3)-триггера 15 разрешает прохождение тактовых импульсов через элемент И 16 на счетный вход вычитающего счетчика t7, вход синхронизации генератора 1М-последовательности, а также через элемент И 16 и элемент НЕ 13 на вход синхронизации выходного регистра 7. Сигнал логической единицы с выхода)-триггера 15, поступая на вход блока индикации 19, вызывает свечение светодиода, что свидетельствует о формировании генератором выходных псевдослучайных последоТвательностей. Тактовые импульсы с выхода элемента И 16 блока 8 управления, поступая на вход синхронизации генератора 1М -последова тельности; вызывают формирование на его выходах псевдослучайных кодов. С помощью элемента И 16 в последова тельность псевдослучайных кодов генератора Ш -последовательности вкл чается нулевая комбинация, которая формируется между кодовыми комбинациями 00...01 и 10.0.00, Сформиро79ванные генератором 1М -последовательности псевдослучайные последовательности подаются на первые входы блоков 4-1...4-П сумматоров по модулю два и повторяются на выходах тех сумматоров по модулю два, на вторые входы которых поступают сигналы логического нуля от второго задающего регистра 3, или инйертируются теми сумматорами по модулю два, на вторые входы которых поступают сигналы логической единицы от второго задающего регистра 3. Преобразованные таким образом псевдослучайные последовательности поступают на входы блоков 5-1... 5-П приоритета. Каждый из блоков 5-к приоритета представляет собой комбинационнзто логическую схему реализукицую следующую совокупность переключательных функций: У Xf-i х у. .. , Xj/... Д X, X, .«.У - выходные сигналы с блока Ь-к приоритета; ... входные сигналь блока 5-к приоритета. Из приведенных вьте соотношений легко заметить следующие свойства псевдослучайных последовательностей, формирующихся на выходах блоков 5-1...5-п приоритета: в каждом такте работы генератора лишь один выходной сигнал блока 5-к приоритета (к 1,2...rj ) принимает значение 1; вероятность появления 1 на -м выходе блока 5-к приоритета А. 2 Справедливость последнего свойства, в частности, можно показать следующим образом. Пусть - разрядность генератора 1М-последовательности. Тогда за период генератор 1М тпоследовательности сформирует 2 разрядных кодов, причем каждый 8разрядный код встречается в последовательности кодов лишь один раз. Отсюда следует, что за период в произвольно выбранных i разрядах генератора 1 М-последовательности () каждый i -разрядный код встретится раз.. На входы блока 5-к приоритета поступают сигналы а- с сумматоров по модулю два из блока 4-к: а,,-, i 1,2,...,т, . где ....Ь - выходные сигналы генератора 1М -последовательности; с,С2,...Су„- код из второго задающего регистра 3. -м выходе блока 5-к приоритета формируется логическая единицаJ если на входы блока поступает код а ал .. .а,-. i 0, , т.е. еслигенератор 1М последовательности формирует i -разрядный код , ,,j..., Ь;., ,. Этотi -разрядньй код /за период последовательности генера тора Ш -последовательности формируется 2 раз. Отсюда вероятности появления логической единида на i -м выходе блока 5-к приорц-уетов G 1, 2... т) С|. 2. Из приведенных вьше рассуждений также вид но, что при изменении управлякяцего слова во втором регистре 3 можно изменять очередность следования 1 и О в формируемых блоками 5-1...5-О приоритета последовательностях без изменения вероятностей й Причем на каждом -м выходе блоков 5г-1... 5- П приоритета можно ползгчит 2 различных последовательностей с вероятностью появления логической единицы 2 . Псевдослучайные последовательности с вьиодов блоков 5-1...5-4 приоритета поступают на входы соответствукнцих элементов И-ИЛИ 6-1... 6-Л. которые предназна }Чены для объединения по ИЛИ этих .последовательностей с целью получения выходных последовательностей с заданными вероятностями появления логической единицы Р.Р,... Р . В силу первого и второго свойств псевдослучайных последовательностей формируемых блоками 5-1..5-П приоритета, на выходах элементов И-ИЛИ 6-1... 6-1) получают последоваm . . тельности с вероятностями P.SJ- 2 к 1,2...п . где(3, « тк содержимое к-го поля управляющего слова, записанного в первом задающем регистре 2. Код, где Ji может принимать значения 1 798 или о, определяя таким образом, вероятность Р, для к-й выходной последовательности генератора. Очевидно, что вероятность Рц (,2,.:. .И) может принимать значения 0,2, ,..(2 -1) Псевдослучайные последовательности с выходов элементов И-ШШ 6-1,,. 6- ,п поступают на информационные входы выходного регистра 7, куда они записьгоаются тактовыми импульсами, подаваемыми на вход синхронизации выходного регистра 7. Работа генератора продолжается описанным выше образом до тех пор, пока он не сформирует N значений выходных псевдослучайных последовательностей. По пе)реднему фронту N-го тактового импульса с выхода элемента И 16 вычйтакиций счетчик 17 в блоке 8 управления устанавливается в нулевое состояние. После окончания этого тактового импульса на выходе вычитанщего счетчика 17 формируется сигнал логического нуля (фиг, 5ж), который обнуляет D -триггер 15 и затем удерживает его в нулевом состоянии. Сигнал логического нуля с выходаВ-триггера 15 запрещает прохождение тактовых импульсов от генератора 14 тактовых импульсов через элемент И 16. На вход блока 19 индикации поступает сигнал логического нуля, и светодиод прекращает светиться что указывает на окончание работы генератора. На калздом к-м выходе генератора .(к 1,2... .4 ) может быть сформировано максимально t + г (4 -1) псевдослучайных последовательностей (т разрядность блока 5-к приоритета) разной структуры и с разными верояттностями появления единицы в них. Таким образом, в предлагаемом уст ройстве достигается по сравнению с известным устройством формирование большого числа выходньк псевдослучайных последовательностей с заданным распределением вероятностей логической единицы в них при одновременном изменении очередности следования единиц и нулей.

7 А

L

1. ГЕНЕРАТОР ПСЕВДОСЛУЧАЙ. НЫХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ, содержащий генератор М-последовательности, первый Jзaдaющий регистр., отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей гелератора путем увеличения числа псевдослучайных последовательностей с заданным распределением вероятностей логической единицы в них, в него введены второй задающий регистр, И блоков сумматоров по модулю два, М блоков приоритета, П эле- . ментов И-ИЛИ, выходной регистр, блок управления, первый, второй и третий выходы которого соединены соответственно с входом синзрониза- дни выходного регистра, входами установки выходного регистра и генератора -последовательности, вхо дом синхронизации генератораМ -последовательности, выходы которого соединены с первьо-ш входами (р блоков сумматоров по модулю два, выходы которых соединены с входами соответствующих п блоков приоритета, выходы которых соединены с первыми входами соответствукяцих П элементов И-ИЛИ, выходы которых соединены с информационными входами выходного регистра, выходы первого заданмцего регистра Соединены с вторыми входами П элементов И-ИЛИ, выходы второго задающего регистра соединены с вторыми входами И блоков сумматоров по модулю два, четвертый выход блока управления соединен с входами синхронизации первого и второго яадающих регистров, 2. Генератор по п. 1, от л ичающийся тем, что блок приоритета содержитП1-1 элементов И, isd An-у элементов Н, причем выходi-го ( -1) элемента НЕ соедио со нен со входом каждого k -го элемента И (ksi,).

Фиг.З

а б

.rLTLTLnJl-rLru

гиЪ.--ЛГЬПГ|.

е

LTLT

ж

иг.

1 гъггл г