RU2722001C1 - Digital simulator of random signals - Google Patents

Digital simulator of random signals Download PDF

Info

Publication number
RU2722001C1
RU2722001C1 RU2019132780A RU2019132780A RU2722001C1 RU 2722001 C1 RU2722001 C1 RU 2722001C1 RU 2019132780 A RU2019132780 A RU 2019132780A RU 2019132780 A RU2019132780 A RU 2019132780A RU 2722001 C1 RU2722001 C1 RU 2722001C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
input
digital
register
simulator
Prior art date
Application number
RU2019132780A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Олег Вячеславович Чернояров
Артем Алексеевич Гульмаров
Татьяна Ивановна Демина
Алексей Николаевич Глушков
Владимир Петрович Литвиненко
Юлия Владимировна Литвиненко
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Майкопский государственный технологический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Майкопский государственный технологический университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Майкопский государственный технологический университет"
Priority to RU2019132780A priority Critical patent/RU2722001C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2722001C1 publication Critical patent/RU2722001C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F7/00Methods or arrangements for processing data by operating upon the order or content of the data handled
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F7/00Methods or arrangements for processing data by operating upon the order or content of the data handled
    • G06F7/58Random or pseudo-random number generators

Abstract

FIELD: radio engineering; measuring equipment.
SUBSTANCE: digital simulator of random signals, which includes reference frequency generator, memory unit, digital-to-analogue converter, generator of equiprobable pseudorandom numbers and register, also comprises digital comparator, first input of which is connected to output of equiprobable pseudorandom number generator, second input is to output of memory unit, successive approximation register, clock input of which is connected to third output of reference frequency generator, control input is to output of digital comparator, and output is parallel connected to first address input of memory unit and input of register, and buffer register, output of buffer register is digital output of simulator, and output of digital-to-analogue converter is analogue output of simulator.
EFFECT: technical result consists in reduction of required capacity of memory unit when generating binary random numbers.
1 cl, 6 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к областям радиотехники и измерительной техники и может быть использовано для имитации сигналов и помех при тестировании аппаратуры радиосвязи и систем управления.The invention relates to the fields of radio engineering and measuring equipment and can be used to simulate signals and interference when testing radio communication equipment and control systems.

Известен цифровой генератор хаотического сигнала [1] на базе регистра сдвига и аналогового источника шума, формирующий «истинно случайный» цифровой сигнал с равновероятными отсчетами, в котором отсутствует возможность изменения статистических характеристик сигнала.Known digital chaotic signal generator [1] based on a shift register and an analog noise source, generating a "truly random" digital signal with equally probable samples, in which there is no possibility of changing the statistical characteristics of the signal.

Известны цифровые генераторы [2] псевдослучайных двоичных последовательностей (например, М-последовательностей, последовательностей Гоулда, Кассами и др.), формируемых с помощью регистров сдвига с линейными или нелинейными обратными связями. Известен [3] датчик случайных чисел с равномерным распределением вероятностей, в котором используются записанные в блоке памяти случайные числа, которые «перемешиваются» с помощью двоичных счетчиков, улучшая качество совпадения формируемых чисел с теоретическим равномерным законом распределения вероятностей. Их недостатком является отсутствие возможностей формирования псевдослучайных чисел с различными законами распределения вероятностей.Known digital generators [2] of pseudo-random binary sequences (for example, M-sequences, Gould, Kassami, etc.) formed using shift registers with linear or nonlinear feedbacks. Known [3] is a random number sensor with a uniform probability distribution, which uses random numbers recorded in a memory block that are “mixed” using binary counters, improving the quality of matching the generated numbers with a theoretical uniform probability distribution law. Their disadvantage is the lack of the possibility of forming pseudo-random numbers with different laws of probability distribution.

Известен имитатор радиосигналов [4], содержащий генератор опорной частоты, блок памяти, устройство считывания данных, цифроаналоговый преобразователь. Устройство имитирует сигналы произвольного вида, представленные модельными файлами данных или цифровыми записями сигналов, которые предварительно записываются в блок памяти и считываются в процессе имитации. Его недостатком является ограниченность продолжительности воспроизводимой реализации, что особенно существенно при высокочастотном считывании данных.A known radio signal simulator [4], comprising a reference frequency generator, a memory unit, a data reader, a digital-to-analog converter. The device imitates arbitrary signals represented by model data files or digital records of signals that are previously recorded in the memory unit and read during the simulation. Its disadvantage is the limited duration of the reproduced implementation, which is especially important for high-frequency data reading.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является цифровой имитатор случайных сигналов [5], содержащий генератор опорной частоты, блок памяти, цифроаналоговый преобразователь, генератор равновероятных псевдослучайных чисел и регистр. Closest to the technical nature of the proposed device is a digital random signal simulator [5], containing a reference frequency generator, a memory unit, a digital-to-analog converter, an equiprobable pseudorandom number generator and a register.

Задачей предлагаемого технического решения является уменьшение требуемой емкости блока памяти при формировании двоичных случайных чисел.The objective of the proposed technical solution is to reduce the required capacity of the memory block when generating binary random numbers.

Поставленная задача решается тем, что цифровой имитатор случайных сигналов, содержащий генератор опорной частоты, блок памяти, цифроаналоговый преобразователь, генератор равновероятных псевдослучайных чисел и регистр, дополнительно содержит цифровой компаратор, первый вход которого подключен к выходу генератора равновероятных псевдослучайных чисел, второй вход - к выходу блока памяти, регистр последовательных приближений, тактовый вход которого подключен к третьему выходу генератора опорной частоты, управляющий вход - к выходу цифрового компаратора, а выход параллельно соединен с первым адресным входом блока памяти и входом регистра, и буферный регистр, вход которого подключен к выходу регистра последовательных приближений, а выход - к входу цифроаналогового преобразователя, выход регистра соединен со вторым адресным входом блока памяти, а его тактовый вход - со вторым выходом генератора опорной частоты, тактовый вход генератора равновероятных псевдослучайных чисел подключен к первому выходу генератора опорной частоты, выход буферного регистра является цифровым выходом имитатора, а выход цифроаналогового преобразователя - аналоговым выходом имитатора.The problem is solved in that a digital random signal simulator containing a reference frequency generator, a memory unit, a digital-to-analog converter, an equiprobable pseudorandom number generator and a register further comprises a digital comparator, the first input of which is connected to the output of the equiprobable pseudorandom number generator, the second input is to the output a memory block, a sequential approximation register, the clock input of which is connected to the third output of the reference frequency generator, the control input is connected to the output of the digital comparator, and the output is connected in parallel with the first address input of the memory block and the register input, and a buffer register, the input of which is connected to the register output successive approximations, and the output is to the input of the digital-to-analog converter, the register output is connected to the second address input of the memory block, and its clock input is connected to the second output of the reference frequency generator, the clock input of the equally probable pseudorandom number generator is connected to the first the output of the reference frequency generator, the output of the buffer register is the digital output of the simulator, and the output of the digital-to-analog converter is the analog output of the simulator.

Предлагаемое техническое решение поясняется чертежами.The proposed technical solution is illustrated by drawings.

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 - трехмерные диаграммы матриц переходных вероятностей гауссовского случайного процесса с различными коэффициентами корреляции, на фиг. 3 - их трехмерные диаграммы функций распределения вероятностей гауссовского случайного процесса с различными коэффициентами корреляции, на фиг. 4 - результаты моделирования работы имитатора гауссовского случайного сигнала, на фиг. 5 - слагаемые критерия χ2, а на фиг. 6 - зависимости χ2 от разрядности генератора псевдослучайных чисел.In FIG. 1 shows a structural diagram of the proposed device, in FIG. 2 is three-dimensional diagrams of the transition probability matrices of a Gaussian random process with different correlation coefficients, FIG. 3 is their three-dimensional diagrams of the probability distribution functions of a Gaussian random process with various correlation coefficients, FIG. 4 - simulation results of a Gaussian random signal simulator, FIG. 5 - terms of the criterion χ 2 , and in FIG. 6 - dependence of χ 2 on the bit depth of the pseudo-random number generator.

Генератор опорной частоты (Г) 1 на первом выходе выдает тактовые импульсы (ТИ1), по которым генератор псевдослучайных чисел (ГПСЧ) 2 формирует D-разрядный равновероятный двоичный код, поступающий на первый вход цифрового компаратора (ЦК) 3, с которым сравнивается D-разрядный заранее вычисленный по заданной двумерной плотности вероятностей двоичный код функции распределения вероятностей Fij - марковской модели имитируемого процесса, записанный в блоке памяти (БП) 4. В регистре (РГ) 5 содержится полученное на предыдущем шаге имитации m-разрядное двоичное значение случайного сигнала i, которое записывается в него по тактовому импульсу ТИ2 на втором выходе Г 1. На тактовый вход регистра последовательных приближений (РПП) 6 поступает пачка из (m+1) импульсов ТИ3 с третьего выхода Г 1. Первый из ТИ3 устанавливает в РПП 6 код 10…0, поступающий на первый адресный вход 7 БП 4, при этом на втором адресном входе 8 БП 4 присутствует код i с выхода РГ 5, и на выходе БП 4 появляется D-разрядный двоичный код 9 значения Fij. Коды от ГПСЧ 2 и БП 4 сравниваются в ЦК 3, который формирует управляющий бит для РПП 6. Вторым импульсом ТИ3 от Г 1 в РПП 6 записывается код 110…0, если код на выходе ГПСЧ 2 больше кода на выходе 9 БП 4, в противном случае в РПП 6 формируется код 010…0. Управление осуществляется сигналом с выхода ЦК 3 на управляющем входе РПП 6. Далее процесс повторяется до тех пор, пока предпоследним m-м импульсом ТИ3 будет сформирован младший разряд кода в РПП 6, а затем последним (m+1)-м импульсом ТИ3 m-разрядный код j из РПП 6 записывается в регистр РГ 5 и в буферный регистр БР 10, образуя код имитируемого псевдослучайного числа. Выходной код БР 10 передается на вход цифроаналогового преобразователя ЦАП 11 и на цифровой выход имитатора 12, выходное аналоговое напряжение ЦАП 11 подается на аналоговый выход имитатора 13. После следующего импульса ТИ1 процесс повторяется.The reference frequency generator (G) 1 at the first output generates clock pulses (TI1), according to which the pseudorandom number generator (PRNG) 2 generates a D-bit equiprobable binary code received at the first input of a digital comparator (CC) 3, with which D- the binary code of the probability distribution function F ij , a Markov model of the simulated process, recorded in the memory unit 4. pre-calculated from the given two-dimensional probability density 4. The register (WG) 5 contains the m-bit binary value of the random signal i obtained at the previous simulation step , which is written to it by the clock pulse TI2 at the second output of G 1. At the clock input of the register of successive approximations (RPP) 6, a packet of (m + 1) pulses of TI3 from the third output of G 1 is received. The first of TI3 sets code 10 in RPP 6 ... 0, arriving at the first address input 7 of BP 4, while at the second address input 8 of BP 4 there is a code i from the output of WP 5, and at the output of BP 4 a D-bit double appears Decimal code 9 of the value F ij . Codes from GPRS 2 and BP 4 are compared in CC 3, which forms the control bit for RPP 6. The second pulse of TI3 from G 1 in RPP 6 is written code 110 ... 0, if the code at the output of PRNG 2 is greater than the code at output 9 of BP 4, Otherwise, in RPP 6, the code 010 ... 0 is generated. The control is carried out by the signal from the output of the CC 3 at the control input of RPP 6. Next, the process is repeated until the least significant m-th pulse of TI3 generates the least significant bit of code in RPP 6, and then the last (m + 1) -th pulse of TI3 m- bit code j from RPP 6 is written into the register of WP 5 and into the buffer register of BR 10, forming a code of a simulated pseudo-random number. The output code of the BR 10 is transmitted to the input of the digital-to-analog converter of the DAC 11 and to the digital output of the simulator 12, the output analog voltage of the DAC 11 is supplied to the analog output of the simulator 13. After the next pulse T1, the process is repeated.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

На основе заданной двумерной плотности вероятностей w(x1, х2) имитируемого сигнала формируется однородная марковская модель [6-8], описываемая матрицей переходных вероятностейBased on a given two-dimensional probability density w (x 1 , x 2 ) of the simulated signal, a homogeneous Markov model is formed [6-8], described by a matrix of transition probabilities

Figure 00000001
Figure 00000001

где Pij - вероятность перехода дискретного сигнала от значения zn=i,where P ij is the probability of a discrete signal transition from the value z n = i,

Figure 00000002
М=2m (m- число разрядов двоичного кода отсчета) в момент времени tn к значению zn+1=j,
Figure 00000003
в следующий момент времени tn+1; n - номер отсчета имитируемого сигнала.
Figure 00000002
M = 2 m (m is the number of bits of the binary reference code) at time t n to the value z n + 1 = j,
Figure 00000003
at the next time t n + 1 ; n is the reference number of the simulated signal.

На основе матрицы переходных вероятностей [Pij] (1) формируется матрица двумерной функции распределения вероятностейBased on the transition probability matrix [P ij ] (1), a matrix of a two-dimensional probability distribution function is formed

Figure 00000004
Figure 00000004

Для стационарного гауссовского случайного процесса x(t), рассматриваемого в моменты времени t1, t2, двумерная плотность вероятностей имеет вид [8]For a stationary Gaussian random process x (t), considered at time t 1 , t 2 , the two-dimensional probability density has the form [8]

Figure 00000005
Figure 00000005

где хср - среднее значение, σ2 - дисперсия,

Figure 00000006
- коэффициент корреляции процесса x(t).where x cf is the average value, σ 2 is the variance,
Figure 00000006
is the correlation coefficient of the process x (t).

Если выбирать шаг квантования по уровню d=(6÷10)σ/М и значения уровней квантованияIf we choose the quantization step in terms of the level d = (6 ÷ 10) σ / M and the values of the quantization levels

Figure 00000007
Figure 00000007

то для переходных вероятностей получимthen for transition probabilities we get

Figure 00000008
Figure 00000008

Матрицы [Pij] и [Fij] удобно представить графически в трехмерных координатах. Для рассмотренного двумерного гауссовского распределения при xcp=0, σ=1, М=32 (m=5) и различных коэффициентах корреляции r диаграммы [Pij] показаны на фиг. 2, а диаграммы [Fij] - на фиг. 3. Для фиг. 2а и 3а коэффициент корреляции равен 0, для фиг. 2б и 3б коэффициент корреляции равен 0,8, для фиг. 2в и 3в коэффициент корреляции равен - 0,8.The matrices [P ij ] and [F ij ] are conveniently represented graphically in three-dimensional coordinates. For the considered two-dimensional Gaussian distribution with x cp = 0, σ = 1, M = 32 (m = 5) and various correlation coefficients r of the diagram [P ij ] are shown in FIG. 2, and diagrams [F ij ] in FIG. 3. For FIG. 2a and 3a, the correlation coefficient is 0, for FIG. 2b and 3b, the correlation coefficient is 0.8, for FIG. 2c and 3c, the correlation coefficient is 0.8.

Аналогичная марковская модель может быть построена по экспериментальной реализации сигнала достаточно большого объема N. Для оценки Pij определяются числа

Figure 00000009
переходов соседних отсчетов сигнала от zn=i к zn+1=j. Тогда при большом объеме выборки N»М2 получим оценкиA similar Markov model can be constructed from the experimental implementation of a signal of a sufficiently large volume N. To estimate P ij , the numbers
Figure 00000009
transitions of neighboring samples of the signal from z n = i to z n + 1 = j. Then with a large sample size N »M 2 we get the estimates

Figure 00000010
Figure 00000010

Для устранения возможной неопределенности оценок (2) к значениям

Figure 00000009
целесообразно добавить константу, например, 1.To eliminate the possible uncertainty of estimates (2) to the values
Figure 00000009
it is advisable to add a constant, for example, 1.

Вероятности Fij при любом i с ростом j меняются в пределах от Fi1=0 до FiM=1. Каждое значение Fij представляется двоичным D-разрядным кодом Gij=dD-1dD-2 … d0 (от 00…0 до 11…1) и записывается в блок памяти в D-разрядные ячейки с адресами A=i2m+j А=i⋅2m+j (где m - разрядность выходных отсчетов имитатора).The probabilities F ij for any i with increasing j vary from F i1 = 0 to F iM = 1. Each value of F ij is represented by a binary D-bit code G ij = d D-1 d D-2 ... d 0 (from 00 ... 0 to 11 ... 1) and is written to the memory block in D-bit cells with addresses A = i2 m + j A = i⋅2 m + j (where m is the width of the output samples of the simulator).

Источник равновероятных случайных (псевдослучайных) чисел ГПСЧ 2 может быть реализован в виде шумового генератора [1], или, например, в виде генератора M-последовательности [2] на базе многоразрядного регистра сдвига. Он формирует двоичные D-разрядные коды U=uD-1 и uD-2 … u0. При разрядности регистра сдвига R=43 период М-последовательности равен 2R-1=8,796⋅1012, а при R=6l уже 2R-1=2,306⋅1018, что вполне достаточно для формирования реализаций случайного сигнала большой длительности. Если используется шумовой генератор, то имитатор будет формировать «истинно» случайные числа.The source of equally probable random (pseudo-random) numbers of PRNG 2 can be implemented as a noise generator [1], or, for example, as an M-sequence generator [2] based on a multi-bit shift register. It generates binary D-bit codes U = u D-1 and u D-2 ... u 0 . With a shift register width of R = 43, the period of the M-sequence is 2 R -1 = 8.796⋅10 12 , and at R = 6l it is already 2 R -1 = 2.306⋅10 18 , which is quite enough for the formation of realizations of a random signal of long duration. If a noise generator is used, the simulator will generate “truly” random numbers.

По тактовому импульсу ТИ1 ГПСЧ 2 формирует код U=uD-1 uD-2 u0, поступающий на первый вход ЦК 3. В регистре РГ 5 записано значение i отсчета, полученное на предыдущем цикле работы имитатора (его начальное состояние может быть любым). После ТИ1 первым импульсом ТИ3 в РПП записывается код 10…0 (среднее значение m-разрядного кода отсчета j) и из блока памяти БП 4 на его выходе 9 появляется код Gij=dD-1dD-2 … d0, поступающий на второй вход ЦК 3. Цифровой компаратор ЦК 3 является вычитателем двоичных кодов. Если в БП 4 записать дополнительные коды чисел Gij, то в качестве ЦК 3 можно использовать двоичный сумматор.According to the clock pulse TI1 GPRS 2 generates the code U = uD-1 uD-2... u0received at the first input of the CC 3. In the register of the WP 5 is recorded the value of i reference obtained at the previous cycle of the simulator (its initial state can be any). After TI1, the first pulse of TI3 in the RPP records the code 10 ... 0 (the average value of the m-bit reference code j) and from the memory block BP 4 at its output 9 appears the code Gij= dD-1dD-2 ... d0received at the second input of the CC 3. The digital comparator of the CC 3 is a binary code subtractor. If in BP 4 write additional codes of numbers Gij, then as a CC 3, you can use a binary adder.

Знаковый разряд ЦК 3 управляет работой РПП 6. Если код U от ГПСЧ 2 больше кода Gij=dD-1dD-2 d0, то вторым импульсом ТИ3 в РПП 6 записывается код 110…0, а иначе код 010…0. Далее процесс продолжается аналогично, пока в РПП 6 после m импульсов ТИ3 не сформируется m-разрядный коду.Sign digit CK 3 controls the operation of the RPP 6. If the U code from the PRNG 2 is greater than the G codeij= dD-1dD-2... d0, then the second pulse TI3 in RPP 6 records the code 110 ... 0, otherwise the code 010 ... 0. Further, the process continues in a similar fashion until m-bit code is formed in RPM 6 after m pulses of TI3.

Регистр последовательных приближений описан в [9]. На его основе строятся аналого-цифровые преобразователи последовательных приближений, что на практике может быть реализовано применением отдельной интегральной схемы РПП К155ИР17.The register of successive approximations is described in [9]. Based on it, analog-to-digital converters of successive approximations are constructed, which in practice can be implemented using a separate integrated circuit RPP K155IR17.

Тактовым импульсом ТИ2 полученный в РПП 6 код j записывается в регистр РГ 5, становясь предшествующим отсчетом i, и в буферный регистр БР 10, с выхода которого отсчеты случайного сигнала выдаются на цифровой выход 12, а через ЦАП 11 - на аналоговый выход 13.With a TI2 clock pulse, the code j received in RPP 6 is recorded in the RG 5 register, becoming the previous sample i, and in the BR 10 buffer register, from the output of which random signal samples are output to digital output 12, and through DAC 11 to analog output 13.

С целью проверки работоспособности и эффективности предложенного генератора было проведено моделирование его работы при формировании отсчетов случайного гауссовского сигнала с параметрами хср=0, σ=1, М=32 и коэффициентом корреляции между двумя соседними отсчетами r=0,8. На фиг.2б и 3б приведена марковская модель моделируемого процесса: трехмерные диаграммы матрицы переходных вероятностей Pij и функции распределения вероятностей Fij. На фиг. 4а показана сгенерированная имитатором временная диаграмма отсчетов сигнала xn (где n - номер отсчета), на фиг. 4б - гистограмма сгенерированной выборки (где также пунктиром изображена соответствующая теоретическая плотность вероятности гауссовского распределения), а на фиг. 4в - зависимость коэффициента корреляции rk=〈x(t1)x(tk)〉 от смещения отсчетов k (где пунктиром нанесена теоретическая зависимость rk).In order to check the operability and efficiency of the proposed generator, its operation was simulated when generating samples of a random Gaussian signal with parameters x cp = 0, σ = 1, M = 32 and a correlation coefficient between two adjacent samples r = 0.8. On figb and 3b shows the Markov model of the simulated process: three-dimensional diagrams of the matrix of transition probabilities P ij and probability distribution functions F ij . In FIG. 4a shows the time diagram of the signal samples x n generated by the simulator (where n is the reference number), in FIG. 4b is a histogram of the generated sample (where also the dotted line shows the corresponding theoretical probability density of the Gaussian distribution), and in FIG. 4c shows the dependence of the correlation coefficient r k = 〈x (t 1 ) x (t k )〉 on the offset of the samples k (where the theoretical dependence r k is plotted in dashed lines).

При заданной разрядности m имитируемых случайных чисел точность вероятностных характеристик зависит от разрядности D кодов Gij=dD-1dD-2 d0 и U=uD-1uD-2 u0. Для количественной оценки точности имитации вероятностных характеристик воспользуемся критерием согласия χ2 (Пирсона) [10]:For a given bit depth m of simulated random numbers, the accuracy of the probability characteristics depends on the bit depth D of the codes Gij= dD-1dD-2... d0 and U = uD-1uD-2... u0. To quantify the accuracy of the simulation of probability characteristics, we use the agreement criterion χ2 (Pearson) [10]:

Figure 00000011
Figure 00000011

гдеWhere

Figure 00000012
Figure 00000012

nk - число значений xk=k отсчетов в выборке объема N (ее гистограмма),n k is the number of values x k = k samples in a sample of volume N (its histogram),

Pk - теоретическое значение вероятности появления xk (одномерное распределение вероятностей). Величины wk (3) характеризуют отклонение гистограммы от теоретического значения для k-го значения отсчета. На фиг. 5 показаны полученные в результате статистического имитационного моделирования зависимости wk от (k-1) при М=64, N=220≈106 и различной разрядности D кода значений Fij. Фиг. 5а соответствует D=11 (χ2=219), фиг. 5б - D=14(χ2=71). Как видно, wk увеличиваются в области маловероятных значений и уменьшаются с ростом D.P k - theoretical value of the probability of occurrence x k (one-dimensional probability distribution). Values w k (3) characterize the deviation of the histogram from the theoretical value for the k-th value of the reference. In FIG. Figure 5 shows the dependences of w k obtained as a result of statistical simulation for (k-1) at M = 64, N = 2 20 ≈10 6 and different bit depths D of the code of values F ij . FIG. 5a corresponds to D = 11 (χ 2 = 219), FIG. 5b - D = 14 (χ 2 = 71). As can be seen, w k increase in the region of unlikely values and decrease with increasing D.

Величина χ2 характеризует достоверность гипотезы о соответствии эмпирической оценки вероятностей заданному распределению. При заданной значимости а критерия Найквиста вычисляется граничное значение

Figure 00000013
и, если
Figure 00000014
то эмпирическое распределение вероятностей соответствует теоретическому.The value of χ 2 characterizes the reliability of the hypothesis about the correspondence of the empirical estimates of probabilities to a given distribution. For a given value a of the Nyquist criterion, the boundary value is calculated
Figure 00000013
and if
Figure 00000014
then the empirical probability distribution corresponds to the theoretical one.

На фиг. 6 сплошными линиями представлены зависимости χ2 от D при М=26=64 (фиг. 6а) и М=28=256 (фиг.6б). Здесь же пунктиром при значимости α=0,01 отмечены величины

Figure 00000015
соответственно. При М=210=1024 значение
Figure 00000016
достигается уже при D=11. Таким образом, при m=6 необходимо выбрать D=14, при m=8-D=13, а при m=10-D=11, соответственно. При m≥16 можно принять D=m.In FIG. 6, solid lines show the dependences of χ 2 on D at M = 2 6 = 64 (Fig. 6a) and M = 2 8 = 256 (Fig. 6b). Here, the dashed lines with significance α = 0.01 indicate the values
Figure 00000015
respectively. With M = 2 10 = 1024, the value
Figure 00000016
achieved already at D = 11. Thus, for m = 6, it is necessary to choose D = 14, for m = 8-D = 13, and for m = 10-D = 11, respectively. When m≥16, you can take D = m.

Для хранения кодов Gij=dD-1dD-2 d0 в предлагаемом имитаторе необходим объем блока памяти БП V1=22m D бит. В свою очередь, для реализации прототипа изобретения [5] необходим объем памяти БП V2=2m+D m бит. Таким образом, величина V2/V1 характеризует выигрыш в емкости блока памяти в предлагаемом техническом решении по сравнению с прототипом. Указанные величины приведены в таблице.For storing G codesij= dD-1dD-2... d0 in the proposed simulator, the volume of the PSU memory block is V1 = 22m D bit. In turn, for the implementation of the prototype of the invention [5] the required amount of memory PSU V2 = 2m + D m bits. Thus, the value V2 / V1 characterizes the gain in capacity of the memory block in the proposed technical solution compared to the prototype. The indicated values are given in the table.

Figure 00000017
Figure 00000017

Из полученных результатов следует, что предлагаемый имитатор с высокой точностью формирует случайный сигнал, двумерные статистические свойства которого определяются заданной марковской моделью, и при m≤10 обеспечивает значительный выигрыш в требуемом объеме блока памяти.From the obtained results it follows that the proposed simulator with high accuracy generates a random signal whose two-dimensional statistical properties are determined by a given Markov model, and for m≤10 it provides a significant gain in the required volume of the memory block.

ЛитератураLiterature

1. Семенов А.А., Усанов Д.А. Цифровой генератор хаотического сигнала // Патент №2472286, МПК Н03В 29/00 от 10.01.2013; заявка №2011134962/08 от 19.08.2011.1. Semenov A.A., Usanov D.A. Digital chaotic signal generator // Patent No. 2472286, IPC Н03В 29/00 dated 01/10/2013; Application No. 20111134962/08 of 08.19.2011.

2. Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. - М.: Радио и связь, 1985. - 384 с.2. Varakin L.E. Communication systems with noise-like signals. - M .: Radio and communications, 1985 .-- 384 p.

3. Ермаков В.Ф., Гудзовская В.А. Датчик случайных чисел с равномерным распределением // Патент №2103725, МПК G06F 7/58 от 27.01.1998; заявка №94042350/09 от 23.11.1994.3. Ermakov V.F., Gudzovskaya V.A. The random number sensor with uniform distribution // Patent No. 2103725, IPC G06F 7/58 of 01/27/1998; application No. 94042350/09 of 11.23.1994.

4. Проселков Л.С., Кравченко А.Н. Имитатор радиосигналов // Патент №2207586, МПК G01S 7/02 от 27.06.2003; заявка №2001102761/09 от 30.01.2001.4. Proselkov L.S., Kravchenko A.N. Radio signal simulator // Patent No. 2207586, IPC G01S 7/02 of 06/27/2003; application No. 2001102761/09 of 01.30.2001.

5. Глушков А.Н., Калинин М.Ю., Литвиненко В.П., Литвиненко Ю.В. Цифровой имитатор случайных сигналов // Патент №2690780, МПК G06F 7/58, Н03В 29/00, G01S 7/02 от 05.06.2019; заявка №2018123052 от 25.06.2018.5. Glushkov A.N., Kalinin M.Yu., Litvinenko V.P., Litvinenko Yu.V. Digital simulator of random signals // Patent No. 2690780, IPC G06F 7/58, Н03В 29/00, G01S 7/02 dated 05/05/2019; Application No. 2018123052 dated 06/25/2018.

6. Дынкин Е.Б. Марковские процессы. - М.: Физматлит, 1963. - 860 с.6. Dynkin E.B. Markov processes. - M .: Fizmatlit, 1963 .-- 860 p.

7. Казаков В.А. Введение в теорию марковских процессов и некоторые радиотехнические задачи. - М.: Сов. Радио, 1973. - 232 с.7. Kazakov V.A. Introduction to the theory of Markov processes and some radio engineering problems. - M .: Owls. Radio, 1973.- 232 p.

8. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. - М.: Наука, 1969. - 576 с.8. Ventzel E.S. Probability theory. - M .: Nauka, 1969 .-- 576 p.

9. Лехин С.Н. Схемотехника ЭВМ. - СПб.: БХВ-Петербург, 2010. - 672 с.9. Lekhin S.N. Computer circuitry. - SPb .: BHV-Petersburg, 2010 .-- 672 p.

10. Кендалл М., СтьюартА. Статистические выводы и связи. - М.: Наука, 1973. - 900 с.10. Kendall M., Stuart A. Statistical conclusions and relationships. - M .: Nauka, 1973. - 900 p.

Claims (1)

Цифровой имитатор случайных сигналов, содержащий генератор опорной частоты, блок памяти, цифроаналоговый преобразователь, генератор равновероятных псевдослучайных чисел и регистр, дополнительно содержит цифровой компаратор, первый вход которого подключен к выходу генератора равновероятных псевдослучайных чисел, второй вход - к выходу блока памяти, регистр последовательных приближений, тактовый вход которого подключен к третьему выходу генератора опорной частоты, управляющий вход - к выходу цифрового компаратора, а выход параллельно соединен с первым адресным входом блока памяти и входом регистра, и буферный регистр, вход которого подключен к выходу регистра последовательных приближений, а выход - к входу цифроаналогового преобразователя, выход регистра соединен со вторым адресным входом блока памяти, а его тактовый вход - со вторым выходом генератора опорной частоты, тактовый вход генератора равновероятных псевдослучайных чисел подключен к первому выходу генератора опорной частоты, выход буферного регистра является цифровым выходом имитатора, а выход цифроаналогового преобразователя - аналоговым выходом имитатора.A digital random signal simulator containing a reference frequency generator, a memory unit, a digital-to-analog converter, an equiprobable pseudorandom number generator and a register, further comprises a digital comparator, the first input of which is connected to the output of an equiprobable pseudorandom number, the second input is to the output of a memory block, a sequence approximation register , the clock input of which is connected to the third output of the reference frequency generator, the control input is connected to the output of the digital comparator, and the output is connected in parallel with the first address input of the memory block and the register input, and the buffer register, the input of which is connected to the output of the sequential approximation register, and the output is to the input of the digital-analog converter, the register output is connected to the second address input of the memory unit, and its clock input is connected to the second output of the reference frequency generator, the clock input of the equally probable pseudorandom number generator is connected to the first output of the reference frequency generator, output The buffer register is the digital output of the simulator, and the output of the digital-to-analog converter is the analog output of the simulator.
RU2019132780A 2019-10-15 2019-10-15 Digital simulator of random signals RU2722001C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019132780A RU2722001C1 (en) 2019-10-15 2019-10-15 Digital simulator of random signals

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019132780A RU2722001C1 (en) 2019-10-15 2019-10-15 Digital simulator of random signals

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2722001C1 true RU2722001C1 (en) 2020-05-25

Family

ID=70803395

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019132780A RU2722001C1 (en) 2019-10-15 2019-10-15 Digital simulator of random signals

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2722001C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1503060A1 (en) * 1987-04-22 1989-08-23 Куйбышевский авиационный институт им.акад.С.П.Королева Variable-frequency pulser
US6567017B2 (en) * 1999-12-30 2003-05-20 Morphics Technology, Inc. Configurable code generator system for spread spectrum applications
RU2472286C1 (en) * 2011-08-19 2013-01-10 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Саратовский Государственный Университет Имени Н.Г. Чернышевского" Digital generator of chaotic signal
RU171427U1 (en) * 2016-10-31 2017-05-31 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова" Radar control system simulator

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1503060A1 (en) * 1987-04-22 1989-08-23 Куйбышевский авиационный институт им.акад.С.П.Королева Variable-frequency pulser
US6567017B2 (en) * 1999-12-30 2003-05-20 Morphics Technology, Inc. Configurable code generator system for spread spectrum applications
RU2472286C1 (en) * 2011-08-19 2013-01-10 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Саратовский Государственный Университет Имени Н.Г. Чернышевского" Digital generator of chaotic signal
RU171427U1 (en) * 2016-10-31 2017-05-31 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова" Radar control system simulator

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Albeverio et al. Memory retrieval as a p-adic dynamical system
US8471750B2 (en) System and method for compressive sensing
Petrie et al. Modeling and simulation of oscillator-based random number generators
Yenduri et al. A low-power compressive sampling time-based analog-to-digital converter
EP1320026A1 (en) Method for generating a random number sequence and a relative random bit generator
RU2722001C1 (en) Digital simulator of random signals
RU2690780C1 (en) Digital simulator of random signals
González et al. A mechanism for randomness
RU2718417C1 (en) Digital simulator of random signals
Godfrey et al. Input-transducer errors in binary crosscorrelation experiments
Chernoyarov et al. The high-speed random number generator with the specified two-dimensional probability distribution
US7209885B1 (en) Compressed code generating method and compressed code decompressing method
RU2669506C1 (en) Method of transmission complication of non-linear recurrent sequences in the form of codes of quadratic residues existing in simple galois fields gf(p) and device for its implementation
US7263470B2 (en) Digital gaussian noise simulator
Kolesov et al. The information technologies on dynamic chaos for telecommunication, radar and navigation systems
Chernoyarov et al. The digital random signal simulator
Weiermann Phase transitions for Gödel incompleteness
Chernoyarov et al. Random Signal Digital Simulator Based on Its Double Chain Markov Model.
Hunter et al. Characterization of nonlinear input-output systems using time series analysis
Suárez et al. Chaotic and stochastic phenomena in systems with non-invertible non-linearities
KR20220153244A (en) Normalization Method of Analog-to-Stochastic Converter
López-Hernández et al. Digital implementation of a pseudo-random noise generator using chaotic maps
Shu et al. Performance evaluation of a random number generation using a beta encoder
RU2261525C1 (en) Random-length pulse generator
Suman Performance analysis of LMS filter using barker and chaotic sequences for radar target detection