ФОРМИРОВАТЕЛЬ М-ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ
SHAPER OF M-SEQUENCES

Предлагаемое устройство относится к области радиотехники и может найти применение в передающих и приемных устройствах для формирования шумоподобных сигналов.
Известен формирователь (генератор) ПСП Шумоподобные сигналы в системах передачи информации. под ред. В.Б.Пестрякова. - М.: Сов. радио, 1973, стр.149, рис.4.2.4, содержащий сумматор, регистр сдвига (ячейки триггеров) и генератор тактовых импульсов. В этом формирователе генерирующую последовательность можно снимать не только с выхода сумматора, но и с любого триггера регистра сдвига. При этом полученная последовательность будет иметь тот же вид, что и последовательность, снимаемая с выхода сумматора, но сдвинутая во времени относительно нее.
Известен также формирователь псевдослучайных последовательностей, представленных в книге Н.Т.Петрович, М.К.Рахманин «Системы связи с шумоподобными сигналами». - М.: Сов. радио, 1969, стр.147, рис.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является цифровой автомат формирования М-последовательности, приведенный в книге Л.Е.Варакин «Системы связи с шумоподобными сигналами». - М.: Радио и связь, 1985, стр.60, рис.3.18, принятый за прототип.
На фиг.1 приведена функциональная схема устройства-прототипа, где обозначено:
1.1-1.10 триггеры, образующие регистр сдвига;
2 - сумматор по модулю два.
Устройство-прототип содержит регистр сдвига, состоящий из последовательно соединенных триггеров 1.1÷1.10, причем выход триггера 1.10 является выходом регистра сдвига и соединен с первым входом сумматора по модулю два 2, выход которого соединен с входом триггера 1.1 и является входом регистра сдвига. Кроме того, выход триггера 1.7 соединен со вторым входом сумматора по модулю два 2.
Работает устройство-прототип следующим образом
М-последовательность, или последовательность максимальной длины является периодической с периодом, состоящей из N импульсов (символов). В общем случае М-последовательность состоит из нескольких видов импульсов (например, импульсы могут отличаться начальными фазами, несущими частотами и т.д.). Импульсы различного вида встречаются в периоде примерно одинаковое число раз, т.е. все импульсы распределяются в периоде равновероятно. Вследствие этого М-последовательности часто называют псевдослучайными.
0
Формируются М-последовательности с помощью линейных переключательных схем на основе сдвигающих регистров, в случае прототипа формируется М-последовательность десятью триггерами 1.1÷1.10 (триггерными ячейками), которые выполняют роль дискретных элементов задержки, и сумматор по модулю два 2. На триггеры 1.1÷1.10 поступают сдвигающие тактовый импульсы, следующие с частотой , где τ - длительность элемента последовательности.
Каждый тактовый импульс вызывает изменение состояния (напряжения на выходе) всех триггеров 1.1÷1.10. При этом напряжение на выходе каждого триггера (символ) становится равным напряжению (символу) на его входе для предыдущего такта. Символы могут принимать два значения, которые условно обозначены 0 и 1. При суммировании любых комбинаций входных сигналов на выходе сумматора по модулю два 2 получаются только символы 0 и 1.
Суммирование по модулю два определяется следующей таблицей:
1+1=0; 0+0=0; 1+0=1; 0+1=1.
k
10
Допустим, что в исходном состоянии 1 была записана в первом триггере 1.1, т.е. в регистре сдвига зарегистрирована комбинация 1000000000. Первым сдвигающим импульсом от входного генератора (на фиг.2 не показан) символы с входов триггеров «переходят» на их выходы. При появлении на выходе триггера 1.7 1 (единицы), которая также поступает на второй вход сумматора 2, а на первый вход этого сумматора 2 с выхода триггера 1.10 поступает 0, таким образом, на входе триггера 1.1 будет 1 и т.д. Так формируется М-последовательность с периодом N=2-1, где k - число триггерных ячеек в регистре сдвига. Для приведенной схемы прототипа N=2-1=1023.
Недостатком устройства-прототипа является то, что оно может формировать только одну М-последовательность, а при работе системы связи для передачи данных, чтобы сохранить скрытность передаваемой информации, необходимо работать с несколькими М-последовательностями.
Задачей предлагаемого устройства является повышение скрытности передаваемой информации за счет увеличения количества генерируемых М-последовательностей.
Для решения поставленной задачи в формирователь М-последовательностей, содержащий регистр сдвига, состоящий из последовательно соединенных k, k≥3 триггеров, вход первого из которых является входом устройства, а выход последнего - выходом устройства, а также первый сумматор по модулю два, согласно изобретению введены последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, кодер и коммутатор, выходы которого соединены с входами соответствующих k+1 дополнительных триггеров, выходы которых подсоединены к управляемым входам соответствующих k+1 ключей, выходы ключей со второго по k-й соединены со вторыми входами соответствующих k-1 сумматоров по модулю два, причем выход регистра сдвига соединен со входом k+1 ключа, выход которого соединен с входом k-1 сумматора по модулю два, выход которого через последовательно соединенные сумматоры по модулю два с k-2 по первый соединен с входом первого ключа, выход которого соединен с входом регистра сдвига, кроме того, входы ключей со второго по k+1 соединены с входами соответствующих триггеров регистра сдвига.
На фиг.2 приведена схема предлагаемого устройства, где обозначено:
1.1÷1.10 - триггеры, составляющие регистр сдвига;
2.1÷2.9 - сумматоры по модулю два;
3.1÷3.11 - ключи;
4.1÷4.11 - дополнительные триггеры;
5 - коммутатор;
6 - кодер;
7 - генератор тактовых импульсов.
Предлагаемое устройство содержит последовательно соединенные триггеры 1.1÷1.10, составляющие регистр сдвига, причем вход первого триггера 1.1 является входом устройства, девять сумматоров по модулю два 2.1÷2.9, а также одиннадцать ключей 3.1÷3.11 и одиннадцать триггеров 4.1÷4.11, входы которых подсоединены к соответствующим выходам коммутатора 5. Кроме того, выход генератора тактовых импульсов 7 через кодер 6 соединен с входом коммутатора 5. При этом входы девяти ключей, начиная со второго 3.2 и по десятый 3.10 соединены с входами соответствующих триггеров, составляющих регистр сдвига, со второго 1.2 по десятый 1.10 триггер, выход которого является выходом устройства и соединен с входом одиннадцатого ключа 3.11, выход которого соединен с входом девятого сумматора по модулю два 2.9, выход которого через последовательно соединенные сумматоры с восьмого 2.8 по первый 2.1 соединен с входом первого ключа 3.1, выход которого подсоединен к входу первого триггера 1.1 из состава регистра сдвига. Выходы триггеров 4.1÷4.11 соединены с управляемыми входами ключей 3.1÷3.11 соответственно. Выходы ключей со второго 3.2 по десятый 3.10 соединены со вторыми входами сумматоров по модулю два, начиная с первого 2.1 по девятый 2.9, т.е. выход ключа 3.2 соединен со вторым входом первого сумматора 2.1, выход третьего ключа 3.3. - со вторым входом сумматора 2.2 и т.д.…выход десятого ключа 3.10 - со вторым входом девятого сумматора 2.9.
Работает предлагаемое устройство следующим образом
С генератора тактовых импульсов 7 тактирующие импульсы поступают на кодер 6 и тактируют запись шестидесяти характеристических многочленов, порождающие М-последовательности (Л.Е.Варакин. Системы связи с шумоподобными сигналами. - М.: Радио и связь, 1985 г., стр.59, табл.3.9, при k=10). Коммутатором 5 с кодера 6 коммутируется одна из нужных характеристических последовательностей - единицы. Коммутатор 5 имеет одиннадцать выходов, равных числу элементов одной характеристической последовательности. Элементы характеристической последовательности с выхода коммутатора 5 подаются на входы триггеров 4.1÷4.11 соответственно. В исходном состоянии на выходах триггеров 4.1÷4.11 будут нули, при подаче на входы этих триггеров единиц, триггеры опрокидываются, и на выходах будет тоже единица. Какие из триггеров опрокидываются, зависит от характеристической последовательности, подаваемой с кодера 6. Причем на выходах первого 4.1 и последнего 4.10 триггеров всегда будут единицы. При подаче на вход триггера нуля, он переходит в исходное состояние (кроме крайних: первого 4.1 и последнего 4.10). С выходов триггеров 4.1÷4.11 сигналы подаются на управляемые входы ключей 3.1÷3.11 соответственно. В зависимости от подаваемой характеристической последовательности открывается тот или иной ключ 3, через который проходит сигнал с выхода соответствующего триггера 1.1÷1.10 регистра сдвига на второй вход соответствующего сумматора по модулю два 2.1÷2.9, на первые входы которых последовательно поступает сигнал с выхода регистра сдвига (выхода триггера 1.10). В зависимости от того, какой и сколько ключей 3 открыто, формируется соответственно та или иная М-последовательность.
Таким образом, в предлагаемом устройстве с помощью списывания коммутатором 5 различных характеристических последовательностей (а их число при k=10 равно 60) получаем шестьдесят М-последовательностей, что позволяет расширить возможности работы радиоаппаратуры, в которой используются М-последовательности.
Аналогичным образом можно формировать М-последовательности для других значений k.