Генератор случайного процесса Советский патент 1979 года по МПК G07C15/00 G06G7/52 

ды соединены с разрядными выходами реверсивного счетчика, суммирующий и вычитающий входы которого соед1И1еиы, соответствеино, с выходами иерво1о и второго элемеитов PIjlPI.

На фиг. 1 приведена блок-схема генератора; на фиг. 2 - временная диаграмма работы генератора; на фиг. 3 - вид реального случайного нроцесеа на выходе генератора полосового случайного процесса; на фиг. 4 - спектр амплитуд случайного процесса воспроизводимого генератором.

Генератор случайного процесса состоит из 2т-(-1-разрядного регистра 1 с/двига, первого и второго блоков на (2m-|-i) элементов И 2, блока на (2ш+1) генераторов 3 имиульсов, двух элементов ИЛИ 4, реверсивного счетчика 5, преобразователя код-напряжение 6, триггера 7, делителя 8.

На синхронизирующие входы разрядов регистра сдвига 1 подключен выход делителя 8, иа вход которого поступают входные импульсы. Входные импульсы поступают, кроме того, на вход триггера 7, единичный выход которого соединен с первыми входами элементов И 2. Ко вторым входам элементов И 2 подключены выходы разрядов регистра сдвига 1, на первый разряд которого поступают значения «белого шума Хп. К Третьим входам элементов И 2 подключены выходы генераторов пмнульсов 3. Выходы нечетных блоков (схема И) подключены к первому элементу ИЛИ 4, а выходы четных блоков - ко второму элементу ИЛИ 4. В СБОЮ очередь, выход первого элемента ИЛИ подключен к суммнруюп1ему входу реверсивного счетчнка 5, а выход второго - к вычитающему входу. Выходы всех разрядов реверсивного счетчика 5 подсоединены ко входам нреобразо зателя код-напряжение, па выходе которого получается результирующий случайный полосовой процесс. Значение „ в известном фильтре получается по формуле

УП ,(1)

где ftft - весовые коэффициенты иолосового фильтра.

В предлагаемом генераторе очередное значение УП+ получается из предыдущего УП по выражению

У„, + (7,),, (2)

т. е., чтобы получпть Уп+i, нужно к У„ прибавить (У„+1-УП), где Уп+ + Уп) представляется в виде последовательиости импульсов с соответствующей частотой и определяется выражением

т

VV -IV- I XT /

Г,г;1 - f п - -rt-m-A,,..,,- 2j т 1

X(hk-- - hb}Xn k + ,,i-(3)

Генераторы 3 импульсов геиерируют последовательности ПМПулЬСОВ с частотой,

пропорциональной весовым коэффициентам фильтра. Первый генератор импульсов генерирует частоту иронорционально коэффициенту h-m второй (h-m-/J m,+ l), ТреТИЙ

(/i.j,,+i-r/2-m+2) и т. д. иа оспованин выражения (3).

Импульсные носледовательности с выходов генераторов 3 должны быть несовместимы, т. е. если на выходе t-ro генератора присутствует нмпульс в данный момент, то на выходах остальных генераторов импульсы отсутствуют.

Работает устройство следующим образом.

Последовательность имиульсов поступает иа счетный вход триггера 7 и на делитель 8. (Вид имнульсной носледовательности на выходе делителя 8 показан на фиг. 2,6, а на выходе триггера 7 на фиг. 2,б). С выхода делителя 8 импульсы поступают на цени сдвига информации на один разряд в регнстре 1 сдвига. По приходу очередного импульса сдвига содержимое разрядов регистра сдвига сдвигается па один разряд вправо, одновременно в иервый разряд регнетра заиисывается новое значеиие двоичной случайной цифры «О нли «1.

Каждый очередной имиулье сдвига устанавливает триггер 7 в единичное значение ровно на полнериода (ем. фиг. 2,8). В связи с этим триггер 7 разрешает прохождение сигналов через элементы И 2 только первую половпну периода следования импульсов сдвига, т. к. его выход подключеи к первым входам элементов И. К третьим входам элементов 2 подключены выходы генераторов импульсов, которые непрерывно во временп генерируют поеледовательпость с частотой, пропорциональной весовым коэффициентам фильтра. В случае если значение г-го разряда сдвига равняется «1, Езо время первой половины иериода следования импульса сдвига, импульсная последовательность с выхода г-го генератора импульсов нроходит через г-ый элемент И 2 на вход определенного элемента 4 (первого или второго). Так как содержимое регистра сдвига случайно, т. е. в его разрядах елучайным образом раеположены нули и единицы, то импульсные последовательности с геиератора 3 проходят лишь через те элементы И 2, на третьи входы которых с регистра 1 едвига поступает единица. (На фиг. 2,3. показана импульсная последовательность с выхода i-ro генератора 3 импульсов; на фиг. 2,д - значение i-ro разряда регистра 1 сдвига, в первый такт «1 и во второй такт - «О, хотя возможна и любая другая комбинация. На фиг. 2,ж; показана временная диаграмма на выходе i-ой схемы И). В первый такт импульсная последовательность проходит па выход i-ro элемента «И, так как значение г-го разряда в этот такт равняется единице, а во второй ие ироходит, т. к. значеиие t-ro разряда во второй такт равняется нулю. Аналогично любой другой элемент И 2 в определенный такт работы пропускает или не пропускает импульсные последовательности па вход элементов 4. То что весовые коэффипиенты цифрового фильтра имеют разные знаки, т. е. знаки «-f- и «-, означает, что необходимо вычитать ил1т складывать тот или иной весовой коэффициент. Обычно знаки весовых коэффициентов чередуются. Поэтому выходы нечетных элементов И 2 объединены на первом элементы ИЛИ 4, а выходы четных элементов И 2 объединены на втором элементе ИЛИ 4.

В определенный такт работы устройства на выходе первого элемента ИЛИ получается сумма частн положнтельных коэффициентов, н lia выходе второго-сумма части отрпцательных коэффициентов. Количество суммируемых коэффигциентов и их конкретные номера определяются в каждый конкретный такт содержимым регистра сдвига.

Выход первого элемеита ИЛИ подключен к суммнруюи1ему входу реверсивного счетчика, а выход второго элемента ИЛИ - к выч11таюи1ему входу реверснвтюго счетчика. Импульсные последовательности с выходов обопх элементов ИЛИ пе обязательно должны быть несовместными, так как в случае прнхода двух едннпп на входы п «- содержнмое счетчика менять не нужно. В первую половину периода каждого такта, (т. е. когда триггер 7 находится в состоянии «1) содержимое реверсивного счетчнка нарастает или убывает в зависимости от того, больше сумма положнтельных коэффициентов или отрицательных, соответствеино. Во вторую половину такта работы устройства содержимое реверспвиого счетчика не меняется, т. к. на его входы не поступают импул сные последовательности. (На фиг. 2.6 показан вид нмнульсной носледопятельност на выходе первого элемента ИЛИ 4, на фиг. 2. - на выходе второго элемента ИЛИ 4, на фиг. 2,11 - вид соответствуюпхего выходного полосового случайного процесса па выходе блока 6, которьп прообразует кодовую последовательность реверсивного счетчнка в ненрерывное напряжение).

Как следует пз описания функционирования устройства, на его выходе получается ана.логовый случайный процесс с лннейноизменяющейся кусочно-ностоянной аппрокснмацией. Из фиг. 3 вндно, что каждый выходной отсчет У,, т. е. УО, У., Y.... аппроксимирован трапецеидальной ф нкцией, т. е.. другими словами, каждый дискретиьпг отсчет выходного процесса модулируется трзнецеидальиым импульсом, у которого нижнее основаине в три раза больнге верхнего.

Это объясняется тем, что каждое значение коэффициентов фильтра аппроксимируется блоками 3, 2 и 1 трапецеидальной, функцией.

В силу этого формз та (3) будет описывать свеотку во времени трапецеидальной dn-HKHiH е весовой фуикцией фильтра. Следовательно, снектр амплитуд выходного процесса будет ог1ределяться спектром трапецецдальной функцпи, а не кусочно-постоянной, как в црототнпе.

Спектр рыходиого процесса Sfc) определяется как произведение спектра ццфро -ого Фильтра S: (() m снектп восстанавлипаюи1ей ФУНКЦИИ Sjffo). в данно-л случае тпапецеидальной.

Вид (Ьункплн Si (lo) определяется вееовымп коэффициентами фильтра и представляет собой прямоугольные полосы пропускания на частотах oii, со, (Оз,...

Аналнтпческоо выражение для S:((u) будет онределятьея формулой

to, (О

sin- sin-

3fG;

(4)

3/R/

Повторы на чаетотах со;- 013. oi; нодавляются значительно сильнее, чем п ирототнпе: например, для 1/6 активного фильтра затуханне первого повтора н последуюнигх по отноп1ению к рабочей частоте генератора на частоте MI составит .5 дб, т. е. почти г, 100 раз, см. выражение (4), что в реа,1ьных устройствах с лгалым динамическим диaпaзoнo r выходного сигнала яв,1яется достаточной вслнч1н;ой.

В связи е этнм отпадает необходнмоеть в низкочастотной фильтрандш выходного снтнала аналоговыми фильтрамн низк1 х частот, что в свою очередь иозволяст сохранить ряд суи1;ественных достоинств цнфровоЮ генератора случайных ироцессов.

Даниое cтpoйcтпo, кро.те того, отчичается иростотой техтшческой пеализаинн н сравните, небельи ими аппаратурными затратами.

Все блоки реализуются с использоваиием типовых элемет ов вы1-п1слнте,1ьной технпкн, напрп гер, иитегпальгых схем .лци 155.

Тлкпм образом, рведс 1пе luiBbix блоков Т1 i;o:-Hx с)у; кциональных связей позволит зг пчителу-,но повысить г:лчество генератора полосового иного ироцесса (мeтпJцп ть ПОВТОРЫ амплптудно-частотной характеристики) при сравпительио небольших аппаратурных затратах. .Экономический эффект от применения генераторп полосового слулиного процесса очсзид-т-н. Зтот э: ономпческт:й эффект будет определяться более точным заданнем :собходц-.ь:х условии п11броцспыта 1ий, что чозюлит пс.учнть полнело ппфор гачтпо о надежных узлах ,елия н в дяльнейн1ем предотвр.зтить ВЫПУСК бпакоппп ть х нзде,.

л r р 11 - /- г; п 3 о б р с т с п п я

Генератор сдучай:ч1го нроцесса, содержаций регистр сдвига, ннформаццонный вход

которого является входом генератора, а вход «сдвиг объединен со счетным входом триггера, выход которого подключен к первым входам первого и второго блоков элементов И, вторые и третьи входы которых подключены соответственно к выходам регистра сдвига и блока генераторов имнульсов, а выходы первого и второго блоков элементов И подключены ко входам первого и второго элементов ИЛИ соответственно, отл ич а юнди и ся тем, что, с целью повышения точности устройства, оно содержит реверсивный счетчик и преобразователь «код-напряжение, выход которого является выходом генератора, а входы еоедииены с разрядными выходами реверсивного счетчика, суммирующий и вычитающий входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго элементов ИЛИ.

Источники информации, принятые во внимание ири экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 376854, кл. Н ОЗВ 29/00, 1971.

2.Данилов Б. Г., Штейнбок Ю. Г. Однополоспая иередача цифровых сигналов. М., «Связь, 1974.

3.Авторское свидетельство СССР по 3. № 2430438/18-24, кл. G 06G 7/52, 16.12.76 (прототип).

ВХ UHliy/tbCbl 1 :мпильс,ы сй5ига г:т

f-tlij .v,7V

Sj

6

HZI.

г 3

ж

у nit)

Z-a такт

- i