Устройство для формирования импульсных кодов псевдослучайных последовательностей

 

ОП ИСАКИЕ

ИЗОВРЕТЕК ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик » 734870 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 11.06.73 (21) 1930879/18-09 (51) М. Кл.2

Н 03 К 3/82

Н 04 1. 1/10 с присоединением заявки №вЂ”

Гоеударствеииый комитет

СССР (23) Приоритет—

Опубликовано 15.05.80. Бюллетень № 18 (53) УДК 621.373..5 (088.8) ао лолам иэабретеиий и открытий

Дата опубликования описания 25.05.80 (72) Авторы изобретения

Н. И. Лукинов, В. Ф. Стручев и В. И. Щетинин у,, (71) Заявитель

/ (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ИМПУЛЬСНЫХ

КОДОВ ПСЕВДОСЛУЧАЙНЫХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ - °

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиосвязи, радиотелеметрии, радиоуправлении и т. д.

Известны устройства для формирования импульсных кодов псевдослучайных последовательностей, характеризующиеся большим количеством аппаратуры (1).

Наиболее близким к данному техническому решению является устройство, содержащее шифрующую матрицу с (P+I) входами, регистр сдвига, состоящий из последовательно соединенных элементОв памяти с раздельными входами «запись», соединенными с выходами шифрующей матрицы, синхронизатор, первый выход коТорого соединен со входом регистра сдвига,и формирователь импульсов (2).

Однако недостатком известного устройства является то, что при увеличении числа

2" разрядов формируемых кодов аппаратуры затраты увеличиваются в прямой зависимости от числа разрядов (например число элементов памяти сдвигающего регистра) или в квадратичной зависимости (например сложность шифрующей матрицы) .

Целью изобретения является сокращение аппаратурных затрат при увеличении числа

2 разрядов форМируемых кодов.

Поставленная цель достигается тем, что устройство! для формирования импульсов кодов псевдослучайных последовательностей дополнительно содержит второй регистр сдви-. га, состоящий из К последовательно соединенных элементов памяти, вход которого подключен к выходу первого регистра сдвига, состоящего из (N+m+1) элементов памяти, сумматор по модулю два, выход которого соединен со входом регистра сдвига, а входы которого соединены с выходами (N+ 1) элементов памяти первого регистра сдвига, (И+т+1с+1) элементов И на два входа, первые из которых соединены с выходами элементов памяти регистров сдвига, элемент ИЛИ, (N+m+k+1) входов которого соединены с выходами элементов И, а выход соединен с входом формирователя импульсов, и блок опроса, выходы которого соединены со входами (N+m+k+1) элементов И, а входы блока опроса подключены к первому и второму выходам синхронизатора.734870

5f

2f

40, 45

При этом блок опроса содержит декодирующую матрицу, двоичный реверсивный счетчик, делитель синхрочастоты на два, два элемента И и генератор М-последовательности, состоящий из (N + 1) последовательно соединенных элементов памяти с раздельными входами «запись» и сумматора по модулю два, причем в блоке опроса (N + m +

+ k + 1) выходов декодирующей матрицы соединены с выходными шинами блока опроса, выходы реверсивного счетчика соединены со входами декодирующей матрицы, два входа первого элемента И соединены с прямыми, а два входа второго элемента

И соединены с инверсными выходами N-го и (N +1)-ro элементов памяти генератора

М-последовательности соответственно, выход первого элемента И соединен с суммирующим, а выход второго элемента И соединен с вычитающим входами реверсивного счетчика, причем управляющий вход декодирующей матрицы через делитель синхрочастоты на два, третьи входы двух элементов И через элемент задержки, а управляющий вход генератора М-последовательности непосредственно соединены со второй входной шиной блока опроса, управляющий вход

Ф реверсивного счетчика и входы «запись» генератора М-последовательности соединены с первой входной шиной блока опроса.

На фиг. 1 представлена функциональная блок-схема устройства для формирования импульсных кодов псевдослучайных последовательностей; на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство содержит шифрующую матрицу 1 с (P + 1) входами, регистр 2 сдвига, состоящий из последовательно соединенных элементов 3 — 7 памяти с раздельными входами «запись>, соединенными с выходами шифрующей матрицы 1, синхронизатор 8, первый выход 9 которого соединен со входом шифрующей матрицы 1, а второй 10 — с управляющим входом регистра 2 сдвига, формирователь 11 импульсов, второй регистр 12 сдвига, состоящий из К последовательно соединенных элементов 13, 14 памяти, вход которого подключен к выходу первого регистра 2 сдвига, состоящего из (N + m + 1) элементов 3 — 7 памяти, сумматор 15 по модулю два, выход которого соединен со входом регистра 2 сдвига, а входы которого соединены с выходами (N + 1) элементов памяти первого регистра 2 сдвига, (N + m + k+ 1) элементов 16 — 22 И на два входа, первые из которых соединены с BbIxogIàìè элементов 3 — 7, 13, 14 памяти регистров 2, 12 сдвига, элемент 23 ИЛИ (N+ m+ k+ 1) входов которого соединены с выходами элементов

16 — 22 И, а выход соединен со входом формирователя 11 импульсов, и блок 24 опроса, выходы которого соединены со входами (N + m + k + 1) элементов 16 — 22 И, а входы блока опроса подключены к первому

9 и второму 10 выходам синхронизатора 8.

Блок опроса 24 содержит декодирующую матрицу 25, двоичный реверсивный счетчик

26, делитель 27 синхрочастоты на два, два элемента 28, 29 И и генератор 30 M-последовательности, состоящий из (N + 1) последовательно соединенных элементов 31 — 33 памяти с раздельными входами «запись» и сумматор 34 по модулю два, причем в блоке

24 опроса (N + m + k + 1) выходов декодирующей матрицы 25 соединены с выходами блока 24 опроса, выходы реверсивного счетчика 26 соединены со входами декодирующей матрицы 25, два входа первого элемента

28 И соединены с прямыми, а два входа второго элемента 29 И соединены с инверсными выходами N-го 32 и (N + 1) -го 33 элементов памяти генератора 30 М-последовательности, выход первого элемента 28 И соединен с суммирующим, а выход второго элемента 29 И соединен с вычитающим входами реверсивного счетчика 26, причем управляющий вход декодирующей матрицы 25 через делитель 27 синхрочастоты на два, третьи входы двух элементов 28, 29 И через элемент 35 задержки, а управляющий вход генератора 30 M-последовательности непосредственно соединен со второй входной шиной 36 блока опроса, управляющий вход реверсивного счетчика 28 и входы «запись» генератора 30 М-последовательности соединены с первой входной шиной 37 блока 24 опроса, Работу устройства рассмотрим на конкретном примере формирования одного из

32-х разрядных кодовых слов (из алфавита ортогональных двоичных кодовых слов) .

Принцип работы устройства основан на нелинейном преобразовании двоичных знаков М-последовательностей, формируемых генератором М-последовательностей, выполненным в виде сдвигающего регистра 2 из (N+1) элементов 3 — 6 памяти и сумматора

15 по модулю два, которое реализуется опросом состояний элементов 3 — 7, 13, 14 памяти первого регистра 2 сдвига и второго регистра 12 сдвига с помощью блока 24 опроса.

В рассматриваемом примере для формирования 2 " = 32-х разрядных кодов (т. е. при N = 5) вида, изображенного на фиг. 2ж, применяется первый регистр 2 сдвига, состоящий из N + 1 = 6 основных элементов

3 — 7 памяти, и второй регистр 12 сдвига, состоящий из (m+k) = 2+2 = 4 дополнительных элементов 13, 14 памяти, причем величина (m+k) определяется максимальным числом нулевых знаков в опорной (опросной) последовательности, т. е. (mpk) =

N -1. При этом начальная последовательность записывается в (N+m+1) = 8 элементов памяти одновременно импульсом

«запись» с выходом шифрующей матрицы 1

734870

5 в момент действия импульса на выходе 9 синхронизатора 8 (фиг. 2а,б). Вид начальной последовательности определяется внутренними связями шифрующей матрицы 1 при подаче разрешающего сигнала на один из P входов. В данном примере начальная последовательность имеет вид 00100101 (фиг. 2г). Оператор обратной связи образуется с помощью подключения входов сумматора 15 по модулю два к выходам (N+1) -Х элементов 3 — 7 памяти первого регистра 2 сдвига. В данном примере оператор обратной связи выбран в виде Р Ю D т. е. входы сумматора 15 по модулю два подключены к выходам шестого и первого элементов памяти регистра 2 сдвига.

Работа устройства заключается в следующем (фиг. 2).

После прихода импульса «запись» на вхо де 10 синхронизатора 8 появляются импуль.сы сдвига (фиг. 2в), которые продвигают двоичные знаки начальной последовательности по регистрам 2, 12 сдвига. В результате действий логической обратной связи сумматора 15 по модулю два осуществляется формирование заданной М-последовательности (фиг. 2г,д). Опрос состояний элементов 3 — 7, 13, 14 памяти сдвигающих регист.ров 2, 12 осуществляется с помощью элементов 16 — 22 И импульсами опроса, посту-пающими с выходов блока 24 опроса с тем- пом в два раза ниже, чем темп продвижения информации по регистрам 2, 12 сдвига (фиг. 2е). Снижение темпа опроса осуществляется с помощью делителя 27 синхрочастоты на два в блоке 24 опроса. При этом импульсы опроса поступают -на определенный для каЖдого момента времени элемент 16 — 22 И. На фиг. 2е над импульсами опроса обозначен порядковый номер появления импульсов во времени (O<), а под импульсом опроса — номер опрашиваемого в данный момент времени элемента 16 — 22 И (N1 — N,o или элемента 3 — 7, 12, 14 памяти регистров

2, 12 сдвига, причем нумерация элементов принята сквозная для двух регистров.

4О

В блоке 24 опроса для формирования опросных импульсов используется генератор 30 М-последовательности, состоящий из (N+ 1) последовательно соединенных 4s элементов 31 — 33 памяти и сумматора 34 по модулю два, причем оператор обратной связи такой же, как и у основного генератора М-последовательности (т. е. Р69Р ), а начальная последовательность фиксированная (в данном примере вида 110100) (фиг. 2а). >о

Генератор 30 М-последовательности включается в работу одновременно с работой основного генератора М-последовательностей.

С помощью первого элемента 28 И (фиг. 1) определяются единичные состояния N-го и (N+1)-го элементов 33 памяти генерато55 ра 30 М- последовательности,.а- с помощью второго элемента 29 И определяются нулеЬ вые состояния этих же элементов памяти. В момент определения нулевых состояний указанных элементов памяти происходит вычитание единицы в реверсивном -счетчике

26, а в момент определения единичных состояний происходит прибавление единицы в реверсивном счетЧике 26. Импульсы прибавления или вычитания поступают через элемент 35 задержки с выхода 9 синхронизатора 8. Работа реверсивного счетчика 26 всегда начинается с фиксированного числа, записываемого импульсом с выхода 9 синхронизатора 8. Значение фиксированного числа определяется величиной (N+m+1) и в рассматриваемом примере равно 8 (фиг. 2е).

Декодируюшая матрица 25 преобразует двоичный параллельный код с выхода реверсивного счетчика 26 в позиционный код, т. е. выдает импульс опроса на элементы 16 — 22И на том выходе, который определен значением двоичного кода реверсивного счетчика 26. Импульсы кода с выходов элементов

16 — 22 И объединяются элементом 23 И и с выхода формирователя 11 импульсов поступают на выход устройства (фиг. 2ж).

При формировании других кодовых слов из алфавита необходимо сменить только вид начальных последбвательностей путем подачи разрешающего сигнала на соответствующие P входы шифрующей матрицы 1.

В остальном процесс формирования аналогичен рассмотренному.

Использование устройства для формирования импульсных кодов псевдослучай,ных последовательностей выгодно отличается от известных устройств, так как позволяет существенно сократить аппаратурные затраты (упростить шифрующую матрицу и уменьшить число элементов памяти сдвигающего регистра) при формировании алфавита из 2" ортогональных двоичных псевдослучайных 2 " разрядных кодовых слов, обладающих характеристиками повышенной помехоустойчивости. Например, при формировании 2 = 128 разрядных импульсных

И кодов шифрующая матрица должна иметь размер приблизительно в 11 раз меньше, а регистры сдвига должны иметь число элементов памяти приблизительно в 4 раза меньше, чем у известных устройств. При возрастании N, т. е. при увеличении разрядности формируемых кодов, выигрыш по аппаратурным затратам. возрастает.

По данному техническому предложению проводились расчеты и математическое моделирование, подтверждающие работоспособность устройства и его преимущества по сравнению с известными.

Устройство может найти применение в тех случаях, когда требуется формировать многоразрядные ортогональные кодовые "лова, обладающие повышенной помехоустой734870

7 чивостью, например, в дальней командной или телеметрической системе связи, гидролокации и т. д.

Формула изобретения

1. Устройство для формирования. импульсных кодов псевдослучайных последовательностей, содержащее шифрующую матрицу с (Р+1 ) входами, регистр сдвига, состоящий из последовательно соединенных элементов памяти с раздельными входами «запись», соединенными с выходами шифрующей матрицы, синхронизатор, первый выход которого соединен со входом шифрующей матрицы, а второй — с управляющим входом регистра сдвига, и формирователь импульсов, отличающееся тем, что, с целью сокращения аппаратурных затрат при увеличении числа 2" разрядов формируемых кодов, оно дополнительно содержит второй регистр сдвига, состоящий из К последова тельно соединенных элементов памяти, вход которого подключен к выходу первого регистра сдвига, состоящего из (N+ m+1) элементов памяти, сумматор по модулю два, выход которого, соединен со входом регистра сдвига, а входы которого соединены с выходами (N+ 1) элементов памяти первого регистра сдвига, (N+ m+ k+ 1) элементов

И на два входа; первые из которых соединены с выходами элементов памяти регистров сдвига, элемент ИЛИ, (N+ m+ k+ 1) входов которого соединены с выходами элементов И, а выход соединен со входом формирователя импульсов, и блок опроса, выходы которого соединены со входами (N + m + k + 1) элементов И, а входы блока опроса подключены к первому и второму выходам синхронизатора.

1

2. Устройство по и. 1, отличающееся тем, что блок опроса содержит декодирующую матрицу, двоичный реверсивный счетчик, делитель синхрочастоты на два, два элемента

И и генератор Я-последовательности, cocs тоящий из (N+1) последовательно соединенных элементов памяти с раздельными входами «запись» и сумматора по модулю два, причем в блоке опроса (N + m + k + 1) выходов декодирующей матрицы соединены с выходными шинами блока опроса, выходы реверсивного счетчика соединены со входами декодирующей матрицы, два входа первого элемента И соединены с прямыми, а два входа второго элемента И соединены с инверсными выходами N-го и (N+ 1) -ro элементов памяти генератора М-последовательности соответственно, выход первого элемента И соединен с суммирующим, а выход второго элемента И соединен с вычитающим входами реверсивного счетчика, причем управляющий вход декодирующей матрицы через делитель:синхрочастоты на два, третьи входы .двух элементов И через элемент задержки, а управляющий вход генератора Мпоследовательности непосредственно соединены со второй входной шиной блока опроса, управляющий вход реверсивного счетчика и входы «запись» генератора М-последовательности соединены с первой входной шиной блока опроса.

Источники информации, 36 принятые во внимание при экспертизе

1. Томэн Цифровая полевая система связи. «Зарубежная радиоэлектроника», 1964, № 4, 2. Новик А. А. Эффективное кодирование, Л., «Энергия», 1965, с. 113, 123.

734870

Составитель И. Горелова

Редактор И. Ковальчук Техред К. Шуфрич Корректор Н. Стец

Заказ 2237/17 Тираж 995 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП «Патент» r. Ужгород, ул. Проектная, 4