ГЕНЕРАТОР ДИСКРЕТНЫХ ОРТОГОНАЛЬНЫХ СИГНАЛОВ
GENERATOR OF DISCRETE ORTHOGONAL SIGNALS

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 Джеффи.
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.).
Недостатками 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 Джеффи.
n
n
n
n
n-1
n-1
n-1
n-1
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является генератор дискретных ортогональных сигналов, формирующий последовательности модифицированного кода Рида-Мюллера, содержащий тактовый генератор, блок формирования функций Уолша, формирователь импульсов, триггер, два ключа, сумматор, 2 умножителей первой группы (2 - число выходов блока формирования функций Уолша), 2 умножителей второй группы, 2 инверторов, 2-разрядный циклический регистр сдвига и управляемый инвертор, 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, выход второй функции Уолша блока формирования функций Уолша соединен с входом формирователя импульсов, выходы 2-й и (2)-й функции Уолша блока формирования функций Уолша соединены соответственно с информационными входами первого и второго ключей, выход сумматора подключен к информационному входу управляемого инвертора, управляющий вход которого подключен к выходу старшего разряда 2-разрядного циклического регистра сдвига, тактовый вход которого подключен к выходу тактового генератора, выход управляемого инвертора подключен к первым входам умножителей первой группы и умножителей второй группы, выходы блока формирования функций Уолша через инверторы подключены ко вторым входам соответствующих умножителей второй группы, выходы умножителей первой и второй групп являются выходами генератора (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 Джеффи.
Целью изобретения является расширение функциональных возможностей генератора, заключающихся в формировании последовательностей кода Джеффи.
Последовательности кода Джеффи, обладающие ортогональными свойствами, находят широкое применение для создания генераторного оборудования многоканальных систем связи, для построения информационных и инфокоммуникационных систем различного назначения (см. страница 140, Пестряков В.Б. Шумоподобные сигналы в системах передачи информации. - М.: Советское радио, 1973, с. 424). На странице 140 указанного источника (первый абзац снизу) отмечено, что видоизменяющая (то есть производящая) последовательность Джеффи при умножении на последовательности Рида-Мюллера (или функции Уолша) дает ансамбль последовательностей Джеффи (систему последовательностей кода Джеффи).
Видоизменяющая (то есть производящая) последовательность Джеффи в этом источнике указана следующим образом:
1101111101111001
(см. первый абзац снизу на странице 140 источника - Пестряков В.Б. Шумоподобные сигналы в системах передачи информации. - М.: Советское радио, 1973, с. 424).
Последовательности кода Джеффи математически строятся следующим образом: каждая функция исходной системы функций Уолша умножается поэлементно на производящую последовательность кода Джеффи, 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 Джеффи система последовательностей кода Джеффи является ортогональной (см. страница 140, Пестряков В.Б. Шумоподобные сигналы в системах передачи информации. - М.: Советское радио, 1973, с. 424) и имеет следующий вид:
n
n
n
n-1
n-1
n
n-1
n-1
n-1
n-1
Поставленная цель достигается тем, что в известный генератор дискретных ортогональных сигналов, содержащий тактовый генератор, блок формирования функций Уолша, формирователь импульсов, триггер, два ключа, сумматор, 2 умножителей первой группы (2 - число выходов блока формирования функций Уолша), 2 умножителей второй группы, 2-разрядный циклический регистр сдвига и управляемый инвертор, 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 ко 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-разрядного циклического регистра сдвига, тактовый вход которого подключен к выходу тактового генератора, выход управляемого инвертора подключен к первым входам умножителей первой группы, введены делитель частоты, циклический четырехразрядный регистр сдвига, четыре дополнительных ключа и четырехвходовый сумматор, причем выходы блока формирования функций Уолша подключены ко вторым входам соответствующих умножителей второй группы, (2-4)-й выход и (2-2)-й выход блока формирования функций Уолша, с учетом того, что функции Уолша на выходах блока формирования функций Уолша упорядочены по возрастанию числа знакоперемен в каждой функции, 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 (2-1)-го умножителя первой группы подключен к информационному входу первого дополнительного ключа, выход (2-3)-го умножителя первой группы подключен к информационному входу второго дополнительного ключа, выход (2-2)-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.
На фиг. 1 представлена структурная схема генератора дискретных ортогональных сигналов.
n
n
n-1
Генератор дискретных ортогональных сигналов содержит тактовый генератор 1, блок 2 формирования функций Уолша, формирователь 3 импульсов, триггер 4, первый ключ 5, второй ключ 6, сумматор 7, 2 умножителей 8 первой группы, 2 умножителей 9 второй группы, 2-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 и четырехвходовый сумматор 18.
Генератор дискретных ортогональных сигналов работает следующим образом.
n-1
Перед началом работы генератора дискретных ортогональных сигналов единица записана в (2-3)-й разряд циклического регистра 10 сдвига и единица записана в первый разряд четырехразрядного циклического регистра 13 сдвига.
n-1
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 на выходах блока 2 формируются функции Уолша. Функция Wal(5, θ) с (2-2)-го выхода 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, а с его выхода - на информационный вход управляемого инвертора 11.
n
В момент смены знака функцией Уолша Wal(1, θ), формируемой на втором выходе блока 2, 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 (2-4)-го выхода блока 2 через открытый ключ 5 поступает на вход сумматора 7, а с его выхода на информационный вход управляемого инвертора 11.
n-1
n-1
На третьем такте работы генератора на выходе 2-разрядного циклического регистра 10 сдвига формируется единица, которая была записана в (2-3)-м разряде циклического регистра 10 сдвига. Эта единица поступает на управляющий вход управляемого инвертора 11, вследствие чего третий элемент сигнала, формируемого на выходе сумматора 7 и поступающего на информационный вход управляемого инвертора 11, оказывается инвертированным.
n-1
n-1
На одиннадцатом такте работы генератора на выходе 2-разрядного циклического регистра 10 сдвига формируется единица, которая была записана в (2-3)-м разряде циклического регистра 10 сдвига. Эта единица поступает на управляющий вход управляемого инвертора 11, вследствие чего одиннадцатый элемент сигнала, формируемого на выходе сумматора 7 и поступающего на информационный вход управляемого инвертора 11, оказывается инвертированным.
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 на функцию Уолша Wal(10, θ) 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 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 завершении длительности функций Уолша. 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.
n-1
n-1
n
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, а остальные дополнительные ключи - в закрытом. В результате на первый информационный вход четырехвходового сумматора 18 поступит первая четверть сигнала S(2-2, θ), формируемого на выходе (2-1)-го умножителя первой группы. В случае 2=16 это будет сигнал S(6, θ).
n-1
n-1
n
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, а остальные дополнительные ключи - в закрытом. В результате на второй информационный вход четырехвходового сумматора 18 поступит вторая четверть сигнала S(2-4, θ), формируемого на выходе (2-3)-го умножителя первой группы. В случае 2=16 это будет сигнал S(4, θ).
n-1
n-1
n
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, а остальные дополнительные ключи - в закрытом. В результате на третий информационный вход четырехвходового сумматора 18 поступит третья четверть сигнала S(2-3, θ), формируемого на выходе (2-2)-го умножителя первой группы. В случае 2=16 это будет сигнал S(5, θ).
n
Сигнал, формируемый на выходе четырехвходового сумматора 18, представляет собой производящую последовательность J(0, θ) кода Джеффи. Например, для случая 2=16 производящая последовательность J(0, θ) кода Джеффи  имеет вид:
Для получения, например, последовательности кода Джеффи J(10, θ) функция Уолша Wal(10, θ) поэлементно умножается на производящую последовательность 3(0, θ) в соответствующем умножителе 9 второй группы.
Таким образом, предлагаемый генератор дискретных ортогональных сигналов обладает расширенными функциональными возможностями, заключающимися в формировании последовательностей кода Джеффи, 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.