Генератор случайного потока импульсов

 

П9) (И) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

3f5f) G 06 F 7 58

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ-СВИДЕТЕЛЬСТВУ и

Ц

ВСЕОЖЗБАЯ

HATEBTBOTF2"8gvvu 4;ЫА)) (21 ) 3444912/18-24 (22) 26.05.82 (46) 23.08.83. Бюл. )) 31 (72) А.С. Анишин и Н.С. Анишин (53) 681.325(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 556425, кл. С 06 F 7/58, l975. .2. Авторское свидетельство СССР

)) 293093, кл. С 06F 7/58, 1968.

3. Нерсесянц A.A. и Бойченко В.М.

Преобразование стационарного пуассоновского потока в нестационарный линейно-зависимый .поток. Изв.AH СССР.

"Техническая кибернетика", .1967, )) 3.

4. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 3313257/18-24, кл. 6 06 F 7/58, .1980 (прототип ) . (54 )(57 ) 1. ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНОГО ПОТОКА ИМПУЛЬСОВ, содержащий датчик пуассоновского, потока импульсов, первый счетчик, выходы разрядов которого соединены с соответствующими разрядными входами первого стробированного дешифратора, управляющий вход которого через. первый элемент задержки соединен с входом "Сброс" первого счетчика, регистр кода, выходы разрядов. которого соединены с первыми входами соответствующих элементов И группы, выходы которых соединены с входами элемента ИЛИ, выход которого является выходом генератора, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения путем исключения ограничения по нижней части диапазона интенсивностей управляемого пото4а без снижения точности управления, он содержит равновероятностный двухполюсник, второй элемент задержки, второй счетчик, второй стробированный дешифратор и группу элементов ИЛИ,.при этом выход датчика пуассоновского-потока импульсов соединен с входом равновероятностного двухполюсника, первый выход которого соединен с входом первого элемента задержки и счетным входом второго счетчика, а второй выход равновероятностного двухполюсника соединен со счетным входом первого счетчика, управляющим входом второго дешифратора и входом второго элемента задержки, выход которого соединен с входом "Сброс" второго счетчика, выходы разрядов которого соединены с соответствующими разрядными входами второго стробированф ного дешифратора, выходы которого соединены с. первыми входами соответствующих элементов ИЛИ группы, вторые входы которых соединены с соответствующими выходами первого стробированного дешифратора, а выходы элементов ИЛИ группы соеди;иены с вторыми входами соответст вующих элементов И группы.

2. Генератор по и. 1, о т л и— ч а ю шийся тем, что равновероятностный двухполюсник содержит . высокочастотный генератор импульсов, триггер, первый и второй элементы И, первые входы которых объединены и являются входом двухполюсника, выход генератора импульсов подключен к счетному входу триггера, прямой и инверсный выходы которого соединены с вторыми входами первого и второго элементов И соответственно, а выходы элементов И являются выходами двухполюсника.

10ЗЗ250

Изобретение относится к вычисли-. тельной технике и может быть использовано для создания асинхронных вероятностных вычислительных устройств для моделировании случайных марковских .процессов и для создайия физических мОделей и имитаторов с управляемыми вероятностными характеристиками.

Известен генератор случайного потока импульсов, содержащий источник пуассоновсного потока импульсов, элемент И, линию задержки, одновибратор, сумматор, преобразователь частота — напряжение и регулируемый источник напряжения (1 3.

Этот генератор не позволяет управлять интенсивностью потока импульсов с помощью цифрового кода.

Известно устрой "тво для статис тического кодирования, содержащее датчик случайных чисел, два вентиля, генератор тактовых импульсов, схему сравнения и регистр кода.

Это устройство при определенных условиях (датчике равновероятных чисел и датчика пуассоновского потока импульсов вместо генератора тактовых импульсов) может выполнять задачу цифрового управления интенсивностью пуассоновского потока импульсов (2).

Однако это устройство требует большого объема электронного оборудования.

Известна простая.по устройству схема управления интенсивностью пуассоновского потока с помощью цифрового кода, содержащая детерминированный 1, m — полюсник, группу элементов И, регистр кода, вентиль и датчик пуассоновского.потока импульсов (3).

- Основной недостаток данной схе=мы — низкое значение интенсивности ) управляемого. потока импульсов.

Требуемая частота"f „ генератора тактовых импульсов, входящего в состав детерминированного 1, m-полюсника, определяется интенсивностью

1 управляемого потока с помощью следующего соотношения

2 Л

1„ту=, где m — чйсло,разрядов регистра кода, - .параметр, характеризующий допустимый уровень последствия в выходном потоке и равный 0,05.

При m = --8, что соответствует 0,5% точности задания з уличения управляющего кода Х, Ъ

10 Л (Z)

ГТЧ

С учетом {2) для цифрового управления потоком импульсов даже с невысокой интенсивностью P. ==

10 имп/с требуется генератор с довольно высокой тактовой частотой

5 МГц. Высокая частота переключений на управляющем входе вентиля при конечной длительности

0 — импульсов приводит к "Дроблению" импульсов управляемого потока, что является основной причиной низкой функциональной надежности

i() известной схемы.при Л>10 имп/с.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является генератор случайного потока импульсов, содер15 жащий.датчик пуассоновского потока импульсов, регистр кода, выходы которого соединены с первыми входами соответствующих элементов И группы, выходы которых соединены со входами элемента ИЛИ, выход которого является выходом генератора, элемент задержки, счетчик, стробированный дешифратор и линию задержки, вход которой объединен с управляющим входом стробированного дешифратора, со входом элемента задержки и подключен к выходу датчика пуассоновского потока импульсов, а выход линии задержки сое-. динен со счетным входом счетчика, З0 вход "Сброс" которого соединен с выходом. элемента задержки, выходы разрядов счетчика соединены с соответствующими разрядными входами дешифратора, выходы которого

35 соединены со вторыми входами соответствующих элементов H группы P4).

Недостатком. известного генератора -является схемотехническая сложность, обусловленная смешанным использованием элементов аналоговой и дискретной техники. В его состав входит линия временной задержки импульсных сигналов.на несколько средних периодов их следования, Г = (4-5)1/Л. Абсолютная

45 величина этой задержки 2 при

104 имп/с составляет сотни мкс, что ограничивает, возможности использования генератора в нижней части диапазона интенсивностей управ50 ляемого потока. К тому же зависимость необходимой величины линии временной задержки от параметра Х .управляемого потока исключает возможность,применения извес ного re55 нератора для управления потоком с .произвольной интенсивностью.

Целью изобретения является рас-ширение области применения гене ратора путем исключения ограничения по нижней части диапазона интенсивностей управляемого потока без снижения точности управления, а также за счет обеспечения возможности использования генератора в случае потока с произвольной интенсив65 ностью и упрощения его устройства.

1037250

Поставленная цель достигается тем, что генератор содержащий датчик пуассоновского потока импульсов, первый счетчик, выходы разрядов которого соединены с соответствующими разрядными входами первого стробированного дешифратора, управляющий вход которого через первый элемент задержки соединен со входом "Сброс" первого счетчика, ре= гистр кода, выходы разрядов которого соединены с первыми входами соответствующих элементов И группы, выходы которых соединены с входами элемента ИЛИ, выход которого является выходом генератора, введены равновероятностный двухполюсник, второй элемент задержки, второй счетчик, второй стробированный де шифратор и группу элементов ИЛИ, при этом выход датчика пуассоновского потока импульсов соединен с входом равновероятностного двухполюсника, первый выход которого соединен с входом первого элемента задержки и счетным входом второго счетчика, а второй выход равновероятностного двухполюсника соединен со счетным входом первого счетчика, управляющим входом второго . дешифратора и входом второго элемента задержки, выход которого соединен со входом "Сброс" второго .счетчика, выходы разрядов которо—

ro соединены с соответствующими разрядными входами второго стро-. бированного дешифратора, выходы которого соединены с первыми входами соответствующих элементов

ИЛИ группы, вторые входы которых соединены с соответствующими выходами первого. стробированного.дешифратора, а выходы элементов ИЛИ группы — с вторыми входами соответствующих элементов И группы.

Кроме того, равновероятностный двухполюсник содержит высокочастотный генератор импульсов, триггер, первый и второй элементы И, первые входы которых объединены и являются входом двухполюсника, выход генератора импульсов подключен к счетному входу триггера, прямой и инверсный выходы которого соединены с вторыми входами первого и второго элементов И соответственно, а выходы элементов И явля;ются выходами двухполюсника.

В предложенном генераторе задача разделения первичного потока Р импульсов на m независимых потоков с требуемым для цифрового управле.ния соотношением интенсивностей

Л „= 0}г) + А, где =0,Л, 2,.", п-"(3 ) решается в следующей последовательности: разделение первичного пуа соновского потока импульсов интенсивнос= тью Л .на два независимых друг от друга пуассоновских потока -с равными интенсивностями Ал=Л при выполнении условия Алл.Л-р Л разделение потоков Лл и Л на е независимых парциальных потоков, интенсивности 1л>, gqq которых образуют геометрические прогрессии

10 Л „ г)и+л 1

Ю л где n = О, 1, 2,..., m-1 при условии что

Ф 1п-л

15 ) л„„=Ал . Кто (4) и+4 ди= (1/2) kg, п = О, 1, 2, ..., m-1 при условии, что Г"p суммирование (объедйнение) импульсов парциальных потоков одного порядка п = О, 1", 2,..., m-1 и= ли+ < =(.«1) Л +И2) А =

-- (Цг) Л

Данный алгоритм реализуется с помощью: равновероятностного двухполюс,ника, Осуществляющего разделение (первичного потока на два потока Хл,.

30 ., независимых .импульсов, двух подсистем "счетчик-стробированный дешифратор", осуществляющих разделение потоков .„ и Р-д. на

m потоков с интенсивностями (4);

35 группы (m) элементов HJIH, выполняющих объединение импульсов парциальных потоков одного порядка и = О, 1, 2,..., в-1.

На чертеже приведена структур,л0 ная схема генератора.

Генератор содержит датчик 1 пуассоновского потока импульсов, равновероятностный двухполюсник 2, первый 3 и второй 4 элементы задержек, первый 5 и второй 6 счетчики, первый 7 и второй 8 стробированные дешифраторы, группу 9 элементов

ИЛИ, группу 10 элементов И, регистр

11 кода и элемент 12 ИЛИ.

Равновероятностный двухполюсник

50 2 содержит элемент И 13, высокочас" тотный генератор 14 импульсов, триггер 15, второй 16 элемент И, первые входЫ элементов И объединены с входом двухполюсника 2, вторые

55 входы — соединены соответственно с прямым и инверсным входом триггера

15, счетный вход которого подключен к выходу генератора 14, а выходы первого 13 и второго 16 элементов И являются первым и вторым выходом двухполюсника 2, соответственно.

Датчик 1 пуассоновского потока импульсов может быть выполнен по известной схеме, содержащей пос1037250 ледовательно соединенные источник шума, усилитель, пороговый элемент и формирующий каскад.

Счетчики 5 и б могут быть выполнены по схеме .последонательного соедийения двоичных статистических . 5 триггеров в режиме счета импульсов.

Число K триггеров определяется с . учетом соотношения К logjam, где m .число разрядов регистра 11 кода.

Стробированные дешифраторы 7 и 8 20 могут быть выполнены в виде дешифратора с потенциальными выходами и группы элементон И, обеспечивающих прохождение импульсов опроса на . один иэ выходов стробированного де шифратора н соответствии .с текущим состоянием счетчиков 5 и 6.

Регистр 11 кода представляет собой регистр памяти, в который заносится значение управляющего кода

0 Х « 1, представленного в виде двоичной правильной дроби.

Генератор работает следующим.образом.

С помощью двухполюсника 2 первичный поток импульсов датчика 1 с интенсивностью Л разделяется на два независимых друг от друга пуассоновских потока с равными интенсивностями >..>=А так,, что ) -,>+ >Л.

Покажем, что двухполюсник 2 с 30 предложенным составом элементов и их связями выполняет эту задачу. .Импульсы датчика 1 однонременно поступают на информационные входы первого 13 и второго 16 элементов И. З5

На управляющие входы первого 13 и второго 16 элементов И поступает соответственно прямой и инверсный двоичный сигнал триггера 15, ра> .ботающего в режиме счета импульсов высокочастотного генератора 14.

Поскольку время пребывания элементов И 13 и 16 в открытом состоянии одинаково, то вероятности P и Pz элементарных событий, заключающих ся в том, что импульс датчика 1. 45 поступающий, в случайный момент времени . появится на первом либо втором выходе двухполюсника 2, равны и составляют полную группу событий, т.е. Р4 = Pz= 1. Следовательно Р> = 50

Для обеспечения независимости распределения импульсов первичного потока на два потока с равными интенсивностями »„= Р1 Л и >(.k — — Рл л. 55 частота frT переключений триггера

15 должна превышать интенсивность первичного потока на один порядок

В счетчике 5. (6) фиксируется случайное число импульсов потока P. (Л>), которое появится на случайных интервалах между смежными импульсами потока Е1()>. ). Каждый импульс потока

)> (g ) опрашивают дешифратор 7 (8) и через время, необходимое для окон1 чания переходных процессов в подсистеме "счетчик-дешифратор" (это время задается элементом задержки 3 (4 ), гасит содержимое счетчика 5 (6). В результате опроса дешифратора 7 (8) импульс потока Л„(Pä3 проходит на тот выход дешифратора

7 (8), номер которого соответствует состоянию счетчика 5 (6) в момент опроса. (6) Л2Л =Л.

В этом случае производится независимое импульсное распределение импульсов первичного потока на два потока, являющееся основным условием сохранения пуассоновских свойств и отсутствия корреляционных снязей между выходными йотоками >>.,> и

М

Подтверждением импульсного ig>еобразования первичного потока является тот факт, что вероятность

Р т> 2(г ) появления на интервале

1(f >, = 0,1) Л двух и более импульсов. первичного потока близка к. нулю р„(с) =2-е-л - р:iе л -.1-e.-o,"

Ю

-О, Е "-„p,ОО47

Таким образом, предложенный двухполюсник 2 при f<2> 7> 10Л производит равновероятностное и независимое распределение импульсов датчика 1 по собственным выходам. При этом обеспечивается взаимная независимость выходных пуассоновских потоков и равенство их интенсивностей

Л =Л В силу взаимной независимости и идентичности пуассоновских потоков (A =ka процессы разделения потоков )>-,1 и > . на m потоков с геометрическим распределением (4) интенсивностей по выходам первого 7 и второго 8 дешифраторов — независимы и реализуются с помощью одинаковых технических средств.

При этом для разделения потока

h< íà m потоков с распределением (4) в качестве вспомогательного (управляющего) потока используется поток Л и, наоборот, для разделения потока P. — в качестве вспомогательного используется поток А.1.

Определим вероятности прохождения произвольного импульса потока A, (Л ), на и-ый выход дешифратора 7 (8) как вероятности Р состояний r> = О, 2., 2,... счетчика 5 (б) в момент опроса дешифратора 7 (8).

Временный интервал, в течение которого произнодится накопление > импульсов счетчиком 5 (6), явля1037250 (, ) @e ë Ã z io, (7) ) -где

4=Д1=ла.

Таким образом, потоки импульсов с выходов двухполюсника 2 с интен-. сивностями ) и l.< разделяют на выходах дешифраторов 7 и 8 íà m парциальных потоков с интенсивностями (4).

Элементы ИЛИ группы 9 служат целям суммирования (объединения ) парциальных потоков одного порядка. На выходах элементов ИЛИ групп\ю 9 образуются потоки импульсов с интенсивностями (5).

7 . ется случайной величиной, распределенной по закону

l Вероятности появления ровно п

О, 1, 2,... импульсов пуассоновского потока за фиксированный отрезок времени т определяются выражением Р

Qe ) -Л т и Е 7 )О (8) Вероятности. Р> появляются ровно и импульсов потока Ао за случайны отрезок време :н, распределенный по закону (7), находим с помощью операции осреднения вероятностей (8) по всем возможным значениям интервала О - Т < Р

oo (р и+л

Pü = Х Рм () (Г) И Г =, „Д Се - " @; (9 ) о

По таблицам интегралов определяем t"р " т .с =и)(Ло) (10) Подставляя (10) в (9), получим и+<

Р -И ),и-о,,а „...

В соответствии с установленным в регистре 11 кодом О» Х 1 будут открыты те элементы И группы 10, которые соответствуют разрядам регистра 11, содержащим единицы а„ = 1. На

5 выходе элемента ИЛИ 12 образуется пуассоновский поток импульсов, интенсивность ) которого линейно связана с интенсивностью датчика 1 значением кода Х, представленного

Я в виде двоичной правильной дроби О, а„, а, ..., а„ Л(Х)=О,О,Оэ...,а,Л=X Л где аЕ01, t = 1в, О Х 1.

При необходимости получения до полнительного потока с интенсивностью (1-Х)jl может быть использован второй канал цифрового управления в виде блока элементов И-ИЛИ, .подключенного параллельно к выходам элементов ИЛИ группы 9 и нуле-, вым выходам соответствующих разрядов регистра 11 кода.

Технико-экономический эффект . предложенного генератора определя-

25 ется следующими факторами: отсутствие линии временной эа держки существенно расширяет область применения генератора за счет упрощения конструкции генератора и исклюЗО -чения ограничения диапазона интенсивностей управляемого потока импульсов в нижней его части, методическая погрешность управлений интенсивностью пуассоновского потока импульсов как и в случае известного генератора равна нулю, схема управления в предложенном генераторе содержит минимальное число внешних контактов (связей) и состоит из йростейших,структурных и

4О логических элементов дискретной техники, что создает улучшенные возможности для выполнения ее в виде унифицированной микросхемы на основе интегральной технологии.

Составитель A. Карасов

Редактор Г. Волкова ТехредМ,Гергель Корректор А. Ильин

Заказ б 011/50 Тираж 706 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4