Датчик случайных кодов

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

{61) Дополнительное к авт. сеид-ву— (22) Заявлено 30. 06. 81 (21) 3314297/18-24 (311 М. КЛ. спрмсоединениемзаявки ¹â€”

G 06 F 7/58

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий (23) Приоритет(33) УДК 621 325 (088.8) Опубликовано 1502д3. Бюллетень ¹ 6

Дата опубликования описания 15.02.83

l (54) ДАТЧИК СЛУЧАЙНЫХ КОДОВ

ИэобрЕтение относится к вычисли= тельной технике и может быть использовано при математическом моделировании сетей связи, систем управления, в системах формирования ключевых кодов, устройствах формирования специальных кодов, в составе автоматизированных систем управления, решении поисковых задач. 1О

В укаэанных областях возникает необходимость Формирования таких последовательностей-изтт1-позиционных случайных двоичных кодов, .содержащих по

pl1 единиц, что сумма единиц по каждой 1-й позиции в кодах такой последовательности равна п1 .

Если символы каждого кода последовательности рассматривать как строку матрицы B символы одной.и той же по зиции всех кодов последовательности как элементы столбца этой матрицы, то укаэанные последовательности представля1от собой случайные матрицы, размером тих ос е1 единицами в каждой строке и й1 единицами в каждом столбце . 25

Известен датчик случайных кодов, .обеспечивающий получение последовательности кодов, содержащих ти пози-. ций, на тп1 из которых располагаются единицы, путем преобразования двоичного кода в циклический с постоянным числом Ю1 единиц из ти. Случайные коды, содержащие п позиций, на <1 из которых находятся единицы, могут быть получены, если на вход этого устройства подключить датчик случайных равновероятных кодов ).1).

Недостатком этого датчика является невысокое быстродействие и невозможность формирования таких последовательностей из и случайных тн-позиционных кодов с заданным числом единиц, чтобы сумма единиц по. каждой

4-й позиции всех кодов последовательности была наперед заданной постоянной величиной.

Наиболее близким к предлагаемому является датчик случайных кодов, содержащий генератор тактовых. импульсов, первый выход которого соединен с входом генератора равномерно распределенных случайных напряжений, первый, второй и третий сумматоры, первый и второй делители, умножитель, компаратор, элемент Й-НЕ, первый и второй блоки сравнения, элемент ИЛИ, ключ, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым выходом генератора тактовых импульсов и с выходом генератора равномерно рас9 970 36 йределенных случайных напряжений, а ..выход ключа соединен с первым входом первого блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом первого делителя, первый вход которого через первый вычитатель соединен с вы:ходом первого сумматора, а второй вход делителя через второй вычитатель соединен с первым выходом второго сум-. матора, второй выход которого. через компаратор соединен с входом. сброса первого сумматора и с. входом сброса второго сумматора, второй вход которого соединен с вторым выходом генератора тактовых импульсов, первый выход которого соединен с входом генератора равномерно распределенных случайных напряжений.и с первым входом элемента И-HH первый вход умножителя через второй делитель соединен с выходом третьего сумматора, второй вход умножителя соединен с 2О выходом первого делителя, а выход умножителя соединен с первым входом второго блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом ключа, а выход второго блока срав- д5 нения соединен с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом первого блока сравнения, а выход соединен со входом .сброса третьего сумматора и со вторым входом элемента И-НЕ, выход которого соединен со счетныии входами второго и третьего сумматоров и является информационным выходом датчика, выход компаратора,является синхрониэирующим выходом датчика.

Этот датчик позволяет формировать все возможные случайные Wl-позиционные коды, содержащие ровною 1 единиц и не содержащие подряд более заданного числа единиц, что достигает-40 ся введением двух отрицательных обратных связей (по числу сформированных единиц и по числу непрерывно следующих единиц), определяющих условную вероятность появления единиц в, коде 2 J. Однако укаэанный датчик формирует совершенно независимые случайные коды и не позволяет формировать такие последовательности иэ И случайных И-позиционных кодов с заданным числом единиц, чтобы сумма единиц по каждой < --й позиции всех кодов по следовательности была наперед заданной постоянной величиной.

Целью изобретения является расширение функциональных воэможностей датчика за счет формирования таких последовательностей из Yl случайных д-позиционных кодов с заданным числом у1 единиц, чтобы сумма единиц по 40 каждой -й позиции всех кодов последовательности была наперед заданной постоянной величиной И 1, что достигается путем введения дополнительной обратной связи по числу сформированных Я! единиц по каждой i -той позиции последовательных кодов.

Цель достигается тем, что s датчик, содержащий генератор тактовых импульсов, первый выход которого соединен с входом генератора равномерно распределенных случайных напряжений, с первым входом элемента

И-НЕ и с первым входом ключа, первый сумматор, второй вход которого сое» динен с выходом генератора равномерно распределенных случайных напряжений, а выход соединен с первыми входами первого и второго блоков сравнения, выходы которых соединены соответственно с первыч и вторым входами элемента ИЛИ, выход которого соединен со вторым входом элемента И НЕ, выход которого соединен с первым входом первого сумматора, выход которого через первый вычитатель соединен c первым входом первого делителя, выход которого соединен со вторым входом первого блока сравнения и с перBbtM входом умножителя, второй вход которого соединен с выходом второго делителя, а выход соединен со вторым входом второго блока сравнения, вто- . рой сумматор, первый вход которого соединен со вторым выходом генератора тактовых импульсов, первый выход второго сумматора через второй вычита- . тель соединен со вторым входом первого делителя, а второй выход через первый компаратор соединен со своим вторым входом и со входом сброса первого сумматора, введены дополнительно третий сумматор, второй компаратор,.первый и второй коммутаторы и группа сумматоров, первые входы которых соединены с соответствующими выходами первого коммутатора, а выходы этих сумматоров соединены с соответствующими входами второго коммутатора, выход которого соединен со входом второго делителя, первый вход первого коммутатора соединен с выходом элемента И-НЕ, а второй его вход соединен с первым выходом генератора тактовых импульсов и с первым входом второго коммутатора, первый вход третьего сумматора соединен с выходом первого компаратора,а выход третьего сумматора через второй компаратор соединен со своим вторым входом и со входами сброса сумматоров группы, выход первого компаратора является выходом синхронизации кодов, выход второго компаратора является выходом синхронизации кадров.

На чертеже приведена блок-схема предлагаемого датчика.

Устройство содержит генератор 1 тактовых импульсов, генератор 2 равномерно распределенных случайных напряжений, первый блок 3 сравнения, первый сумматор 4, первый вычитатель

997036

5, первый делитель б, второй сумматор 7, второй вычитатель 8, первый компаратор 9, ключ 10, элемент И-HE

11, второй блок 12 сравнения, элемент

ИЛИ 13,: первый коммутатор 14, второй делитель 15, умножитель 16, группу 17 сумматоров, второй коммутатор 18, третий сумматор 19, второй компаратор 20, информационный выход 21 датчика, выход 22 синхронизации кодов, выход 23 синхронизации последовательностей (кадров).

Датчик случайных кодов работает следующим образом.

В исходном состоянии в вычитателе .5 в качестве уменьшаемого устанавливается число м1, соответствующее общему числу единиц в результирующих случайных Ф-позиционных кодах, во втором вычитателе 8 - число е, соответствующее числу позиций в кодах последовательности, во втором делителе 15 в качестве делителя устанавливается число И1, соответствующее заданному количеству единиц по одной какой-либо позиции кодов последова, тельности. В компараторе 9 устанавливается числовая, в компараторе 20— число yl, соответствующее заданному копйчеству кодов в одной результирующей последовательности. Сумматоры

4,7 17< -17„„ сброшены на."0". Первый, кольцевой коммутатор 14 находится на первой позиции (коммутирует выход элемента И-НЕ 11 с сумматором 17 ), а второй кольцевой коммутатор 18— наяд-й позиции (коммутирует вход второго делителя 15 с сумматором 1 }.

В таком исходном состоянии на первом делителе б Формируется напряг жение а, пропорциональное - вЂ, кото-, рое подается на второй вход блока 3.

Nq

Это напряжение составляет --- -ю И часть от напряжения запирания, соответствующего а=1, при котором через блок 3 не могут проходить никакие сигналы с генератора 2 случайных наИ) пряжений. Величина --. — является ве И роятностью появления «диницы на первой позиции результирующего кода.

Во втором блоке сравнения 12 пороговым напряжением является величина

021

aQ где f= ---- -, й2 - количество п. 1 1 реализовавшихся единиц по 1 -и позиции кодов последовательности, И1заданное количество единиц по каждой позиции в кодах последовательности.

Через блок 12 могут проходить с генератора 2 случайных напряжений только сигналы с амплитудой ()< а . В исходном состоянии вследствие равенства И2„. = 0 (для всех ) величина а = О, и через блок 12 не могут проходить никакие сигналы с генератора

2 (равенство а ." = 0 является условием запирания блока 12}.

При поступлении каждого тактового импульса с генератора 1 тактовых импульсов на ключ 10 последний откры5 вается и пропу ет с генеРатоРа 2 равномерно распределенных случайных напряжений сигнал со случайной амплитудой О, распределенной равновероятно на интервале 0-1. Этот сигнал с выхода ключа 10 подается на первые входы блоков сравнения 3 и 12. При превышении установленного порогового напряжения а, подаваемого на второй вход блока 3 с выхода делителя (т.е. при Ц а), сигнал с выхода блока 3 поступает на первый вход элемента

ИЛИ 13. На второй вход элемента ИЛИ

13 поступает сигнал с блока 12 в случае, если U » ат. На выходе элемента ИЛИ 13 образуются единицы, если хотя бы на олин из входов поступают сигналы с блоков 3 и 12, и нули, если сигналы не поступают ни на первый, ни на второй его входы. С выхода эле" мента ИЛИ 13 сигнал поступает на первый вход элемента И-НЕ 11, который выполняет роль блока формирования нормированных импульсов. Элемент

И-НЕ 11 формирует "0", если одновременно с тактовым импульсом, поступающим на второй вход элемента И-НЕ 11 с генератора 1 тактовых импульсов, на первый вход этого элемента поступает сигнал "1" с выхода элемента

ИЛИ 13, а "1", если с элемента

ИЛИ 13 поступает "0"..Единицы и нули на выходе элемента И-НЕ 11 образуют требуемые случайные коды последовательности. Дополнительным условием, ограничивающим количество единиц по

1-й позиции кодов последовательности является равенство И,21 = И1, при котором 1 = 1 и на выходе элемента

ИЛИ 13 однозначно появляются "1", так как на один из входов элемента

ИЛИ 13 однозначно поступает сигнал или с блока 3 при Ц 7 а, или с блока

12 при 0» а.

Таким образом, условная вероятность появления "1" на выходе датчика пропорциональна разности (Я,.

a -ax=a(.0- E)=a(<

Импульсы с выхода элемента И-НЕ 11 одновременно подаются на первый вход сумматора 4, в котором Формируется суммарный сигнал й2, являющийся суммой сформированных в данном коде последовательности единиц, и на первый вход кольцевого коммутатора 14, который последовательно, начиная с первой позиции кода, на каждый такт, при поступлении на его второй вход очередного тактового импульса с выхода генератора 1 тактовых импульсов подключает выход элемента

И-HE 11 к первому входу очередного

997036 сумматора 17,; столбцов (4 - номер сумматора, соответствующего 1-й па- i эиции кода). По окончании очередноros1-позиционного кода коммутатор

14 вновь подключает выход элемента

И-НЕ 11 к первому сумматору 174 5 столбцов,. соответствующему первой позиции следующего кода и т. д. Таким образом, каждый -й сумматор 17 столбцов формирует сумму единиц И2„., появляющихся на 4 -й позиции кодов последовательности (кадра).

С выходов сумматоров 174 - 17 „ сигналы через второй .кольцевой коммутатор 18 при приходе íà его второй вход последовательных тактовых импульсов с генератора 1 тактовых импульсов поступают поочередно, с опережением относительно первого кольценого коммутатора 14 на одну позицию, на вход второго делителя 15, .на выходе которого формируется сигнал К, 20 пропорциональный отношению п 2„ / 1, и далее этот сигнал подается на первый вход умножителя 16.

С выхода первого. сумматора 4 сигнал )м2 подается на вход первого вычи- тателя 5, который формирует напряжение, пропорциональное .(тп1-pg) разности константый 1 и суммыФ2 реалиэовавшихся единиц.

Импульсы с выхода генератора 1 тактовых импульсов подаются также на вход второго сумматора 7, s котором формируется сумма тактовых импульсов Й . С первого выхода второго сумматора 7 сигнал поступает на вход второго вычитателя 8, который формирует напряжение, пропорциональное разности (Ф-й- ) константы Ю и суммы тактовых импульсов М . Выходные импульс2 с вычитателей 5 и 8 поступают на первый и второй входы первого делителя 6, на выходе которого формируется напряжение а, пропорциональное отношению 4 1-ти2ф й-М„), с выхода первого делителя 6 это напряжение подается на первый вход первого блока сравнения 3 и на второй вход умножителя 16. На выходе умножителя 16 образуется напряжение, пропорциональное произведению аУ, которое подается на первый вход вто- щ рого блока сравнения 12.

Со второго выхода второго сумматора 7 сигнал поступает на компаратор 9, выход которого соединен с входами сброса на "0" сумматоров 4 и 7, с выходом 22 синхронизации результирующих кодов (строк) и с первым входом третьего сумматора 19, в котором формируется сумма кодов (строк) Юк ре-. зультирующей последовательности (кад- Щ ра). В случае осуществления равенстваК = первый компаратор 9 формирует сигнал окончания очередного кода

1 выходной последовательности. Этим сигналом сбрасываются на "0" сумма- Я торы 4 и 7 и синхронизируются коды (строки) на выходе датчика.

С выхода третьего. сумматора 19 сигнал поступает на вход второго компаратора 20, выход которого соединен со входом сброса третьего сумматора 19, .входами сброса сумматоров 17 17 и с выходом 23 синхронизации кадров. В .случае равенства второй компаратор 20 формирует сигнал окончания очередного кадра. Этим сигналом сбрасываются а "00" третий сумматор 19, сумматоры 174 -17„„ и синхрониэируются результирующие кадры (последовательности) на выходе датчика.

Таким образом, символы в кодах выходных последовательностей (кадров) единицы и нули фоРмируются с тактовой частотой генератора 1 тактовых импульсов, коды (строки) — с периодом, равным (и тактам, а выходные (результирующие) кадры (последовательности) — с периодом, равным Их Ь| тактам, причем случайные коды в результирующих последовательностях содержат заданное количество единиц w1, а сумма единиц по любой позиции кодов последЬвательности равна наперед заданной величине И 1.

Количество случайных кодов в последовательностях (кадрах), длину случайных кодов, количество единиц в кодах и количество единиц по какойлибо позиции кодов последовательности можно изменять путем изменения констант й, N,yn 1,tt 1 соответственно.

Все блоки предлагаемого устройства известны, их практическая реализация не представляет трудностей.

Предлагаемый датчик случайных кодов обладает дополнительными функциональными возможностями по сравнению с прототипом и, следовательно, может более широко использоваться в составе моделирующих комплексов, систем управления, контрольно-испытательной аппаратуры.

Формула изобретения

Датчик случайных кодов, содержащий генератор тактовых импульсов, первый выход которого соединен с входом генератора равномерно распределенных случайных напряжений, первый и второй вычитатели, первый и второй сумматоры, первый и второй делители, умножитель, первый компаратор, элемент И-НЕ, первый и второй блоки сравнения и ключ, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым выходом генератора тактовых импульсов и с выходом генератора равномерно распределенных случайных напряжений, а выход ключа соединен с первыми входами первого и второго блоков сравнения,. выходы которых соединены со997036

ВНИИПИ Заказ 935/67 Тираж 704 Подписное

Филиал. ППП "Патент", г. ужгород, ул.Проектная, 4 ответственно с первым и вторым входами элемента ИЛИ, а вторые входы первого и второго блоков сравнения соединены соответственно с выходом первого делителя и с выходом умножителя, первый вход которого соединен с выходом второго делителя, а второй вход умножителя соединен с выходом первого делителя, первый вход которого через первый вычитатель соединен с выходом первого .сумматора, а второй вход первого делителя через второй вычитатель соединен с первым выходом второго сумматора; второй выход которого через первый компаратор соединен с первым входом первого.сумматора и с первым входом второ- 15 го сумматора, второй вход которого соединен с вторым выходом генератора тактовых импульсов, первый выход которого соединен с выходом элемента

ИЛИ, а выход элемента И-HE соединен с 20 вторым входом первого сумматора и является информационным выходом датчика, отличающийся тем,— что, с целью расширения функциональных возможностей датчика за счет фор- yg мирования заданной стохастической матрицы, он содержит первый и второй коммутаторы, группу сумматоров, второй компаратор и третий сумматор, первый вход которого соединен с выходом первого компаратора, а выход . третьего сумматора через второй компаратор соединен с вторым входом третьего сумматора и с первыми входами соответствующих сумматоров группы, вторые входы которых соединены с соответствующими выходами первого коммутатора, первый вход которого соединен с выходом элемента И-НБ, а второй вход первого коммутатора соединен с первым выходом генератора тактовых импульсов и с первым входом второго коммутатора, группа входов которого соединена с выходами соответствующих сумматоров группы, а выход второго коммутатора соединен с входом второго делителя, выход первого компаратора является выходом синхронизации кодов, выход второго компаратора является выходом синхронизации кадров.

Источники инФормации, принятые во внимание прн экспертизе, 1. Авторское свидетельство СССР

Р 404078, кл. G 06 F 7/58, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2913819/18-.24, кл. G 06 F 7/58, 1980 (прототип) .