Генератор псевдослучайных чисел

 

с в. В (1

ОП ИСАНИ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Соеетсимх

Социалистических рееп76""и (6l} Дополнительное к авт. свид-ву« (22} Заявлено090277 (2l} 2450727/18-24 с, присоединением заявки И (23} Приоритет(51) л1. Кл.

G07 С 15/00

G06 F 1/02

Государственный комитет

СССР по делам взобретеннй н открытий (53) УДК. 681.325 (088.8) Опубликовано 050479. Бюллетень № 13

Лата опубликования описания 0504.79 (72) Авторы изобретении

A.И.Вовчецкий, И.В.Кудрявцев, E ° Г.Ннканцров, С.С.Поспелов и В.С.Рабкин

{71) Заявитель (54 ) ГЕКЕ PAT0P П СЕ ВДОСЛУЧА ЙНЫХ ЧИСЕЛ

Предлагаемый генератор относится к области вычислительной техники н может быть использован, в частности, для испытания и моделирования систем передачи информации, а также в качестве периферийного блока (ЭЦВМ) электронной цифровой вычислительной машины.

Известен генератор псевдослучайных чисел, содержащий регистр сдвига с сумматором по модулю два в цепи обратной связи, генератор импульсов, цифровой фильтр, преобразователь (1) .

Недостатком этого генератора явпяется его сложность.

Наиболее близким техЖюческим решением к данному изобретению является генератор псевдослучайных чисел, содержащий сумматор по модулю .два, первый и второй входы которого соединены с первым и вторым выходами соответственно основного регистра сдвига первый вход которого соединен с первым выходом генератора импульсов, второй выход которого подключен к первому входу счетчика, выход которого является первым выходом генератора (2). .Ж

При исследовании реальных систем, имеющих ограниченную полосу пропускания, важной характеристикой случайного процесса являются его корреляционные свойства. Степень коррелированности чисел зависит от ширины полосы пропускания системы. Поэтому при исследовании таких систем необ ходимо формировать коррелированные числа и, кроме того, важно иметь возможность изменять время корреляции, что эквивалентно получению случайного процесса на выходе фильтра с изменяемой полосой пропускания.

Целью предлагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей генератора псевдослучайных чисел эа счет изменения степени коррелированности формируеьвис чисел.

Для достижения поставленной цели генератор содержит первый и второй делители, блок задания знака, коммутатор и дополнительный регистр, выход которого соединен со вторым входом счетчика, первый вход- с первым выходом основного регистра сдвига, второй вход объединен с первым входом первого делителя и подключен к первому выходу генератора им3 65608 пульсов, а rpyhna выходов соединена с группой входов коммутатора, выход которого, подключен ко второму входу ocHOBHorо регистра сдвига, первый вход — к выходу сумматора по модулю два, а второй вход — к выходу первого делителя, второй вход которого подключен ко второму выходу генератора импульсов и ко входу второго делителя, выход которого соединен с первым входом блока задания знака, второй вход которого 1О соединен с выходом счетчика, а выход является вторым выходом генератора.

На фиг.1 приведена блок-схема предлагаемого генератора. на фиг.2 - функции корреляции 15 последовательности чисел, Формируемых генератором в различных режимах работы.

В состав генератора входят основной регистр сдвига 1, дополнительный 2О регистр сдвига 2, счетчик 3, сумматор по модулю два 4, коммутатор 5, делитель 6, генератор импульсов 7, делитель 8 и блок задания знака 9.

Выходы разрядов счетчика 3 являются первым выходом генератора, а выходы разрядов блска задания знака 9-вторым выходом генератора.

Выход регистра 1 через дополнительный регистр сдвига 2 соединен со входом счетчика 3. Выходы разрядов регистра 1 в соответствии с коэффициентами генераторного полинома соединены с входами сумматора по модулю два 4, выход которого через коммутатор 5 соединен с информационным входом регистра 1. Управляющий вход коммутатора 5 через делитель с переменным коэффициентом деления 6 соединен со вторым выходом генератора импульсов 7 и тактовым входами ре- 40 гистров 1 и 2. Выходы разрядов дополнительного регистра 2 соединены с входами коммутатора 5. Первый выход генератора импульсов 7 соединен с установочными входами делителя б и 45 счетчика 3 и счетным входом делителя

8, выход которого соединен с управляющим входом блока задания знака 9.

Выходы разрядов счетчика 3 соединены со входами блока измерения знака О.

Сущность предложения заключается в формировании псевдослучайных чисел из,пересекающихся отрезков, что позволяет получать коррелированные числа. Изменение области пересечения отрезков приводит к изменению степени корреляции генерируемых чисел .

Рассмотрим принцип работы предлагаеМого генератора псевдослучайных РО чисел.на тактовый вход регистра сдвига 1 поступает пачка иэ и ЪХ импульсов, где к разрядность регистра сдвига 1.

Первые m(man) тактов регистр 1 с сумматором по модулю два работает как генератор бинарной псевдослучайной последовагельности . Затем с выхода делителя б приходит сигнал на коммутатор 5, который переключает выходы сумматора по модулю два

4 и дополнительного регистра 2, так что регистр 1 и дополнительный регистр 2 оставшиеся (и-m) тактов работают в режиме кольцевого регистра сдвига. При этом иэ дополнительного регистра 2 в основной регистр включаются только (0-к) раэрядсв.

Таким образом, на вход счетчика

3 поступают п символов и по окончании цикла работы генератора в счетчике 3 сформировано псевдослучайное исло, равное числу единиц в этом отрезке, а в регистре 1 оказывается записана фаза, отличающаяся, от исходной на rn тактов. Следующий отрезок имеет (й-в) символов, общих с предыдущим. В начале следующего цикла по сигналу с выхода генератора

7 происходит установка счетчика

3 и делителя в исходное состояние.

Исходное состояние счетчика 3, задаваемое по управляющему входу перед началом работы, определяет математическое ожидание распределения формируемых псевдослучайных чисел.Коэффициент деления делителя 6 задается по управляющему входу и определяет время корреляции . Описанный цикл работы генератора повторяется для формирования каждого нового числа.

При достаточно больших и распределение весов отрезков (числа единиц в отрезках) стремится к нормальному °

Математическое ожидание этого распределителя определяется зависимостью

Е= -м

2 где М вЂ” число, собтветствующее исходному состояник. счетчика s начале каждого цикла формирования псевдослучайного числа.

Очевидно, что изменяя исходное состояние счетчика, получаем различные значения математического ожидания, распределения.

Дисперсия Д распределения определяется по Формуле

Д =п)4

Если mPn, то генерируемые числа коррелированы.

Для примера можно показать, что при m= 1 и n=K функция автокорреляции r(C) генерируемой последовательности псевдослучайных чисел имеет вид: Г- целое

При достаточно больших и зависимость упрощается

656086

Вследствие периодичности функция корреляции генерируемой последова- 5 тельности также периодична с периодом 2 - 1. Выражения для функции п корреляции даны для одного периода.

График корреляционной функции приведен на фиг.2 (эпюра а). Увеличение 10 числа тактов m приводит к уменьшению времени корреляции.

Таким образом, время корреляции регулируется изменением коэффициента деления делителя 6. В частности, при

m=n генерируются практически некорреляционные числа.

Функция корреляции, (фиг.2 эпюра а) удовлетворительно аппроксимирует корреляционную функцию шума на выходе "0 ряда технических устройств, в частности, фильтров нижних частот.

Так, например, корреляционная функция шума на выходе фильтра,согласованного с единичным прямоугольным импульсом, имеет треугольную форму.

Для получения колебательного характера автокорреляционной функции (фиг.2 эпюра в) псевдослучайных 30 чисел, формируемые в счетчике 3 числа поступают на схему изменения знака 9, которая управляется по управляющему входу делителя 8 с коэффициентом деления I(L«n) . на счетный вход дели- 38 теля поступают импульсы с частотой формирования псевдослучайных чисел.

При этом Ь чисел поступают на выход генератора без изменения, а следующие L чисел с инверсией знака.

Полученная таким образом автокорреляционная функция достаточно хорошо аппроксимирует корреляционную функцию шума на выходе полосового фильтра (в частности фильтра, согласованного с прямоугольным радиоимпульсом) . Изменяя по управляющему входу коэффициент деления делителя 8, изменяем период колебайий функции корреляции (фиг.2 эпюра в), что эквивалентно изменению центральной частоты полосового фильтра. . Таким образом, предлагаемый генератор псевдослучайных чисел позволяет формировать цифровой шум с законом распределения; близким к нормальному и корреляционными ункциями, характерными для процессов получаемых из белого шума на выходе низкочастотных и ползсовых фильтров.

Управляя состоянием делителя 6, коммутатора 5, делителя 8 и счетчика 3 изменяем параметры генерируемых псевдослучайных чисел (что расширяет функциональные возможности генератора случайных чисел. Большой диапазон регулировок в предлагаемом генераторе позволяет эффективно использовать его при моделировании и экспериментальном исследовании различного рода систем передачи цифровой информации.

Формула изобретения

Генератор псевдослучайных чисел, содержащий сумматор по модуляю два, первый и второй входы которого соединены с первым и вторым выходами соответственно основного регистра сдвига, первый вход которого соединен с первым выходом генератора импульсов1второй выход которого подключен к первому входу счетчика, выход которого является первым выходом генератора, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей генератора за счет изменения степени коррелированности формируемых чисел, генератор содержит первый и второй делители блок задания знака, KQMbpjtBTop u дополнительный регистр, выход которого соединен со вторым входом счетчика, первый вход- с первым выходом основного регистра сдвига, второй вход объединен с первым входом первого делителя и подключен к первому выходу генератора импульсов, а группа выходов соединена с группой входов коммутатора, выход которого подключен ко второму входу основного регистра сдвига, первый вход — к выходу сумматора по модулю два, а второй вход - к выходу первого делителя, второй вход которого подключен ко второму выходу генератора импульсов и ко входу второго делителя, выход которого соединен с первым входом блока задания знака, второй вход которого соединен с выходом счетчика, а выход является вторым выходом генератора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. авторское свидетельство СССР

М 495657, кл, 606 Г 1/02, 1975.

2. (. Кеичо, Ч/.И,Ки Апабзз з anc2 digital

vga(ization of a psenc7orandom Gaussian

and ериСз че noise source. IE Е E Trans, (-omrnuns",(975, 23, ¹ 9.

656086

Риг.2

Составитель А.Карасов

Редактор Э.Губницкая Техред 3. Фанта КоооекторЛЛельниченко

Заказ 1529/41 Тираж 668 Подписное

ttHHHIIH ГосУдарственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва. й-35 Раушская .наб.с д.4 5

Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул.Проектная,4