Генератор псевдослучайных последовательностей

 

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 синзронизадни 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,).

COOS СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК аю 03) 3(59 Н 03 К 3/84

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

2. Генератор по п. 1, о т л ич а ю шийся тем, что блок приоритета содержите-1 элементов И, (.

-1) элементов НЕ, причем выход j -ro (=1,..., m -1) элемента HE соединен со входом каждого k --го элемента и (1<=,ü> ). (21) 3632589/24-21 (22) 12.08 ° 83 (46) 30 ° 11.84. Бюл. Ф 44 (72) В.Э. Богданов и В.С. Лупиков (53) 621.374.2(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 767743, кл. G 06 F i/02, 1980.

2. Авторское свидетельство СССР

У 744525, кл. G 06 Г 1/02, 1980. (54)(57) 1. ГЕНЕРАТОР ПСЕВДОСЛУЧАЙHbIX ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ, содержащий генератор М-последовательности, первый задающий регистр,о т л и ч аю ш и и с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей геяератора 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, и блоков приоритета, и эле- . ментов И-ИЛИ, выходной регистр, блок управления, первый, второй и третий выходы которого соединены соответственно с входом синзронизации выходного регистра, входами установки выходного регистра и генератораф -последовательности, вхо- дом синхронизации генератораМ -последовательности, выходы которого соединены с первыми входами ф блоков сумматоров по модулю два, выходы которых соединены с входами соответствующих и блоков приоритета, выходы которых соединены с первы@и входами соответствующих Л элементов

И-ИЛИ, выходы которых соединены с информационными входами выходного регистра, выходы первого задающего регистра соединены с вторыми входами и элементов И-ИЛИ, выходы второго задающего регистра соединены с вторыми входами и блоков сумматоров по модулю два, четвертый выход бло-, ка управления соединен с входами синхронизации первого и второго задающих регистров.

Изобретение относится к импуль, сной 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 "0" ("1") на каждом его выходе путем накопления в преобразующем регистре дизъюнкций логических произведений опорных циклических последовательностей блока памяти и псевдосучайных последовательностей регистра сдвига с обратной связью Я .

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 "0" ("1 ) в выходных последовательностях генератора.

В данном генераторе возможно получение вероятностей появления логического "0" в формируемых последовательностях, равных 0,5 " или (1К

0,5 ), где k — число единиц в соответствующих опорных циклических последовательностях.

Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому является генератор псевдослучайных двоичных последовательностей, содержащий ге нератор И -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 j2) .

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.

1127079

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 генератор@ -последовательности, первый задающий регистр, введены второй задающий регистр, и блоков сумматоров по модулю два, и блоков приоритета, и элементов И-ИЛИ, выходной регистр, блок управления, первый, второй и третий выходы кото. рого соединены соответственно с входом синхронизапии выходного регистра, входами установки выходного регистра и генератора М -последовательности, входом синхронизации генератора М -последовательности, выходы которого соединены с первыми входами 11 блоков сумматоров по модулю два, выходы которых соединены с входами соответствующих и блоков приоритета выходы которых соеди1 иены с нервьпки входами соответствующих и элементов И-ИЛИ, выходы кото30 рых соединены с информационными входами выходного регистра, выходы первого задающего регистра соединены с вторыми входами п элементов И-ИЛИ, выходы второго задающего регистра

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

4О Блок приоритета содержитп) -1 элементов И, й1-1 элементов НЕ, причем выход q -го (i =1... 1я -1) элемента НЕ соединен с входом каждого

k--го элемента И (k =i,k>i) .

45 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 последовательностей (фиг. 1) содержит генератор 1 М -последовательности, первый 2 и второй 3 задающие регистры, И блоков 4-1...4- YI сумматоров по

1127

3 модулю два,П блоков S-1,. ° 5- П приоритета, и элементов И-ИЛИ 6-1...6-ll, выходной регистр 7, блок 8 управления, первый, второй и третий выходы которого соединены соответственно с 5 входом синхронизации выходного регистра 7, входами установки выходного регистра 7 и генератора 1 М -последовательности, входом синхронизации генератора 1IN -последовательнос- 10 ти, выходы которого соединены с первыми входами ll блоков 4-1...4-П сумматоров по модулю два, выходы кото рых соединены с входами соответствующих блоков 5-1,...5-11приоритета, выходы которых соединены с первыми входами соответствующих элементов И-ИЛИ 6-1... 6-Tl выходы которых соединены с информационными входами выходного регистра 7, выходы первого задающего регистра 2 соединены с вторыми входами и элементов И-ИЛИ 6-1... б-h, выходы второго задающего регистра 3 соединены с вторыми входами 11 блоков 25

4-1... 4- tl сумматоров по модулю два, четвертый выход блока 8 управления соединен с входами синхронизации первого 2 и второго 3 задающих регистров. 30

Блок 5; приоритета (фиг. 2} сопержит я1-1 элементов И 9-1... (м-1).. (я1-1) элементов не 10-1...10(я1-1). причем выход 1-го (1=1...yn-1) элемента НЕ соединен со входом каждого)(-го элемента И (k=i,kъ ).

Задающие регистры 2 и 3 реализованы одинаково (фиг. 3) ° Каждый из, них содержит регистр и р п1переключателей с помощью которых на информационные входы регистра может быть подана логическая единица (ноль).

Блок 8 управления (фиг. 4) содержит Rg триггер 11, переключатель 45

12, элемент HE 13, генератор 14 тактовых импульсов, D --триггер 15, элемент И 16, вычитаюший счетчик 17, переключатели 18-1... 18-5, блок 19 индикации.

Генератор псевдослучайных последовательностей работает следующим образом.

В исходном состоянии переключатель 12 блока 8 управления находится 55 в положении "Стоп" (см. фиг. 4). На выходе Q триггера 11 присутствует сигнал логического нуля .(фиг. 5а), 079 4 на выходе Я вЂ” логической единицй (фиг. 5б). Сигнал с выхода Я 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 и выходных псевдослучайных последовательностей. Управляющее. слово регистра 2 имеетп полей по гп разрядов в каждом, причем разряды из k --го поля (k=1 ..и) 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. Айалогично управляющему слову регистра 2 управляющее слово регистра 3 имеет и полей по п1 разрядов в каждом. Разряды регистра 3 из к-го поля (к=

=1....П) подключены к входам сумматорсв по модулю два из группы 4-к и задают очередность следования "1" и "0", в к-й ьыходной последовательности генератора. Сигнал логического нуля с инверсного выходаЮ— триггера 11 в блоке 8 управления производит запись в вычитающий счетчик 17 с переключателей 18-1, 182,.... 18-8 двоичного кода длины„ф формируемых генератором последовательностей. Сигнал логического нуля с инверсного выхода 35 -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 выхода2-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. 5e) 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 ге1127079 нератора 1 4l -последовательности и устанавливает их в исходные кодовые комбинации. Выходной регистр 7, например, устанавливается в исходную композицию 00...0, а генератор 1

М-последовательности — в исходную комбинацию 11...!

Запуск генератора осуществляется путем установки переключателя !2 блока 8 управления в положение

"Пуск". При этом на К -вход 35 -триггера 11 подается сигнал логического нуля через контакты переключателя 12. 35 -триггер 11 устанавливает ся в нулевое состояние. На прямом выходеяб -триггера 11 формируется сигнал логического нуля, который запрещает запись информации в первый

2 и второй 3 задающие регистры. На инверсном выходе RS-триггера 11 формируется сигнал.логической единицы, запрещающий запись исходных кодовых комбинаций в вычитающнй счетчик 17, выходной регистр 7 и генератор 1 фпоследовательности. Сигнал логической единицы с инверсного выхода

1!6 -триггера 11 подается также наЭвходО -триггера 15 в блоке 8 управления. По положительному фронту тактового импульса от генератора 14 тактовых импульсов Э-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 17, вход синхронизации генератора 1 М -последовательности, а также через элемент И 16 и элемент

НЕ t3 на вход синхронизации выходного регистра 7. Сигнал логической единицы с выходами -триггера 15, поступая на вход блока индикации 19, вызывает свечение светодиода, что свидетельствует о формировании генератором выходных псевдослучайных последовательностей. Тактовые импульсы с выхода элемента И 16 блока

8 управления, поступая на вход синхронизации генератора 1М -последовательности, вызывают формирование на его выходах псевдослучайных кодов.

С помощью элемента И 16 в последовательность псевдослучайных кодов генератора 1N -последовательности включается нулевая комбинация, которая формируется между кодовыми комбинациями 00 ° ..01 и 10. 00. Сформиро"1

Z -x„hx<

25 O. ° ° ° ° ° ° ° ° ° у =х,ах

ЗО где у у ...у

1 2 лх„„

tn-1 i1 p выходные сигналы блока 5-к приоритета; входные сигналы блока 5-к приоритета. х х ...x

И Из приведенных выше соотношений легко заметить следующие свойства псевдослучайных последовательностей, формирующихся на выходах блоков

5-1...5-1! приоритета: в каждом такте работы генератора лишь один выходной сигнал блока 5-к приоритета (к 1,2... и ) принимает значение 1; вероятность появления "1" на 1 -м

-1 выходе у„ блока 5-к приоритета а. =2

1t

Справедливость последнего свойст-ва, в частности, можно показать следующим образом. Пусть g — разрядность генератора 1 М -последовательности.

Тогда эа период генератор !IIII -последовательности сформирует 2 -8

Р разрядных кодов причем каждый 3—

7 .разрядный код встречается в последовательности кодов лишь один раз.

Отсюда следует, что за период в произвольно выбранных разрядах генератора 1 If-последовательности (tan) каждый 1 -разрядный код встретится

Е-1

2 раз.. На входы блока 5-к приориванные генератором 1М -последовательности псевдослучайные последовательности подаются на первые входы блоков 4-1...4-1! сумматоров по модулю два и повторяются на выходах тех сумматоров по модулю два, на вторые входы которых поступают сигналы логического нуля от второго задающе1О

ro регистра 3, или инбертируются теми сумматорами по модулю два, на вторые входы которых поступают сигналы логической единицы от второго задающего регистра 3. Преобразованные таким образом псевдослучайные после-!

5 довательности поступают на входы блоков 5-1... 5-tl приоритета. Каждый иэ блоков 5-к приоритета представляет собой комбинационную логическую схему реализующую следующую совокупность переключательных функций:

1127079 тета поступают сигналы а с сумма1 торов по модулю два из блока 4-к:

10 а =Ь Яс ° i =. 1,2,...,ш, где b),Ú ....Ь„„ — выходные сигналы генератора 1 Ц -последовательности; с„с,...с„, — код из второго задающего регистра 3. На -и выходе блока 5-к приоритета формируется логическая единица если на входы блока поступает код а =а ...=а; q =

О. à =1. т.е. если генератор 1М— последовательности формирует q -разрядный код Ъ =с,Ь =с ..., Ь;, = с.,Ь; с„. Этот g -разрядный код 15

rsa период последовательности генератора 19 -последовательности форми9- руется 2 раэ. Отсюда вероятность появления логической единицы на 1 .-м выходе блока 5-,к приоритетов (а =1, 20

2... и1) ц = 2 "/2 = 2 . Из при-1 3 -$ веденных выше рассуждений также видно, что при изменении управляющего слова во втором регистре 3 можно изменять очередность следования 25

"1 " и "0" в формируемых блоками

5-1...5- О приоритета последовательностях без изменения вероятностей

Причем на каждом 1 -м выходе блоков

5-.1... 5-11 приоритета можно получить ЗО !

2 различных последовательностей с вероятностью цоявления логической

« единицы ; = 2 . Псевдослучайные последовательности с выходов блоков

5-1...5- И приоритета поступают на входы соответствующих элементов

И-ИЛИ 6-1.. ° 6 ll. которые предназна. чены для объединения по ИЛИ этих последовательностей с целью получения выходных последовательностей . 4О с заданными вероятностями появления логической единицы Р .Р .... Р, В

И силу первого и второго свойств псевдослучайных последовательностей формируемьж блоками 5-1...5- и нри- 4 оритета, на выходах элементов И-ИЛИ 6-1...6-h получают последова- .

Ьъ тельности с вероятностями Р =, > 2

У К 11 1l к 1 ° 2 ° и ° где З д к ° ° ° i J к:. содержимое к-ro поля управляющего слова, записанного в первом задающем регистре 2. Код3,„,дик. ° ° ° э3екв

rye ;„ может принимать значения "1" браэом, вероятность Р для к-й выходной последовательности генератора, Очевидно, что вероятность Р (к 1,2 ..-..И) может принимать значения 0 2 2 2

Ф „m

S Э У ...(2 -1). Г . Псевдослучайные последовательности с выходов элементов И-ИЛИ 6-1... 6- и поступают на информационные входы выходного регистра 7, куда они записываются

TaKToBbwH импульсами, подаваемыми на вход синхронизации вьжодного регистра 7.

Работа генератора продолжается описанным выше образом до тех пор, пока он не сформирует М значений выходных псевдослучайных последовательностей. По переднему фронту М -ro тактового импульса с выхода элемента И 16 вычитающий счетчик 17 в блоке 8 управления устанавливается в нулевое состояние. После окончания этого тактового импульса на выходе вычитающего счетчика 17 формируется сигнал логического нуля (фиг. 5ж), который обнуляет D -триггер 15 и затем удерживает его в нулевом состоянии. Сигнал логического нуля с выФ хода2 -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 каждом к-м выходе генератора ,(к = 1,2....6 ) может быть сформиро..".=.г-. .. - 2 rn вано максимально 1 + - (4 -1) псев3 дослучайных последовательностей (mразрядность блока 5-к приоритета) разной структуры и с разными вероят-. ностями появления единицы в них.

Таким образом, в предлагаемом уст ройстве достигается по сравнению с известным устройством формирование большого числа выходных, псевдослучайных последовательностей с saданным распределением вероятностей логической единицы в них при одновременном изменении очередности следования единиц и нулей.

1127079

1127079

1127079 г д

Рог.5

Составитель Ю. Бурмистров

Редактор Л. Веселовская Техред Т.Иаточка Корректор О., Билак

Заказ 8755/44 Тираж 861 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,