Генератор псевдослучайных последовательностей

 

Изобретение относится к области радиотехники и может использоваться в качестве генераторов опорных сигналов в передатчиках и приемниках широкополосных сигналов. Технический результат - расширение функциональных возможностей за счет увеличения объема формируемых М-последовательностей. Для этого в устройстве, содержащем генератор тактовых импульсов, триггеры, умножители и сумматор по модулю два, введение оперативно-запоминающего блока, формирователя адреса, двухвходового сумматора по модулю два и делителя частоты позволило увеличить количество формируемых М-последовательностей без увеличения амплитуды боковых лепестков корреляционной функции. 3 ил.

Устройство относится к области радиотехники и радиосвязи и может использоваться в качестве генератора опорных сигналов в передатчиках и приемниках широкополосных сигналов.

Известны генераторы псевдослучайной последовательности (ПСП), например, Шумоподобные сигналы в системах передачи информации / Под ред. Пестрякова В. Б. - М. : Сов. радио, 1973, с.146, фиг.4.2.1. (генератор М-последовательностей), содержащий селектор двоичных импульсов, первый и второй регистры с обратными связями, формирователь синхроимпульсов и генератор тактовых импульсов.

Там же - на с. 147 - приведена функциональная схема генератора (фиг. 4.2.3), содержащего регистр сдвига, триггеры, сумматор и генератор тактовых импульсов.

Недостатком данных генераторов является то, что они имеют ограниченный ансамбль сигналов. Например, для 10-разрядного регистра можно сформировать 60 шт. М-последовательностей.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является генератор псевдослучайных последовательностей, приведенный в книге Шумоподобные сигналы в системах передачи информации/ Под ред. Пестрякова В.Б. - М. : Сов. радио, 1973, с.147, фиг.4.2.3, принятое за прототип.

На фиг.1 приведена функциональная схема устройства-прототипа, где введены следующие обозначения: 1 - генератор тактовых импульсов; 2_l-2_m - первый, второй,..., m-й триггеры; 3_l -3_m - первый, второй,..., m-й умножители; 4 - сумматор по модулю два.

Устройство-прототип имеет следующие функциональные связи.

Выход генератора тактовых импульсов 1 соединен с первыми сигнальными входами с первого по m триггеров 2_l-2_m соответственно, а выходы с первого по m триггеров 2_l-2_m через m умножители 3₁-3_m соединены с n входами сумматора по модулю два 4, выход которого соединен с вторым сигнальным входом первого триггера 2_l и, кроме того, является выходом устройства.

Работает устройство-прототип следующим образом.

С генератора тактовых импульсов 1 импульсы поступают на первые сигнальные входы с первого по m триггеров 2_l-2_m, образующих регистры сдвига. С выходов с первого по m триггеров 2_l-2_m, соответствующих единичным значениям проверочного полинома, сигналы через m умножители 3_l-3_m поступают на соответствующие входы сумматора по модулю два 4, с выхода которого сигнал поступает на второй сигнальный вход первого триггера 2_l, и одновременно является выходным сигналом устройства-прототипа.

Недостатком устройства-прототипа является ограниченный объем формируемых М-последовательностей: где m - количество триггеров (разрядность регистров сдвига); ϕ(х) - функция Эйлера, т.е. количество взаимно простых с х чисел.

Для устранения указанного недостатка в генератор псевдослучайных последовательностей, содержащий генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с первыми сигнальными входами с первого по m триггеров соответственно, выходы которых через m умножителей соединены с n входами сумматора по модулю два соответственно, выход которого соединен с вторым сигнальным входом первого триггера, введены последовательно соединенные делитель частоты, двухвходовый сумматор по модулю два и формирователь адреса, выход которого шиной соединен с вторым входом оперативно-запоминающего блока, первый вход которого соединен с выходом сумматора по модулю два. Кроме того, выход генератора тактовых импульсов соединен с входом делителя частоты и вторым входом двухвходового сумматора по модулю два, выход которого соединен с третьим входом оперативно-запоминающего блока.

На фиг. 2 приведена функциональная схема предлагаемого устройства, где введены следующие обозначения: 1 - генератор тактовых импульсов; 2_l-2_m - первый, второй,..., m-й триггеры;
3_l-3_m - первый, второй,..., m-й умножители;
4 - сумматор по модулю два;
5 - оперативно-запоминающий блок;
6 - формирователь адреса;
7 - двухвходовый сумматор по модулю два;
8 - делитель частоты.

Предлагаемое устройство имеет следующие функциональные связи.

Генератор тактовых импульсов 1, выход которого соединен с первыми сигнальными входами с первого по m триггеров 2_l-2_m соответственно, выходы которых через m умножители 3_l-3_m соединены с соответствующими n входами сумматора по модулю два 4, выход которого соединен с вторым сигнальным входом первого триггера 2_l и с первым входом оперативно-запоминающего блока 5; выход генератора тактовых импульсов 1 соединен с входом делителя частоты 8 и вторым входом двухвходового сумматора по модулю два 7, первый вход которого соединен с выходом делителя частоты 8.

При этом выход двухвходового сумматора по модулю два 7 соединен с входом формирователя адреса 6, выход которого шиной соединен с вторым входом оперативно-запоминающего блока 5, выход которого является выходом устройства; кроме того, выход двухвходового сумматора по модулю два 7 соединен с третьим входом оперативно-запоминающего блока 5.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Тактовые импульсы с генератора тактовых импульсов 1 поступают на первые сигнальные входы с первого по m триггеров 2_l-2_m.

С выходов триггеров 2_l-2_m, соответствующих единичным значениям проверочного полинома, сигналы через m умножители 3_l-3_m поступают на соответствующие n ходы сумматора по модулю два 4. Коэффициенты умножения m умножителей 3_l-3_m принимают значения 0 или 1, которые означают отсутствие или наличие связи соответствующих триггеров 2_l-2_m с n входами сумматора по модулю два 4. То есть генератор М-последовательности (блоки: генератор тактовых импульсов 1, триггеры 2_l-2_m и сумматор по модулю два 4) на выходе формирует циклическую последовательность с периодом N=2^m-1.

С выхода генератора тактовых импульсов 1 сигнал в виде последовательности коротких импульсов с частотой f поступает на вход делителя частоты 8 с коэффициентом деления N1+2, с выхода которого короткие импульсы поступают на первый вход двухвходового сумматора по модулю два 7 (схема, исключающая элемент ИЛИ), на второй вход которого поступает сигнал с генератора тактовых импульсов 1.

На выходе двухвходового сумматора по модулю два 7 появляется сигнал логического нуля в случае, если импульсы с делителя частоты 8 и генератора тактовых импульсов 1 совпали, в противном случае появляется логическая единица.

С выхода двухвходового сумматора по модулю на два 7 сигнал поступает на вход формирователя адреса 6 и на третий вход блока 5, на первый вход которого поступает выходной сигнал с выхода m-разрядного сумматора по модулю два 4, а на второй вход блока 5 (с шины адреса) поступает m-разрядный код с выхода блока 6.

Выход блока 5 является выходом устройства.

Формирователь адреса 6 можно реализовать в виде m-разрядного счетчика импульсов.

Линейные последовательности максимальной длины (M-последовательности) имеют небольшой объем ансамбля по сравнению с периодом:

Известен способ увеличения объема ансамбля усечением (использование сегментов M-последовательностей). Этот способ рассмотрен в книгах: Варакин Л. Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. - M.: Радио и связь, 1985; Шумоподобные сигналы в системах передачи информации / Под ред. Пестрякова В.Б. - M.: Сов. радио, 1973.

При усечении на один элемент объем ансамбля увеличивается в N раз. Можно усекать псевдослучайную последовательность (ПСП) на произвольное количество элементов. Обычно усекаются следующие друг за другом символы. При усечении сильно возрастают выбросы взаимной корреляционной функции (ВКФ) и автокорреляционной функции (АКФ).

В предлагаемом устройстве усечение производится прореживанием (децимацией).

Для четных значений m период М-последовательности можно записать в виде:
N=2^m-1=(2^m/2-1)•(2^m/2+1)=N1(N1+2)=N1 К.

Любую М-последовательность прореживанием можно представить в виде К-составляющих и М-последовательностей с периодом:
N1=2^m/2-1.

Пример для М-последовательности:
при N=63 с проверочным полиномом 1 приведен на фиг.3.

Таким образом, при прореживании через К=N1+2 элементов из исходной М-последовательности будет удаляться одна из составляющих М-последовательности с периодом:
N1=2^m/2-1.

АКФ и ВКФ складываются алгебраически из АКФ и ВКФ составляющих М-последовательности, которые известны. Путем подбора сдвига можно всегда добиться минимального увеличения боковых выбросов.

Тогда:

где R(L) - КФ - ПСП длины N;
r_{i, i+L} - корреляционная функция (КФ) между отдельными строками матрицы;
К - количество строк в матрице.

После усечения получаем:

В последнем случае из суммы исключается одна псевдослучайная последовательность номер S с периодом N1.

Формула изобретения

Генератор псевдослучайных последовательностей, содержащий генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с первыми сигнальными входами с первого по m триггеров соответственно, выходы которых через m умножителей соединены с n входами сумматора по модулю два соответственно, выход которого соединен со вторым, сигнальным входом первого триггера, отличающийся тем, что введены последовательно соединенные делитель частоты, двухвходовый сумматор по модулю два и формирователь адреса, выход которого шиной соединен со вторым входом оперативно-запоминающего блока, первый вход которого соединен с выходом сумматора по модулю два, кроме того, выход генератора тактовых импульсов соединен с входом делителя частоты и со вторым входом двухвходового сумматора по модулю два, выход которого соединен с третьим входом оперативно-запоминающего блока.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3