ГЕНЕРАТОР ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ КОДА СТИФФЛЕРА

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для создания генераторного оборудования многоканальных систем связи, в том числе, применяющих технологию LTE, для построения информационных и инфокоммуникационных систем различного назначения.

Известен генератор дискретных ортогональных функций, содержащий тактовый генератор, блок формирования функций Уолша, делитель частоты, коммутаторы и знаковые умножители (см. авторское свидетельство на изобретение №1686429, кл. G06F 1/02, опубликовано в бюллетене №39 от 23.10.1991 г.).

Недостатком известного генератора дискретных ортогональных функций являются ограниченные функциональные возможности, поскольку он формирует сигналы последовательностей L(i, θ), но не обеспечивает генерирование последовательностей кода Стиффлера.

Известно устройство для формирования системы дискретных ортогональных функций, содержащее тактовый генератор, блок формирования функций Уолша, блок формирования системы функций Адамара второго порядка, умножители, коммутатор, счетчик, четырехразрядные регистры сдвига, сумматор по модулю два, знаковые умножители (см. авторское свидетельство на изобретение №1689940, кл. G06F 1/02, опубликовано в бюллетене №41 от 07.11.1991 г.).

Недостатком известного устройства для формирования системы дискретных ортогональных функций являются ограниченные функциональные возможности, поскольку он формирует системы последовательностей D-кода, но не обеспечивает генерирование последовательностей кода Стиффлера.

Известен генератор дискретных ортогональных сигналов, формирующий последовательности модифицированного кода Рида-Мюллера, содержащий тактовый генератор, блок формирования функций Уолша, формирователь импульсов, триггер, два ключа, сумматор, 2ⁿ умножителей первой группы (2ⁿ - число выходов блока формирования функций Уолша), 2ⁿ умножителей второй группы, 2ⁿ инверторов, 2^n-1 - разрядный циклический регистр сдвига и управляемый инвертор (см. патент на изобретение №2022332, кл. G06F 1/025, опубликован в бюллетене №20 от 30.10.1994 г.).

Однако известный генератор дискретных ортогональных сигналов, формирующий последовательности модифицированного кода Рида-Мюллера, обладает ограниченными функциональными возможностями, поскольку не может формировать последовательности кода Стиффлера.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является генератор дискретных ортогональных сигналов, формирующий последовательности кода Джеффи, содержащий тактовый генератор, блок формирования функций Уолша, формирователь импульсов, триггер, два ключа, сумматор, 2ⁿ умножителей первой группы (2ⁿ - число выходов блока формирования функций Уолша), 2ⁿ умножителей второй группы, 2^n-1 - разрядный циклический регистр сдвига и управляемый инвертор, делитель частоты, циклический четырехразрядный регистр сдвига, четыре дополнительных ключа и четырехвходовый сумматор, причем выход тактового генератора подключен к тактовому входу блока формирования функций Уолша, выход формирователя импульсов подключен к счетному входу триггера, инверсный и прямой выходы которого подключены к управляющим входам первого и второго ключей соответственно, выходы первого и второго ключей подключены к входам сумматора, выходы блока формирования функций Уолша подключены к вторым входам соответствующих умножителей первой группы, второй выход блока формирования функций Уолша соединен с входом формирователя импульсов, выход сумматора подключен к информационному входу управляемого инвертора, управляющий вход которого подключен к выходу старшего разряда 2^n-1 - разрядного циклического регистра сдвига, тактовый вход которого подключен к выходу тактового генератора, выход управляемого инвертора подключен к первым входам умножителей первой группы, выходы блока формирования функций Уолша подключены к вторым входам соответствующих умножителей второй группы, (2ⁿ-4)-й выход и (2^n-1-2)-й выход блока формирования функций Уолша соединены соответственно с информационными входами первого и второго ключей, выход тактового генератора подключен к входу делителя частоты, выход которого соединен с тактовым входом циклического четырехразрядного регистра сдвига, выходы разрядов которого подключены к управляющим входам соответствующих дополнительных ключей, выход (2^n-1-1)-го умножителя первой группы подключен к информационному входу первого дополнительного ключа, выход (2^n-1-3)-го умножителя первой группы подключен к информационному входу второго дополнительного ключа, выход (2^n-1-2)-го умножителя первой группы подключен к информационному входу третьего дополнительного ключа, выход 2-го умножителя первой группы подключен к информационному входу четвертого дополнительного ключа, выходы дополнительных ключей подключены к входам четырехвходового сумматора, выход которого подключен к первым входам умножителей второй группы, выходы умножителей второй группы являются выходами генератора, на которых формируются последовательности кода Джеффи (см. патент на изобретение №2620988, кл. G06F 1/02, опубликован в бюллетене №16 от 30.05.2017 г.).

Однако известный генератор дискретных ортогональных сигналов, формирующий последовательности кода Джеффи, обладает ограниченными функциональными возможностями, поскольку не может формировать последовательности кода Стиффлера.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей генератора, заключающихся в формировании последовательностей кода Стиффлера.

Последовательности кода Стиффлера, обладающие ортогональными свойствами, находят широкое применение для создания генераторного оборудования многоканальных систем связи, для построения информационных и инфокоммуникационных систем различного назначения (см. страница 141, Пестряков В.Б. Шумоподобные сигналы в системах передачи информации. - М.: Советское радио, 1973, с. 424). На странице 141 указанного источника (третий абзац снизу) отмечено, что видоизменяющая (то есть производящая) последовательность Стиффлера при умножении на последовательности Рида-Мюллера (или функции Уолша) дает ансамбль последовательностей Стиффлера (систему последовательностей кода Стиффлера).

При этом сравнение функций автокорреляции (ФАК) и функций взаимной корреляции (ФВК) последовательностей Стиффлера и последовательностей Диджилок, к которым относятся, в том числе, последовательности кода Джеффи, показывает, что последовательности Стиффлера обладают лучшими корреляционными свойствами (см. первый абзац снизу на странице 141 источника - Пестряков В.Б. Шумоподобные сигналы в системах передачи информации. - М.: Советское радио, 1973, с. 424).

Видоизменяющая (то есть производящая) последовательность Стиффлера в этом источнике указана следующим образом:

1101110000101000

(см. третий абзац снизу на странице 141 источника - Пестряков В.Б. Шумоподобные сигналы в системах передачи информации. - М.: Советское радио, 1973, с. 424).

Последовательности кода Стиффлера математически строятся следующим образом: каждая функция исходной системы функций Уолша умножается поэлементно на производящую последовательность кода Стиффлера, имеющую вид

При этом функции Уолша в исходной системе функций Уолша должны быть упорядочены по возрастанию числа знакоперемен в каждой функции, то есть упорядочены по Уолшу (Трахтман A.M., Трахтман В.А. Основы теории дискретных сигналов на конечных интервалах. - М.: Советское радио, 1975, с. 47, соотношение (2.4)).

В этом случае система функций Уолша имеет вид:

Полученная в результате умножения каждой функции исходной системы функций Уолша (2) на производящую последовательность (1) кода Стиффлера система последовательностей кода Стиффлера является ортогональной (см. страница 141, Пестряков В.Б. Шумоподобные сигналы в системах передачи информации. - М.: Советское радио, 1973, с. 424) и имеет следующий вид:

Поставленная цель достигается тем, что в известный генератор дискретных ортогональных сигналов, содержащий тактовый генератор, блок формирования функций Уолша, формирователь импульсов, триггер, два ключа, сумматор, 2ⁿ умножителей первой группы (2ⁿ - число выходов блока формирования функций Уолша), 2ⁿ умножителей второй группы, 2^n-1 - разрядный циклический регистр сдвига и управляемый инвертор, делитель частоты, циклический четырехразрядный регистр сдвига, четыре дополнительных ключа и четырехвходовый сумматор, причем выход тактового генератора подключен к тактовому входу блока формирования функций Уолша, выход формирователя импульсов подключен к счетному входу триггера, инверсный и прямой выходы которого подключены к управляющим входам первого и второго ключей соответственно, выходы первого и второго ключей подключены к входам сумматора, выходы блока формирования функций Уолша подключены к вторым входам соответствующих умножителей первой группы, второй выход блока формирования функций Уолша соединен с входом формирователя импульсов, выход сумматора подключен к информационному входу управляемого инвертора, управляющий вход которого подключен к выходу старшего разряда 2^n-1 - разрядного циклического регистра сдвига, тактовый вход которого подключен к выходу тактового генератора, выход управляемого инвертора подключен к первым входам умножителей первой группы, выходы блока формирования функций Уолша подключены к вторым входам соответствующих умножителей второй группы, (2ⁿ-4)-й выход и (2^n-1-2)-й выход блока формирования функций Уолша соединены соответственно с информационными входами первого и второго ключей, выход тактового генератора подключен к входу делителя частоты, выход которого соединен с тактовым входом циклического четырехразрядного регистра сдвига, выходы разрядов которого подключены к управляющим входам соответствующих дополнительных ключей, выходы дополнительных ключей подключены к входам четырехвходового сумматора, выход которого подключен к первым входам умножителей второй группы введен элемент задержки, причем выход (2^n-1-2)-го умножителя первой группы подключен к информационному входу первого дополнительного ключа, выход (2^n-1-4)-го умножителя первой группы подключен к информационному входу второго дополнительного ключа, выход (2^n-1+2)-го умножителя первой группы подключен к информационному входу третьего дополнительного ключа, выход (2^n-1+1)-го умножителя первой группы подключен к входу элемента задержки, выход элемента задержки подключен к информационному входу четвертого дополнительного ключа, выходы умножителей второй группы являются выходами генератора дискретных ортогональных сигналов, на которых формируются последовательности кода Стиффлера.

На фиг. 1 представлена структурная схема генератора последовательностей кода Стиффлера, на фиг. 2 - временные диаграммы, иллюстрирующие процесс формирования сигнала S(10,θ) на выходе одиннадцатого умножителя 8 первой группы для случая 2ⁿ=16, на фиг. 3 - временные диаграммы, иллюстрирующие процесс формирования последовательности кода Стиффлера Stif(10,θ) на выходе одиннадцатого умножителя 9 второй группы для случая 2ⁿ=16, на фиг. 4 - вид функций Уолша на выходах блока 2 формирования функций Уолша, на фиг. 5 - вид последовательностей кода Рида-Мюллера, начинающихся с положительного элемента, формируемых на выходах соответствующих умножителей 8 первой группы, на фиг. 6 - вид последовательностей кода Стиффлера, формируемых на выходах соответствующих умножителей 9 второй группы.

Генератор последовательностей кода Стиффлера содержит тактовый генератор 1, блок 2 формирования функций Уолша, формирователь 3 импульсов, триггер 4, первый ключ 5, второй ключ 6, сумматор 7, 2ⁿ умножителей 8 первой группы, 2ⁿ умножителей 9 второй группы, 2^n-1 - разрядный циклический регистр 10 сдвига, управляемый инвертор 11, делитель 12 частоты, четырехразрядный циклический регистр 13 сдвига, первый дополнительный ключ 14, второй дополнительный ключ 15, третий дополнительный ключ 16, четвертый дополнительный ключ 17, четырехвходовый сумматор 18 и элемент 19 задержки.

Генератор последовательностей кода Стиффлера работает следующим образом.

Перед началом работы генератора последовательностей кода Стиффлера единица записана в (2^n-1-3)-й разряд циклического регистра 10 сдвига, и единица записана в первый разряд четырехразрядного циклического регистра 13 сдвига.

Триггер 4 находится в исходном единичном состоянии. Потенциалы с инверсного и прямого выходов триггера 4 поступают на управляющие входы ключей 5 и 6 соответственно. Таким образом, ключ 6 открыт, а ключ 5 закрыт. Под действием импульсов с выхода тактового генератора 1 (фиг. 2, а) на выходах блока 2 формируются функции Уолша. Функция Wal(5,θ) с (2^n-1-2)-го выхода (фиг. 2, в) блока формирования функций Уолша (функции упорядочены на выходах блока 2 по возрастанию числа знакоперемен в каждой функции, то есть упорядочены по Уолшу) через открытый ключ 6 поступает на вход сумматора 7 (фиг. 2, д), а с его выхода - на информационный вход управляемого инвертора 11.

В момент смены знака функцией Уолша Wal(1,θ), формируемой на втором выходе блока 2 (фиг. 2, б), срабатывает формирователь 3 импульсов. Импульсы, поступающие с его выхода, изменяют состояние триггера 4, а, следовательно, и состояние ключей 5 и 6. В результате второй ключ 6 оказывается закрытым, а первый ключ 5 открытым, и функция Уолша Wal(11,θ) с (2ⁿ-4)-го выхода (фиг. 2, г) блока 2 через открытый ключ 5 поступает на вход сумматора 7 (фиг. 2, е), а с его выхода на информационный вход управляемого инвертора 11.

На третьем такте работы генератора на выходе 2^n-1 - разрядного циклического регистра 10 сдвига формируется единица, которая была записана в (2^n-1-3)-м разряде циклического регистра 10 сдвига (фиг. 2, з). Эта единица поступает на управляющий вход управляемого инвертора 11, вследствие чего третий элемент сигнала, формируемого на выходе сумматора 7 (фиг. 2, ж) и поступающего на информационный вход управляемого инвертора 11, оказывается инвертированным (фиг. 2, и).

На одиннадцатом такте работы генератора на выходе 2^n-1 - разрядного циклического регистра 10 сдвига формируется единица, которая была записана в (2^n-1-3)-м разряде циклического регистра 10 сдвига (фиг. 2, з). Эта единица поступает на управляющий вход управляемого инвертора 11, вследствие чего одиннадцатый элемент сигнала, формируемого на выходе сумматора 7 (фиг. 2, ж) и поступающего на информационный вход управляемого инвертора 11, оказывается инвертированным (фиг. 2, и).

Сигнал, формируемый на выходе управляемого инвертора 11, умножается в умножителях 8 первой группы на функции Уолша. В результате этого на выходах умножителей 8 формируется система сигналов S(i,θ), представляющая собой последовательности кода Рида-Мюллера, начинающиеся с положительного элемента. Например, при умножении сигнала с выхода управляемого инвертора 11 (фиг. 2, и) на функцию Уолша Wal(10,θ) (фиг. 2, й) на выходе соответствующего умножителя 8 первой группы сформируется сигнал, представляющий собой последовательность кода Рида-Мюллера S(10,θ), начинающуюся с положительного элемента.

Импульсы с выхода тактового генератора 1 (фиг. 3, а) поступают также на вход делителя частоты 12, имеющего коэффициент деления, равный . То есть первый импульс на выходе сформируется через длительности функций Уолша, второй импульс - через длительности функций Уолша, третий импульс - через длительности функций Уолша, четвертый импульс - по завершению длительности функций Уолша (фиг. 3, б). В результате единица, записанная в первом разряде четырехразрядного циклического регистра 13 сдвига последовательно переместится из первого во второй разряд, потом из второго в третий, потом из третьего в четвертый, а затем из четвертого в первый разряд, поскольку регистр 13 сдвига является циклическим.

В течение первой четверти длительности периода формирования функций Уолша единица находится в первом разряде четырехразрядного циклического регистра 13 сдвига. При этом первый дополнительный ключ 14 находится в открытом состоянии (фиг. 3, г), а остальные дополнительные ключи - в закрытом. В результате на первый информационный вход четырехвходового сумматора 18 поступит первая четверть сигнала S(2^n-1-3,θ), формируемого на выходе (2^n-1-2)-го умножителя первой группы. В случае 2ⁿ=16 это будет сигнал S(5,θ) (фиг. 3, в).

В течение второй четверти длительности периода формирования функций Уолша единица находится во втором разряде четырехразрядного циклического регистра 13 сдвига. При этом второй дополнительный ключ 15 находится в открытом состоянии (фиг. 3, е), а остальные дополнительные ключи - в закрытом. В результате на второй информационный вход четырехвходового сумматора 18 поступит вторая четверть сигнала S(2^n-1-5,θ), формируемого на выходе (2^n-1-4)-го умножителя первой группы. В случае 2ⁿ=16 это будет сигнал S(3,θ) (фиг. 3, д).

В течение третьей четверти длительности периода формирования функций Уолша единица находится в третьем разряде четырехразрядного циклического регистра 13 сдвига. При этом третий дополнительный ключ 16 находится в открытом состоянии (фиг. 3, з), а остальные дополнительные ключи - в закрытом. В результате на третий информационный вход четырехвходового сумматора 18 поступит третья четверть сигнала S(2^n-1+1,θ), формируемого на выходе (2^n-1+2)-го умножителя первой группы. В случае 2ⁿ=16 это будет сигнал S(9,θ) (фиг. 3, ж).

В течение четвертой четверти длительности периода формирования функций Уолша единица находится в четвертом разряде четырехразрядного циклического регистра 13 сдвига. При этом четвертый дополнительный ключ 17 находится в открытом состоянии (фиг. 3, к), а остальные дополнительные ключи - в закрытом.

Сигнал S(2^n-1,θ), формируемый на выходе (2^n-1+1)-го умножителя первой группы (фиг. 3, и), поступает на вход элемента 19 задержки, вследствие чего на выходе элемента 19 задержки указанный сигнал появляется с задержкой на один такт (фиг. 3, й).

Элемент 19 задержки является типовым элементом памяти дискретных устройств. В элементе задержки значение выходного сигнала в момент времени t+1 совпадает со значением входного сигнала в момент времени t.

Подробное описание элементов задержки такого типа представлено во многих источниках, в том числе, например, на страницах 231-232 издания под общей редакцией Г.Ф. Гриненко «Основы дискретной техники АСУ и связи» - Л.: ВИКИ, 1980, с. 467).

В результате на четвертый информационный вход четырехвходового сумматора 18 поступит часть задержанного сигнала, формируемого на выходе элемента 19 задержки, и на выходе ключа 17 сформируется отрезок сигнала, представленный на (фиг. 3, к).

Сигнал, формируемый на выходе четырехвходового сумматора 18, представляет собой производящую последовательность Stif(0,θ) кода Стиффлера. Например, для случая 2ⁿ=16 производящая последовательность Stif(0,θ) кода Стиффлера (фиг. 3, л) имеет вид:

Для получения, например, последовательности кода Стиффлера Stif(10,θ) (фиг. 3, н) функция Уолша Wal(10,θ) (фиг. 3, м) поэлементно умножается на производящую последовательность Stif(0,θ) (фиг. 3, л) в соответствующем умножителе 9 второй группы.

На фиг. 2 приведены диаграммы, иллюстрирующие в качестве примера процесс формирования в предлагаемом генераторе сигнала S(10,θ) на выходе соответствующего умножителя 8 первой группы.

На диаграммах фиг. 2 указано временное состояние:

а) выхода тактового генератора 1;

б) второго выхода блока 2 формирования функций Уолша, на котором формируется функция Wal(1,θ);

в) шестого выхода блока 2 формирования функций Уолша, на котором формируется функция Wal(5,θ);

г) двенадцатого выхода блока 2 формирования функций Уолша, на котором формируется функция Wal(11,θ);

д) выхода ключа 6;

е) выхода ключа 5;

ж) выхода двухвходового сумматора 7;

з) выхода старшего разряда 2^n-1 - разрядного циклического регистра 10 сдвига;

и) выхода управляемого инвертора 11;

й) одиннадцатого выхода блока 2 формирования функций Уолша, на котором формируется функция Wal(10,θ);

к) выхода одиннадцатого перемножителя 8 первой группы, на котором формируется функция S(10,θ).

На фиг. 3 приведены диаграммы, иллюстрирующие в качестве примера процесс формирования в предлагаемом генераторе последовательности кода Стиффлера Stif(10,θ).

На диаграммах фиг. 3 указано временное состояние:

а) выхода тактового генератора 1;

б) выхода делителя 12 частоты;

в) выхода шестого умножителя 8 первой группы, на котором формируется сигнал S(5,θ);

г) выхода первого дополнительного ключа 14, на котором формируется первая четверть сигнала S(5,θ);

д) выхода четвертого умножителя 8 первой группы, на котором формируется сигнал S(3,θ);

е) выхода второго дополнительного ключа 15, на котором формируется вторая четверть сигнала S(3,θ);

ж) выхода десятого умножителя 8 первой группы, на котором формируется сигнал S(9,θ);

з) выхода третьего дополнительного ключа 16, на котором формируется третья четверть сигнала S(9,θ);

и) выхода девятого умножителя 8 первой группы, на котором формируется сигнал S(8,θ);

й) выхода элемента 19 задержки, на котором формируется сдвинутый на один такт сигнал;

к) выхода четвертого дополнительного ключа 17, на котором формируется часть сдвинутого сигнала;

л) выхода четырехвходового сумматора 18, на котором формируется сигнал, представляющий собой производящую последовательность кода Стиффлера Stif(0,θ);

м) одиннадцатого выхода блока 2 формирования функций Уолша, на котором формируется функция Wal(10,θ);

н) выхода одиннадцатого умножителя 9 второй группы, на котором формируется последовательность кода Стиффлера Stif(10,0).

Таким образом, предлагаемый генератор последовательностей кода Стиффлера обладает расширенными функциональными возможностями, заключающимися в формировании последовательностей кода Стиффлера, и может быть использован для создания генераторного оборудования многоканальных систем связи, в том числе, использующих технологию LTE, для построения информационных и инфокоммуникационных систем различного назначения.