Генератор функций уолша

 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в аппаратуре спектрального анализа, цифровой обработке сигналов и сжатии данных. Технический результат изобретения заключается в возможности генерирования системы функций Уолша. упорядоченных только по одному закону. Генератор функций Уолша содержит генератор тактовых импульсов, счетчик дискретного интервала, группу элементов И, блок свертки по модулю два, счетчик номера функций Уолша и группу элементов ИЛИ. Изобретение позволяет увеличить количество генерируемых систем функций Уолша, упорядоченных по нелинейным псевдослучайным законам. Изобретение позволяет повысить структурную скрытность систем функций Уолша. 3 ил.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в аппаратуре спектрального анализа, цифровой обработке сигналов, сжатии данных.

Известен генератор функций Уолша (а.с. СССР N 596933, кл. G 06 F 1/02, 1977), содержащий генератор тактовых импульсов, n-разрядный счетчик, триггер, элементы И, ИЛИ.

Его недостатком является то, что порядок следования функций Уолша в периоде следования функций Уолша является детерминированным и не изменяется от периода к периоду. Наиболее близким по технической сущности является генератор дискретных функций Уолша (а.с. СССР N 703797, кл. G 06 F 1/02,1974), содержащий генератор тактовых импульсов, n-разрядный двоичный счетчик дискретного интервала, n-разрядный двоичный счетчик номера функций Уолша, блок свертки по модулю два, триггер, элемента И, ИЛИ [2].

Этот генератор функций Уолша позволяет генерировать функции Уолша, упорядоченные только по одному закону, что существенно ограничивает использование устройства.

Заявляемое изобретение направлено на увеличение количества генерируемых систем функций Уолша за счет упорядочения их по нелинейным псевдослучайным законам.

Подобная задача возникает при представлении непрерывного сигнала в виде системы функций Уолша. В настоящее время известны сцстемы функций Уолша, упорядоченные по Уолшу, Пэли и Адамару (Ахмед И., Рао К.Р. Ортогональные преобразования при обработке цифровых сигналов: Пер. с англ. Под ред. И.Б. Фоменко. - М.: Связь, 1980. - 248 с., 86 с.).

Сущностью изобретения является повышение структурной скрытности систем функций Уолша за счет увеличения количества генерируемых систем функций Уолша, упорядоченных по нелинейным псевдослучайным законам.

Это достигается тем, что генератор функций Уолша, содержащий генератор тактовых импульсов, счетчик дискретного интервала, группу элементов И, блок свертки по модулю два, счетчик номера функций Уолша, причем i-информационный выход счетчика дискретного интервала (i=1-n) соединен с первым входом i-го элемента И группы, выход которого соединен с i-м входом блока свертки по модулю два, дополнительно введены счетчик номера полинома (каждому полиному соответствует своя упорядоченная система функций Уолша), регистр сдвига номера функций Уолша, в цепи обратной связи которого включены блок демультиплексоров, группа злементов ИЛИ, блок сумматоров по модулю два и логический элемент ИЛИ-НЕ, причем выход генератора тактовых импульсов соединен со счетным входом счетчика дискретного интервала, выход переполнения счетчика дискретного интервала соединен со счетным входом счетчика номера функций Уолша и синхронизирующим входом регистра сдвига номера функций Уолша, i-й информационный выход которого соединен со вторым входом i-го элемента И группы, j-й информационный выход регистра сдвига номера функций Уолша соединен с информационным входом j-го демультиплексора группы (j = 1 - n-1) и j-м входом элемента ИЛИ-НЕ, выход которого соединен с первым входом первого сумматора по модулю два блока, второй вход которого соединен с информационным выходом старшего разряда регистр сдвига номера функций Уолша, вход начальной установки которого является одноименной шиной генератора и соединен с одноименными входами счетчика дискретного интервала, счетчика номера функций Уолша и счетчика номера полинома, счетный вход которого соединен с выходом переполнения счетчика номера функций Уолша, а информационные выходы счетчика номера полинома соединены с управляющими входами j-го демультиплексора блока, выход которого соединен с входом, j-го элемента ИЛИ группы, выход которого соединен с первым входом (j+1)-го сумматора по модулю два блока, второй вход которого соединен с выходом (j)-го сумматора по модулю два группы, выход последнего из которых соединен информационным входом регистра сдвига номера функций Уолша, выход блока свертки по модулю два является выходом генератора.

Заявляемое изобретение за счет введения в устройство новых блоков, а именно регистра сдвига номера функций Уолша, в цепи обратной связи которого включены блок демультиплексоров, блок логических элементов ИЛИ, блок сумматоров по модулю два, выход которого соединен с информационным входом первой ячейки регистра сдвига, логический элемент ИЛИ-НЕ, счетчик номера полинома с образованием новых связей позволяет генерировать различные системы функций Уолша, упорядоченные по нелинейным псевдослучайным законам с целью повышения структурной скрытности систем функций Уолша.

1. Известный генератор функций Уолша позволяет генерировать систему функций Уолша, упорядоченную только по одному закону.

2. За счет введения регистр сдвига номера функций Уолша и вышеперечисленных блоков с образованием новых связей, предлагаемый генератор позволяет получать системы функций Уолша, упорядоченных по нелинейным псевдослучайным законам, количество которых определяется числом первообразных неприводимых полиномов степени n. Например, для n = 10 имеем 60 первообразных неприводимых полиномов, а следовательно, 60 нелинейных псевдослучайных законов упорядочения функций Уолша в системах функций Уолша (Сикарев А.А., Лебедев О.Н. Микроэлектронные устройства формирования и обработки сложных сигналов. -М.: Радио и связь, 1983. -216 с., 76-77 с.).

Таким образом, если использовать предлагаемое устройство для n = 10, можно получить 60 ортогональных систем функций Уолша, что значительно повышает структурную скрытность систем функций Уолша.

Структурная схема генератора функций Уолша приведена на фиг. 1; на фиг.2 приведена функциональная схема генератора функций Уолша для n = 3; на фиг.3 представлены эпюры напряжений на выходе соответствующих устройств, поясняющие принцип работы устройства.

ГФУ содержит генератор 1 тактовых импульсов, счетчик 2 дискретного интервала, группу 3 элементов И, регистр сдвига 4 номера функций Уолша, счетчик 5 номера функций Уолша, счетчик 6 номера полинома, блок демультиплексоров 7, группу элементов ИЛИ 8, блок сумматоров по модулю два 9, элемент ИЛИ-НЕ 10, блок 11 свертки по модулю два.

ГФУ позволяет получить системы функций Уолша, упорядоченные по нелинейным псевдослучайным законам.

Регистр сдвига 4 номера фикций Уолша, в цепи обратной связи которого включены блок демультиплексоров 7, группа элементов ИЛИ 8, блок сумматоров по модулю два 9, элемент ИЛИ-НЕ 10 образуют устройство генерирующее нелинейные псевдослучайные последовательности, которые соответствуют номерам функций Уолша. После окончания генерации одной системы функций Уолша сигнал переполнения с счетчика 5 номера функций Уолша поступает на вход счетчика номера полинома, который переключает входы демультиплексора и таким образом получаем новый нелинейный псевдослучайный закон, заданный другим неприводимым первообразным полиномом. Смена неприводимых первообразных полиномов происходит по циклу, в который входят все неприводимые первообразные полиномы степени n.

Рассмотрим работу ГФУ. Сигнал обнуления с шины начальной установки устанавливает счетчик 2 дискретного интервала, регистр сдвига 4 номера функций Уолша, двоичный счетчик 5 номера функций Уолша, счетчик номера полинома в нулевое состояние. Установка счетчика номера полинома в нулевое состояние соответствует подключению информационных входов блока демультиплексоров в соответствии с первым неприводимым полиномом для данного n (для n = 3 он будет (X³ + X + 1). В результате поразрядного логического умножения нулевых содержимых счетчика 2 дискретного интервала и регистра 4 номера функций Уолша на элементах И группы 3 и подсчета четности единиц в порученном двоичном коде, выполняемом в блоке 11 свертки по модулю два, на выходе этого блока появится нулевой уровень, соответствующий значению нулевой функции Уолша в нулевой точке (фиг. 3, м). В следующем такте с выхода генератора 1 тактовых импульсов (фиг. 3, а) на счетный вход счетчика 2 дискретного интервала поступит импульс, который увеличит содержимое этого счетчика до единицы (фиг.3, д, ж, з). Так как регистр 4 номера функции Уолша по-прежнему находится в нулевом состоянии (фиг. 3, и, к, л), то сформированное на выходе блока 11 свертки по модулю два значение будет соответствовать значению нулевой функции Уолша на первом временном интервале. Подобным образом в последующих тактах будут сформированы все остальные значения нулевой функции Уолша. К этому времени все разряды счетчика 2 дискретного интервала будут находиться в единичном состоянии. С поступлением N-го тактового импульса из генератора 1 тактовых импульсов счетчик 2 дискретного интервала обнулится, сформировав сигнал переноса (фиг.3, б), который поступит на синхронизирующий вход регистр 4 номера функций Уолша и на счетный вход счетчика 5 номера функций Уолша, увеличив его содержимое на единицу.

Действие синхронизирующего импульса на регистр 4 номера функции Уолша и логической единицы "1", снимаемой с выхода логического элемента ИЛИ-НЕ через блок сумматоров по модулю два, приведет к установке первой ячейки регистра номера функции Уолша в единичное состояние (фиг. 3, и). По окончании времени задержки на выходе блока 11 свертки по модулю два (фиг.3, м) сформируется значение первой функции Уолша на нулевом дискретном интервале. В последующих (N-1) тактах будут генерироваться значения первой функции Уолша. Описанная процедура будет аналогичным образом повторяться и далее. Каждое переполнение счетчика 2 дискретного интервала будет вызывать изменение содержимого регистра 4 номера функций Уолша в соответствии с нелинейным псевдослучайным законом, заданным неприводимым первообразным полиномом с помощью счетчика номера полиномов 6, блока демультиплексоров 7 и группой элементов ИЛИ 8, а также будет вызывать увеличение содержимого счетчика 5 номера функции Уолша. После N·(N-1)-го импульса с генератора 1 тактовых импульсов на выходе устройства будет сформировано значение последней функции в точке (N-1). Поступивший с генератора 1 тактовых импульсов на счетный вход счетчика 2 дискретного интервала следующий импульс обнулит счетчик 2, что вызовет также обнуление регистра 4 (так как закончится период формирования нелинейной псевдослучайной последовательности) и обнуление счетчика 5. Импульс переполнения со счетчика 5 номера функции Уолша (фиг. 3, в) поступит на вход счетчика 6 номера полинома, изменяя его состояние, что вызовет смену коммутаций входов блока демультиплексоров в соответствии со следующим неприводимым первообразном полиномом степени n. Для n = 3 он будет (X³ + X² + 1).

После этого начнется цикл генерации новой системы функций Уолша, упорядоченных по другому нелинейному псевдослучайному закону. Будет сформировано столько различных систем функций Уолша, сколько существует неприводимых первообразных полиномов степени n, для n = 3 их будет два (фиг.3, м), после чего цикл работы ГФУ начнет повторяться сначала.

Таким образом, если использовать предлагаемое устройство для n = 10, то можно получить 60 ортогональных систем функций Уолша, упорядоченных по псевдослучайным нелинейным законам, что значительно повышает скрытность систем функций Уолша, генерируемых данным устройством.

Формула изобретения

Генератор функций Уолша, содержащий генератор тактовых импульсов, счетчик дискретного интервала, группу элементов И, блок свертки по модулю два, счетчик номера функций Уолша, причем i-й информационный выход счетчика дискретного интервала (i = 1 ^oC n) соединен с первым входом i-го элемента И группы, выход которого соединен с i-м входом блока свертки по модулю два, отличающийся тем, что в него дополнительно введены счетчик номера полинома, регистр сдвига номера функций Уолша, в цепи обратной связи которого включены блок демультиплексоров, блок сумматоров по модулю два, логический элемент ИЛИ-НЕ, группа элементов ИЛИ, причем выход генератора тактовых импульсов соединен со счетным входом счетчика дискретного интервала, выход переполнения которого соединен со счетным входом счетчика номера функций Уолша и синхронизирующим входом регистра сдвига номера функций Уолша, i-й информационный выход которого соединен с вторым входом i-го элемента И группы, j-й информационный выход регистра сдвига номера функций Уолша соединен с информационным входом j-го демультиплексора блока (j = 1 ^oC (n - 1)) и j-м входом элемента ИЛИ-НЕ, выход которого соединен с первым входом первого сумматора по модулю два блока, второй вход которого соединен с информационным выходом старшего разряда регистра сдвига номера функций Уолша, вход начальной установки которого является одноименной шиной генератора и соединен с одноименными входами счетчика дискретного интервала, счетчика номера функций Уолша и счетчика номера полинома, счетный вход которого соединен с выходом переполнения счетчика номера функций Уолша, а информационные выходы счетчика номера полинома соединены с управляющими входами j-го демультиплексора блока, выход которого соединен с входом j-го элемента ИЛИ группы, выход которого соединен с первым входом (j + 1)-го сумматора по модулю два блока, второй вход которого соединен с выходом j-го сумматора по модулю два блока, выход последнего из которых соединен с информационным входом регистра сдвига номера функций Уолша, выход блока свертки по модулю два является выходом генератора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3