Генератор псевдослучайных чисел

О П ИЗО Союз Советских Социалистических Республик(23) ПриоритетГосуда омите венинй нСОРизобреткрнтий по лел нь 6 81.325 (088,8). Бюлл Опубликовано 05,04.7 Дата опубликований описания 0504.7 Р 2) Авторы изобретении А.И.Вовчецкий, И.В,Кудрявцев, Е.Г.Ннканцров С.С,Поспелов и В.С,Рабкин витель 54) ГЕКЕРАТОР ПСЕВДОСЛУЧАЙН ЕЛ кмо ослучайтр сдвива в цепимпульобр сов тел атора явтора Предлагаемый генератор относитсяобласти вычислительной техники и жет быть использован, в частности, для испытания и моделирования систем передачи информации, а также в качестве периферийного блока (ЭЦВМ электронной цифровой вычислительной машины.Известен генератор псевдных чисел, содержащий регисга с сумматором по модулю датной связи, генератор ицифровой фильтр, преобразоваЕ 3 Недостатком этого генерпяется его сложность.Наиболее близким техЖческимрешением к данному изобретению является генератор псевдослучайных чисел, ф 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 ф первым выходом генератора импульсов, второй выход которого подключен к первому входу счетчика, выход которого является первым выходом генераПри исследовании реальных систем, имеющих ограниченную полосу пропускания, важной характеристикой случай ного процесса являются его корреляционные свойства. Степень коррелиро" ванности 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 степеникоррелированности Формируеьиюх чисел. Для достижения поставленной цели генераторсодержит первый и второй делители, блок задания знака, коммутатор и дополнительный регистр, выход которого соединен со вторым входом счетчика, первый вход" с пер" вым выходом основного регистра сдвига, второй вход объединен с первым входом первого делителя и подключен к первому выходу генератора имГ- целоеПри достаточно больших и зависимость упрощается 3 65608пульсов, а группа выходов соединена с группой входов коммутатора, выход которого, подключен ко второмувходу основного регистра сдвига,первый вход - к выходу сумматора помодулю два, а второй вход - к выходупервого делителя, второй вход которого подключен ко второму выходугенератора импульсов и ко входувторого делителя, выход которогосоединен с первым входом блока задания знака, второй вход которого юсоединен с выходом счетчика, а выходявляется вторым выходом генератора.На фиг.1 приведена блок-схемапредлагаемого генератора.На Фиг.2 - функции корреляции15последовательности чисел, Формируемых генератором в различных режимахработы.В состав генератора входят основной регистр сдвига 1, дополнительный 2 Орегистр сдвига 2, счетчик 3, сумматорпо модулю два 4, коммутатор 5, делитель б, генератор импульсов 7,делитель 8 и блок задания знака 9.Выходы разрядов счетчика 3 являются первым выходом генератора, авыходы разрядов блска задания знака 9-вторым выходом генератора.Выход регистра 1 через дополнительный регистр сдвига 2 соединенсо входом счетчика 3. Выходы разрядов регистра 1 в соответствии с коэфФициентами генераторного полиномасоединены с входами сумматора по модулю два 4, выход которого через коммутатор 5 соединен с информационнымвходом регистра 1, Управляющий входкоммутатора 5 через делитель с переменным коэффициентом деления б соединен со вторым выходом генератораимпульсов 7 и тактовым входами регистров 1 и 2. Выходы разрядовдополнительного регистра 2 соединеныс входами коммутатора 5. Первый выход генератора импульсов 7 соединенс Установочными входами делителя б и 45счетчика 3 и счетным входом делителя8, выход которого соединен с управляющим входом блока задания знака 9.Выходы разрядов счетчика 3 соедине"ны со входами блока измерения знака О.Сущность предложения заключаетсяв формировании псевдослучайныхчисел из,пересекающихся отрезков,что позволяет получать коррелированные числа. Изменение области пересечения отрезков приводит к изменениюстепени корреляции генерируемых чисел,Рассмотрим принцип работы предлагаемого генератора псевдослучайных50чисел.на тактовый вход регистра сдвига 1 поступает пачка иэ и ЪХ импульсов,где к разрядность регистра сдвига 1.Первые в(вм) тактов регистр 1 ссумматором по модулю два работает как генератор бинарной псевдослучайной последовагельности . Затемс выхода делителя б приходит сигнална коммутатор 5, который переключает выходы сумматора по модулюдва4 и дополнительного регистра 2, такчто регистр 1 и дополнительный регистр 2 оставшиеся (и-в) тактов работают в режиме кольцевого регистра сдвига. При этом иэ дополнительного регистра 2 в основной регистр включаются только (й-к) раэрядсв.Таким образом, на вход счетчика 3 поступают п символов и по окончании цикла работы генератора в счетчике 3 сформировано псевдослучайное 4 исло, равное числу единиц в этом отрезке, а в регистре 1 оказывается записана Фаза, отличающаяся, от исходной на в тактов. Следующий отрезок имеет (П-в) символов, общих с предыдущим. В начале следующего цикла по сигналу с выхода генератора7 происходит установка счетчика3 и делителя в исходное состояние.Исходное состояние счетчика 3, задаваемое по управляющему входу передначалом работы, определяет математическое ожидание распределенияформируемых псевдослучайных чисел.Коэффициент деления делителя б задаетсяпо управляющему входу и определяетвремя корреляции, Описанный цикл работы генератора повторяется дляФормирования каждого нового числа.При достаточно больших и распределение весов отрезков (числа единицв отрезках) стремится к нормальномуМатематическое ожидание этогораспределителя определяется зависимостью= - -мггде М - число, собтветствующееисходному состояник. счетчика в начале каждого цикла формирования псевдослучайного числа.Очевидно, что изменяя исходноесостояние счетчика, получаем различные значения математического ожидания, распределения,Дисперсия Д распределения определяется по Формулед =п)4Если вФп, то генерируемые числакоррелированы.Для примера можно показать,что при в= 1 и п=К функция автокорреляции г генерируемой последовательности псевдослучайных чиселимеет вид:, ( (спг (1(=2"-и д =сопв 1 /ь /) иВследствие периодичности функция корреляции генерируемой последова тельности также периодична с периодом 2 - 1. Выражения для функцииикорреляции даны для одного периода.График корреляционной Функции приведен на фиг.2 (эпюра а), Увеличение (0 числа тактов в приводит к уменьшению времени корреляции.Таким образом, время корреляции регулируется изменением коэффициента деления делителя 6. В частности, при в=п генерируются практически некорреляционные числа.Функция корреляции, (фиг.2 эпюра а) удовлетворительно аппроксимирует корреляционную функцию шума на выходе Л ряда технических устройств, в частности, фильтров нижних частот.Так, например, корреляционная функция шума на выходе фильтра,согласованного с единичным прямоугольным 25 импульсом, имеет треугольную Форму.Для получения колебательногохарактера 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 Ь(Ьп) . На счетный вход дели теля поступают импульсы с частотой Формирования псевдослучайных чисел, При этом Ь чисел поступают на выход генератора без изменения, а следующие Ь чисел с инверсией знака.40Полученная таким образом авто- корреляционная функция достаточно хорошо аппроксимирует корреляционную функцию шума на выходе полосового фильтра (в частности фильтра, согласованного с прямоугольным радио- импульсом) . 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 изобретенияГенератор 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 импульсов второй выход которого подключен к первому входу счетчика, выход которого является первым выходом генератора, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения Функциональных возможностей генератора за счет изменения степени коррелированности Формируемых чисел, 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 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 выходомгенератора.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР В 495657, кл. 606 Г 1/02, 1975.2.Ч. Кеичо,%.И,Кц Апабззз аист сБра 6Фаб(таОоп о 1 а рззпс 3 огапбогп йаиззап апб ериСыче паузе зоигсе. ТЕЕЕ Тгспз. Сопгпцпз" (975, 23, М 9.656086 Юм 1, Вьи.Юдг.1 Соста Техре тель А.К 3, фанта Редактор Э,ГУбницк Мельничен каз 1529/41 го коми ий и онаб. 3 П Патент, г.Ужгород, Ул.Проектная фили ф; Ф, чвэ+ ь фЦ 4 уФ Фф" ф,Ь гэ э,м.з Тираж ИИПИ Гопо дел ва. а68дарственнизобретеРаушская асовКорректорПодписноететткрыт8.4