Генератор псевдослучайных последовательностей импульсов

 

ОП HCAHHE

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Реслублик

<»>978147 (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 18. 06. 81 (21) 3300971/18-24 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет—

Опубликовано 30.11В 2 . Бюллетень ¹ 4 4

Дата опубликования описания 30.11.82

Р М К з

G 06 F 7/58

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий Щ УДН 681 ° 325 (088.8) (72) Авторы изобретения

В.Н.Ярмолик и A.Н.Морозевич

Минский радиотехнический институт (71) Заявитель (54) ГЕНЕРАТОР ПСЕВДОСЛУЧАЙНЫХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ

ИМПУЛЬСОВ

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в качестве устройства для определения технологии связей многовходового сумматора по модулю два, на выхо5 де которого формируются сдвинутые копии псевдослучайных последовательностей. Использование сдвинутых копий псевдослучайных последовательностей позволяет строить экономичные генераторы псевдослучайных чисел, а также организовать автономные устройства для имитации случайных процессов с заданными характеристиками.

Известно устройство для формирования сдвинутых копий псевдослучайных сигналов, состоящее из генератора тактовых импульсов первого элемента

ЗАПРЕТ, регистра сдвига с сумматором йо модулю два и m-двухвходовыми элементами И в цепи обратной связи, дешифратора, второго элемента ЗАПРЕТ, счетчика, блока памяти, сумматоров по модулю два, и индикаторов L1).

Недостатком этого устройства является его сложность.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является генератор псевдослучайных последовательностей импульсов, содержащий генератор тактовых импульсов, элемейтй

ЗАПРЕТ, И, ИЛИ, счетчик, дешифратор, сумматор по модулю два, регистр сдвига Г2).

Недостатком этого генератора является недостаточно высокая точность определения топологии связей сумматора по модулю два для формирования сдвинутых копий псевдослучайной последовательности.

Цель изобретения — повышение точности генератора.

Поставленная цель достигается тем, что в генератор псевдослучайной последовательности, содержащий генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с первыми входами первого и второго элементов ЗАПРЕТ, вторые входы которых соединены с выходом счетчика, счетный вход которого подключен к выходу второго элемента ЗАПРЕТ, третий вход которого подключен к выходу дешифратора, выход первого элемента ЗАПРЕТ соединен с входом "СДВИГ" регистра сдвига, первые разрядные выходы которого соединены с первыми входами соответствующих элементов И группы, вторые входы которых образуют группу входов генератора, а ыходы элементов П группы

978147 соединены с соответствуксцими входами сумматора по модулю два, выход которого является выходом генератора и соединен с информационным входом регистра сдвига, введены коммутатор и группа сумматоров по модулю два, 5 выходы которых соединены с соответствующими входами дешифратора, вторые разрядные выходы регистра сдвига соединены с первыми входами соответствующих сумматоров по модулю два !О группы, вторые входы которых соединены с соответствующими выходами. коммутатора.

На фиг:. 1 приведена блок-схема генератора; на фиг. 2 — схема генератора для случая пятиразрядного регистра сдвига.

Генератор содержит генератор 1 тактовых импульсов, элемент 2 ЗАПРЕТ, регистр 3 сдвига с сумматором по 20 модулю два и элементами И в цепи обратной связи, дешифратор 4, элемент 5 ЗАПРЕТ, счетчик б, сумматоры

7 по модулю два и коммутатор 8.

Генератор работает следующим об- 25 разом.

Тумблера коммутатора 8 могут находиться либо все в единичном положении, режим генерирования M-последовательности, либо i-ый тумблер в нуле- 30 вом положении, а все остальные в единичном, режим определения Ф;(0), определяющий топологию связй i-го разряда регистра сдвига с i-ым входом

m входового сумматора по модулю два, 35 на выходе которого получается сдвинутая на 0 тактов копия M-последовательности.

Предположим, что после включения генератора в нулевом положении нахо- 4р дится первый ТУМблер- коммутатора 8, а все остальные — в единичном. Тактовые импульсы из генератора 1 тактовых импульсов через элемент ЗАПРЕТ 2 поступают на синхров: оды регистра 3 45 сдвига, который начинает генерировать псевдослучайную N.последовательность. В момент времени, когда в ячейках регистра 3 хранится комбинация 100. ° .00, т.е. первый триггер находится в единичном состояникф а все остальные в нулевом, на выходах всех двухвходовых сумматоров по модулю два находится единица. Таким образом, на выходе дешифратора 4, представляющего собой m входовой элемент И,вы-. 5Ы рабатывается резрашающий сигнал для второго элемента ЗАПРЕТ 5. После того, как срабатывает элемент ЗАПРЕТ 5, тактовые импульсы с генератора 1 начинают поступать на вход счетчика б, 60 на который перед началом работы устанавливается код числа 2 - Ю, где m разрядность регистра 3 сдвига, а .9— число тактов, на которые необходимо получить сдвинутую последовательность.i5

В момент времени, когда счетчик 6 хранит код 2 - 1, т.е. по истечению

lYl

3-1 тактов,.на выходе счетчика формируется сигнал запрещающий прохождение импульсов счета через элемент

5 и элемент 2. Прекращение сдвига информации в регистре 3 сдвига говорит о том, что информация, хранящаяся на регистре сдвига, является значением символов М-последовательности через Р -I такт. При этом на выходе сумматора по модулю два цепи обратной связи регистра 3 сдвига, фиксируется значение двоичной цифры Ь(1)e.10,1), 73 равной Ь (1) = Й. (С (1 8-4)=4 (k40) (1) где а (k+1-1) — содержание i-го разряда регистра сдвига в

К+1-1 такт работы, а знак означает операцию суммирования по модупю два.

Подобным образом для любого i=1,m, переключая i-ый тумблер. в нулевое положение, а остальные оставляя в единичном, путем моделирования (k+2-1) такт работы генератора М последовательности получаем значение

Ь(1) = Й сА à (k+E 1) = а„(3с+Р) (Z)

3 7 причем для каждого значения i начальные условия, т.е, значения

à (k) 6 (О, 1 ), j =1, m отличны и определяются из системы уравнений .1() Р 3 (3) а„(1с) = б при 1 g i

В общем случае последовательность символов N последовательности, сдвинутая на 1 тактов, определяется согласно выражения

a„(k+8) = МЕ a (k) (k), (4)

) -1 где Ch (i!) — коэффициенты, определяюj щие топологию связей многовходового сумматора по модулю два, на выходе которого получается сдвинутая на 1 тактов копия

М последовательности npuWi(Е) е f0 Ц,j=l,m.

Учитывая, что в нашем случае à (k) для каждого .i-ro эксперимента определяются согласно (3), выражение (4) принимает следующий вид а„ (1<+Я) = д ;(Ю) (5)

Далее, учитывая (2), очевидно, что

d,. (Е)= Ь(;), (6) т.е. i-ый коэффициент d ; (6) определяется как значение двоичной цифры на выходе сумматора .по модулю два при i-ых начальных условиях, удовлетворяющих (3). Начальные условия для

97814 7 определения i-го коэффициента согласно (3) задаются тумблерами 8, причем только j-ый тумблер j=i,j=1,m, включается в нулевое положение, а все остальные должны быть включены в единичное положение.

Таким образом, путем последовательного задания начальных значений (начального кода хранимого на регистре), посредством замыкания контактов тумб. Ф леров 8 и проведения моделирования работы генератора, I? -1 такт на выходе сумматора по модулю два, включенного в цепь обратной связи последовательно, получаются коэффициенты

Ф;(9) . При включении всех тумблеров 15

8 в единичное положение, устройство работает как обычный генератор M последовательности.

Более подробно работу генератора псевдослучайной последовательности 20 поясним на конкретном примере. Па фиг. 2 приведена функциональная схема предлагаемого устройства при m=5 для случая, когда с .„=1, =1, d. =1, < 4=0,< =1. Пусть требуется определйть топологию связей многовходового сумматора по модулю два, на выходе которого получается сдвинутая на

0=9 тактов исходная М последователь,ность. Предварительно перед каждым этапом моделирования на двоичный счетчик б записывается код числа 2

9 23. В первый этап моделирования только первый тумблер блока 8 устанавливаем в нулевое положение.

Тактовые импульсы с блока 1 поступают на синхровходы D-триггеров регистра 3 через элемент И 2. В момент, когда в ячейках регистра 3 сдвига будет храниться комбинация 4О

100...00. дешифратор 4 вырабатывает единичный разрешающий сигнал, который устанавливает триггер блока 5 в единичное состояние и таким образом, разрешает прохождение импульсов с генератора 1 тактовых импульсов через элемент И блока 5 на вход счетчика б.

После Q --1 = 9-1=8 тактов работы устройства в целом на счетчике хранится код числа 31, т.е. все триггеры счетчика б находятся в нулевом состоянии. 50

Сигнал, формируемый на выходе блока б, запрещает прохождение тактовых импульсов через элемент 5 и элемент 2.

В этот момент на выходе сумматора по модулю два 3 фиксируется значение двоичной цифры b(1)=1, которая однозначно определяет Ф„(9), т.е. d „(9)=

=1. Таким образом, последовательно задаваясь различными значениями начальных условий, получаются <Р,(9). Результаты моделирования сведены в таблицу.

Коэффициенты, определяющие топологию связей многовходового сумматора по модулю два, на выходе которого по- 65 лучается сдвинутая на 9 тактов М последовательность, име т следующий вид, 2 -) 3() 1 д;"(!?) =1 .

Г

) a (k) a >(k) a (k) a (k) d ;(9)

4 ) 5

0 О 0 1

1 1 О

2 О 1 0 О О 0

3 О О 1 0 0 1

4 О 0 0 1 0 1

5 О О 0 О 1

Преимуществом предлагаемого генератора является простота и удобство определения топологии связей сумматора по модулю два обеспечения возмох<ности генерирования заданной копии псевдослучайной последовательности.

Формула изобретения

Генератор псевдослучайных последовательностей импульсов, содержащий генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с первыми входами первого и второго элементов

ЗАПРЕТ, вторые входы которых соединены с выходом счетчика, счетный вход которого подключен к выходу второго элемента ЗАПРЕТ, третий вход которого подключен к выходу дешифратора, выход первого элемента ЗАПРЕТ соединен с входом "СДВИГ" регистра сдвига, первые разрядные выходы которого соединены с первыми входами соответст-. вующих элементов И группы, вторые входы которых образуют группу входов генератора, а выходы элементов

И группы соединены с соответствующими входами сумматора по модулю два, выход которого является выходом генератора и соединен с информационным входом регистра сдвига, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повыше- ния точности генератора, он содержит коммутатор и группу сумматоров по модулю два, выходы которых соединены с соответствующими входами дешифратора, вторые разрядные выходы регистра сдвига соединены с первыми входами соответствующих сумматоров по модулю два группы, вторые входы которых соединены с соответствующими выходами коммутатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 527012, кл. G Об I: 7/58, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 3252992/18-24 (прототип)