Генератор случайного потока импульсов Советский патент 1991 года по МПК G06F7/58 

Фиг.1

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для формирования случайных потоков импульсов.

Цель изобретения - расширение области применения за счет формирования пуас- соновского потока импульсов с непрерывно изменяющейся интенсивностью.

На фиг. 1 представлена структурная схема генератора случайного потока импульсов; на фиг, 2 - структурная схема блока сдвига.

Генератор случайного потока импульсов содержит аналого-цифровой преобразователь 1, блок 2 сдвига, схемы сравнения 3, 4 и 5, регистры 6 и 7 памяти, генератор 8 опорного сигнала, генератор 9 тактовых импульсов, элемент 10 задержки, датчик 11 случайных чисел, счетчик 12, реверсивный счетчик 13, мультиплексор 14, элементы И 15 и 16 и элемент 17 задержки.

Блок 2 сдвига содержит дешифратор 18, группу блоков 19 элементов И и группу 20 элементов ИЛИ.

Генератор случайного потока импульсов работает следующим образом.

Счетчик 12 обнуляется, на регистрах 6 и 7 устанавливаются значения пороговых уровней вероятностей, с которыми может пропускаться в выходную шину генератора очередной импульс, формируемый при помощи генератора 9, счетчика 12, мультиплексора 14 и элемента И 15.

Пороговые значения выбираются следующим образом. Верхнее пороговое значение Рв. записываемое в регистр 7, выбирается из условия, чтобы генерируемый поток отвечал требованию пауссоновско- го, т.е. был бы потоком редких событий | Рв 0,2|.

Нижнее пороговое значение Рн выбирается с учетом разрядности шины выхода преобразователя 1, на которую поступают значения нормированной текущей интенсивности генерируемого потока, имеющей смысл вероятности.

Счетчик 13 имеет такую разрядность, что максимальное возможное число, которое может быть в нем записано, должно быть в точности равно разрядности счетчика 12.

Перед началом работы генератора в счетчик 13 записывается число Ј, составляющее примерно половину от максимально возможного Јм, например, при разрядности счетчика, равной 3, число 3 или 4.

На генераторе 9 тактовых импульсов устанавливается значение периода следования импульсов ДТИ, а на генераторе

опорного сигнала 8 устанавливаются значения, полностью определяющие этот сигнал. Так, например, если опорным сигналом является гармонический сигнал, то устанавливаются значения амплитуды А, частоты V, фазы f и среднего Яср гармонического сигнала

A(t) AcP + A sin (2 jrv + р), в соответствии с которыми должна меняться

0 интенсивность генерируемого потока импульсов.

Устанавливаемые на генераторах 9 и 8 значения должны удовлетворять условиям

Рв + Рн 5

АТИ

,

V1 100 ДТИ ,

А Р +Р 0) А 2ДТИ

QВыход генератора опорного сигнала

нормируется таким образом, чтобы на его выходе формировался сигнал вида А ЈДТиА ЈДТи(Аср (2yrv+(pJ)

(2)

сНепосредственная работа генератора

начинается с подачей импульса запуска на вход Пуск генератора, при этом генераторы 8 и 9 начинают вырабатывать соответственно, например, гармонический

0 сигнал вида (2) и регулярный поток импульсов с периодом ДТИ. Поток импульсов с генератора 9, изменяя содержимое счетчика 12, обеспечивает на его выходах наличие сигналов следующих перио5 личностей , 2 |м1,ДТ/}. На

выход мультиплексора 14 подается тот выход счетчика 12, номер которого соответствует числу, записанному в реверсивном счетчике 13. Импульсы с выхода мульти0 плексора 14 в элемент И 15 синхронизируются элементом задержки 10 таким образом, чтобы на выходе элемента И 15 существовал регулярный поток импульсов с периодом 21 1Јн) и длительностью

5 каждого импульса, близкой к импульсам, вырабатываемым генератором 9.

Каждый очередной импульс с выхода элемента И 15 поступает на тактовый вход преобразователя 1 и вход опроса датчика

0 11 По переднему фронту импульса преобразователь 1 вырабатывает цифровой код нормированной текущей интенсивности A (t). который параллельно передается на информационный вход блока 2 сдвига (со сдвигом

5 выходных шин) в сторону младших разрядов на Ј разряд. При этом первые Ј разрядов информационной.шины блока сдвига коммутируются на ноль. Поскольку на вход задания величины сдвига блока 2 подается содержимое реверсивного счетчика, равное

Ј, то дешифратор 18 своим возбужденным выходом с номером Ј поддерживает в открытом состоянии -ый блок группы элементов И 19. В результате этого число, поданное на информационный вход блока сдвига 2, пройдет на выход этого блока через элементы ИЛИ группы 20 со сдвигом на Ј разрядов в сторону старших разрядов. Таким образом, при наличии в реверсивном счетчике 13 числа Ј на выходе блока сдвига 2 установится значение, соответствующее нормированной текущей интенсивности потока. Нормированная интенсивность имеет смысл вероятности пропуска очередного импульса, так как для пуассоновского потока справедливо соотношение

ЯТ пР, которое эквивалентно

Ят т- р

2 Ли

и, следовательно,

Р А2ЈДТ4,

где Т - интервал времени, в течение которого на выходе генератора 9 вырабатывается 2 Ј импульсов.

В схеме 4 сравнения производится сравнение выработанного датчиком 1I равномерно распределенного числа на интервале (0,1) со значением вероятности пропуска очередного импульса, которое поступило с выхода блока сдвига 2. Если значение случайного числа меньше значения текущей вероятности, то на выходе схемы сравнения вырабатывается положительный потенциал, который пропускает через эле- ментИ 16очередной импульс, задержанный элементом 17 задержки на время работы датчика 11, преобразователя 1 и схемы 4 сравнения. При невыполнении указанного условия схема 4 сравнения положительного потенциала не вырабатывает и таким образом пропуск импульса на выход генератора не происходит.

Рассмотренный выше порядок работы генератор отвечает случаю непревышения выходным сигналом преобразователя 1 ни одного из уровней Рв и Рн, хранимых в регистрах 6 и 7 соответственно. Рассмотрим случай, когда такое превышение имеет место.

Пусть уровень текущей вероятности Р превысил значения Рв. Тогда схема 3 сравнения вырабатывает положительный импульс, который уменьшит содержимое реверсивного счетчика на единицу. В соответствии с этим мультиплексор 14 подключит к своему выходу выходную шину счетчика 12, на который вырабатывается вдвое большая частота, т.е. 2 & ДТ4. Одновременно в блоке 2 сдвига произойдет

0

5

возбуждение не Ј -ой, а ( Ј - 1)-ой шины выхода дешифратора 18 и поэтому на выход данного генератора поступит входной сигнал, сдвинутый в сторону старших разрядов уже не на | разрядов, а только на ( Ј - 1) разряд, что соответствует уменьшению текущей вероятности в два раза. Тем самым текущая вероятность вновь окажется в допуске,

Рн Р Рв ;

а генерируемый выходной поток в свою очередь окажется тем не менее соответствующим задаваемой интенсивности, поскольку

11

0

5

0

5

0

5

0

5

(2-1Р);

2ЈAt4 2Г-1ДТ4

Если уровень текущей вероятности ста новится меньшим, чем нижнее пороговое значение, то положительный импульс вырабатывается на выходе схемы 5 сравнения, значение реверсивного счетчика 15 при этом увеличивается. В соответствии с увеличивающимся значением этого счетчика на выходе элемента И 15 начинает вырабатываться поток импульсов вдвое меньшей частоты, т.е. 2$+1 ДТ4. В блоке 2 сдвига производится сдвиг в сторону старших разрядов на один разряд, что эквивалентно увеличению текущей вероятности в два раза и восстановлению нарушенного условия

Р Рн.

Генерируемый выходной поток импульсов и в этом случае также соответствует задаваемой интенсивности, так как

1 „1

Я -

Р

ДТ4

(2Р):

2ЈД1,

При дальнейшем последовательном ( Ј - 1) кратном превышении текущей вероятностью соответственно верхнего или нижнего пороговых уровней реверсивный счетчик переполнится либо обнулится, на одном из его сигнальных выходах появится соответствующий сигнал, который отразится на дополнительном выходе генератора наличие такого сигнала говорит о произошедшем нарушении требования (1) на максимальную амплитуду изменения интенсивности потока.

Формула изобретения Генератор случайного потока импульсов, содержащий генератор тактовых импульсов, датчик случайных чисел, первую и вторую схемы сравнения, первый регистр памяти, первый элемент задержки и счетчик, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения за счет формирования пуассоновского потока импульсов с непрерывно изменяющейся интенсивностью. в него введены генератор опорного сигнала, мультиплексор, два элемента И, второй элемент задержки, реверсивный счетчик, второй регистр памяти. третья схема сравнения, блок сдвига и аналого-цифровой преобразователь, причем выход генератора тактовых импульсов соединен со счетным входом счетчика, выход которого соединен с информационным входом мультиплексора, выход которого соединен с первым входом первого элемента И, второй вход которого соединен с выходом первого элемента задержки, вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, выход первого элемента И через второй элемент задержки соединен с первым входом второго элемента И, выход которого является выходом генератора, второй вход второго элемента И соединен с выходом Меньше первой схемы сравнения, первый вход которой соединен с выходом датчика случайных чисел, вход опроса которого соединен с тактовым входом аналого-цифрового преобразователя и подключен к выходу первого элемента И, второй вход первой схемы сравнения соединен с первыми входами второй и третьей схем

сравнения и подключен к выходу блока сдвига, вход задания величины сдвига которого соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, информационный вход которого соединен с выходом генератора

опорного сигнала, вход запуска которого соединен с входом запуска генератора тактовых импульсов и является входом Пуск генератора, вторые входы второй и третьей схем сравнения соединены соответственно с выходами первого и второго регистров памяти, выход Больше второй схемы сравнения соединен с вычитающим входом реверсивного счетчика, суммирующий вход которого соединен с

выходом Меньше третьей схемы сравнения, выход реверсивного счетчика соединен с информационным входом блока сдвига и адресным входом мультиплексора.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для формирования случайных потоков импульсов. Цель изобретения - расширение области применения за счет формирования пуансоновского потока импульсов с непрерывно изменяющейся интенсивностью. Генератор содержит аналого-цифровой преобразователь 1, блок 2 сдвига, схемы 3 - 5 сравнения, регистры 6 - 7, генератор 8 опорного сигнала, генератор 9 тактовых импульсов, элемент 10 задержки, датчик 11 случайных чисел, счетчик 12, реверсивный счетчик 13, мультиплексор 14, элементы И 15 - 16 и элемент 17 задержки. 2 ил.

I

М