DE2361105C3 - Impuls-Generator - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Generator zur Erzeugung von Rechteckimpulsen unterschiedlicher Impulshöhe, insbesondere Schaltungsanordnung zur serienweisen Erzeugung von Impulsketten auf nichtiterative Weise unter Verwendung einer vorgewählten Walsh-Funktion.

Es ist bekannt, daß die Walsh-Funktionen, welche Lösungen einer endlichen Differentialgleichung darstellen, ihre Besonderheit darin haben, daß sie sich durch einen geeigneten Algorithmus für eine exakte Gegenüberstellung mit Binärzahlen eignen, welche einer bestimmten Ordnung der Walsh-Funktion entsprechen.

In der Übertragungstechnik und in der Aufbereitung elektrischer Signale lassen sich in vorteilhafter Weise Walsh-Funktionen enthaltende Impulsketten verwenden, insbesondere wenn sie an Stelle eines sinusförmigen Trägers einem physikalischen Träger für die Informationsüberrnittlung aufmoduliert bzw. aufgebracht werden, da die Walsh-Funktionen Eigenschaften besitzen, wodurch Übertragungssysteme und Schaltungsanordnungen zum Aufbereiten der übertragenen Signale vereinfacht werden können.

Walsh-Funktionen erzeugende Schaltungsanordnungen sind hinreichend bekannt. Ihre Schaltungstechnik basiert darauf, daß diese Funktion auf iterative Weise gewonnen wird, d. h., die Erzeugung der n-ten Funktion erfordert zuvor die Erzeugung der vorhergegangenen η — - Funktionen und deren Abspeicherung. Dies vergrößert nicht nur die Operationsgeschwindigkeit, sondern vergrößert und verteuert auch den Schaltungsaufwand.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, die unter Meidung dieser Nachao teile Walsh-Funktionen beliebiger Ordnung serienweise und auf nichtiterative Weise und Reihenfolge erzeugt und verarbeitet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein kombinatorisches Netzwerk vorgesehen ist, welches den für die Bildung und Aufbereitung von diese Funktion symbolisch darstellenden logischen Wertgruppen im Verhältnis zu der in Binärzahlen dargestellten Ordnung der ausgesuchten Funktion eigentümlichen symmetrischen oder asymmeu iijhen Kennwerte ermittelt.

An Hand eines Ausführungsbeispiels ist die Erfindung in der Zeichnung dargestellt und im Nachfolgenden erläutert; in der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine graphische Darstellung der Walsh-Funktionen während einer Grund-Einheitsperiode 7 und ihre Gegenüberstellung mit der jeweiligen Ordnung der Funktion in binärer und dezimaler Gruppendarstellung sowie mit der symbolischen Darstellung dieser Funktion,

F i g. 2 ein Blockschaltbild der Schaltungsanordnung nach der Erfindung,

F i g. 3 eine die Wirkungsweise der Regeleinheiten UD1 und UD 2 in F i g. 2 erläuternde Tafel, F i g. 4 die Schaltungsanordnung des kombinatorischen Netzwerkes RCl gemäß Fi g. 2,

F i g. 5 eine die Signalumwandlung in einem Teil des Netzwerkes RC1 gemäß F i g. 1 und 4 erläuternde Tafel.

Es ist bekannt, daß Walsh-Funktionen an Hand ihrer Serie bzw. ihres Grades (Spalte I in F i g. 1) definiert werden; diese Funktionen sind hinsichtlich ihrer numerischen Darstellung vielfach untersucht worden, und eine Vielzahl von Algorithmen sind zu diesem Zweck vorgeschlagen worden. Der hier angenommene und realisierte Algorithmus ist in dem Bericht von J. S. Byrnes und D. A. Swick, »Instant Walsh Functions« in SIAM Review, Band 12, Nr. 1, Januai 1970, S. 131, vorgeschlagen worden. Er beginnt mil der Binärdarstellung der Dezimalzahlen für die Ordnung einer Funktion (Sp. II in Fig. 1). Diese Binärzahlen können mit einer symbolischen Darstellung unter Einbeziehung des erwähnten Algorithmus vereinigt werden.

Definiert man die zeitliche Walsh-Funktion 0. Ordnung durch w_o(t) = 1, so kann die Ordnungszahl nj>l in binärer Form wie folgt geschrieben werden:

η = 1-2*4- β_Α__α2*-ι+ ...Q₁I¹ + α_ϋ2\ (I)

die höchste Ordnung von 2 in der Binärdarvon π darstellt, und a_k .,... a₀, die den Wert 1 haben, in entsprechender Reihenfolge die i d Binärzahl für die Ordnung der Funk-

Tiäten
^lOrV rmnd-Einheitsperiode T ist in 2*+i Intervalle

t nt von denen jedes eine zeitliche Länge von mterteilt, von u j

2-(*+i> -T

(II)

urd in welchem w„(i) konstant ist una einen 1 oder -1 annimmt. Im Intervall st wjt) einheitlich und positiv. Im allfür i-A: k- 1 .. 1, 0 die Funktion r_svmmetnscn oder asymmetrisch in bezug auf t₅ Sen Zuordnungspunkt 2"«+» T innerhalb Sh01 2-'Γ, je nachdem, ob _fll = 0 oder Ä diese Weise ist die Funktion _w„(,) in der 2*+> Intervalle innerhalb der Grund-Ein-

ßSÄe Γ ^bestimmt· ^DemzufolS^{e kann} J^ede die symbolischen logischen Werte der Funktion w_n(,)

4.

eingetragen, die jedoch für die praktische Ausführung

keine Bedeutung hat. w_Qi,_lin«

I_n dem in Fi g. 2 wiedergegebenen Schaltungsschema bedeutet TA eine Anschlußleiste, welche die Ordnung der zu gewinnenden Walsh-Funkt.on in einem Binär-Code zugeführt erhält. Der Anschlulikiste können jedoch bei Zuordnung einer geeigneten Codierstufe auch Dezimakahlen zugeführt werden.

Der Schaltkreis UA umfaßt die Recheneinheit unü enthält im einzelnen ein kombinatorisches Netzwerk RC1, welches die der Anschlußleiste ™ ™8^™ Binärzahl (Sp. II in Fig. 1) in die entsprechend, Symboldarstellung (Sp. III in Fi g. 1) jumwände ^owie einen aus einer Anzahl von beispielsweise als t up Flops geschalteten Schaltkreisen 5 besäenden ,pe eher und eine Anzahl elektronischer Schalter 6 durch ein logisches Signal steuerbar sind. We terhm enthält der Schaltkreis UA eine 1 .Rege« ^¹ mit 4 Eingängen und e.nem durch e,n!»eueragnal g

^Steue;^ten ^I⁸³¹¹⁸A ΤΓνοΓεΓη und^ Ausgäben, em ^'^Pj^ÖS'₆ urft Schließlich ent-

stellen:

üie Schallonssaoordniing arbeilel wie folgt _{z B inn} J_er Schaltungsoperauonι wird

dun.1.

denen jedes eine «illicte Länge von A T h.t. Da- _Binära„ _{wird dan}„ de, «J»" «,, da3 _0>=., is- inn.ua,;, des ,„,erva.U {^»^ΪΤΤΙδίΑΊ^Ϊ^

^ h J d*-

«,, da3 _0>=., ;

0... ^Γ die Funkten an, Punkt ^r asymmetrisch,

„ daB das ,weite Intervall die BMmhl 0 und den graphischen Wert - 1 annimmt nadurch. d«B 5, i 1 ist, ist innerhalb des Intervalls 0 ... 2 - Γ die J _{cn 10} „, « B an da» *-« chesd,= „och zu e, t.nvfc ^ (!_ ^^

bo ^'« /°™„ _r \ _a„_Imberei,_c„ und auf ,=-

„ . 0 _ist, ist innerhalb des ,„,er.aUs 0 ... | r die Funküon am Punkt j Γ symmetrisch; der Wer, „,=. , ha, » Folge, da» innerhaib des In.erv* „'... Γ die Funktion am Punk, ' T wiederum .,m_nie

des

in der^a.s.c,-

.„

o SÄ

einheiten UD1 und t/D 2 liefert. Diese Signale, welche die Übertragung eines der 4 Eingangssignale zu den Regeleinheiten bewirken, sind in der Weise vorbestimmt, daß sie eine der 4 möglichen Konfigurationen durch das Signal 1 und 0, z. B. 1-1, 0-0, 0-1, 1 -0 annehmen, von denen jede Konfiguration einer der 4 Walsh-Funktionsordnungen zugeordnet ist, die durch Gruppenbildung der Funktionsordnungen von Γ bis 15 entsprechend dem Wert des Koeffizienten k

die Leitung 31 gegebene Frequenzteilung wirkt die aus den Flip-Flops 5 und den Schaltern 6 zusammengesetzte Kette als dynamischer Speicher mit der Funktion eines in Kaskade arbeitenden Schieberegisters. 5 Die Verschiebung wirkt sich auf alle oder auf eine bestimmte Anzahl der Flip-Flops 5 aus, wobei diese Zahl mit dem Grad der Walsh-Funktion, wie er an der Anschlußleitung TA abgenommen ist, in Beziehung steht. Wählt nämlich die Regelstufe UD 2 auf Grund

In F i g. 3 sind in der Spalte I die Funktionsordnung für vier Gruppen und in den Spalten II und III die für die Leitungen 18, 20 bzw. 19, 21 bestimmten Signale gegenübergestellt.

Das infolge Löschens entstehende Signal am 0-Ausgang des Flip-Flops 7 wird über eine weitere Leitung 22 dem Erregerkreis RE zugeführt.

Das vom zweiten Ausgang des Flip-Flops 7 kom-

in der gemäß der Formel (I) wiedergegebenen Binär- 10 der an ihrem Eingang auf den Leitungen 18 und 19 Darstellung gewonnen werden kann. (Sp. II und III in F i g. 3) vorliegenden Steuersignale

------ - jer Konfiguration »0« bzw. »1« eine der Leitungen

27, 28, 29, 30 (Sp. IV in F i g. 3) aus, so bestimmen die Ausgangssignale auf der Leitung 31 die Dauer 15 der Regelstufe UD1 zuzuführenden Signalgröße; dabei gelangen vier Signalfolgen an die Eingänge der Regelstufe UDl, die über die Leitungen 51, 52, 53, 54 jeweils mit denjenigen Flip-Flops 5 verbunden sind, welche der 2., 4., 8. und 16. Gruppe in der sym-

mende inverte (komplementäre) Signal gelangt über »o bolischen Darstellung der gewünschten Walsh-Funkeine Leitung 23 ebenfalls an den Erregerkreis RE, der tion entsprechen. Auf Grund der auf den Leitungen ein NAND-Gatter darstellt und über eine Leitung 24 20 und 21 vorliegenden Konfiguration »0« bzw. »1« den Flip-Flop 7 setzt, wodurch dieser an seinen Lei- wird die Regelstufe UD1 über eine der vier Leitungen tungen 9 und 22 ein »U-Signal erzeugt. 51, 52, 53, 54 (Sp. V in Fig. 3) auf Durchgang für

Erst bei Betätigung eines Schaltknopfes 25 wird der 25 die der gewünschten Walsh-Funktion entsprecherden Schaltungsanordnung das zugeordnete Synchronisier- Sequenz geschaltet. Am Ausgang 55 dieser Stufe UD1 signal geliefert. Dieses Signal gelangt über eine Lei- erscheint die gewünschte Walsh-Funktion in der Weitung 26 zum Frequenzteiler DF, an dessen Ausgangs- lcnform, wie sie in Sp. IV der Fi g. 1 dargestellt ist. leitungen 27, 28, 29, 30 Frequenzteilungen von 1:1, Der Ausgang 55 dieser Stufe ist über eine Leitung 50 1:2, 1:4, 1:8 vorliegen. Eine der Ausgangsfre- 3° als Rückführungsschleife für die Registerverschiebung quenzen des Frequenzteilers DF wird von der Regel- mit dem Eingang des Schalters 6 A verbunden, stufe UD 2 in Abhängigkeit von dem auf deren Ein- F i g. 4 zeigt in Verbindung mit der Tafel in

gangsleitungen 18 und 19 vorliegenden Steuersignal F i g. 5 den Aufbau des Netzwerkes RC1. ausgewählt. Die vier möglichen Kombinationen des Dieses Netzwerk setzt sich im wesentlichen aus zwei

»0«-und »1 «-Zustandesauf den Leitungen 18 und 19 35 Schaltgruppen zusammen, nämlich aus einem Umbestimmen nämlich den Frequenzdurchgang über die setzer TP und aus einem algorithmischen Codierer Leitungen 27, 28, 29 und 30, wie dies schematisch in CA. Der Umsetzer TP hat die Aufgabe, die wichden Spalten II, III und IV der F i g. 3 veranschaulicht tigste, an der Anschlußleiste eingesetzte Zifferngruppe ist. mit dem höchsten Binär-Grad (im Ausführungsbei-

Die von der Regelstufe UD 2 ausgewählte Frequenz 4° spiel den 4. Grad) zu vereinigen und die Gruppen mit wird über eine Leitung 31 allen Flip-Flops 5 übertra- niedrigerem Grad entsprechend zurückzustellen. So gen und schafft dort die geeignete Synchronisation. wird beispielsweise die Binärzahl 0101 in 101 ge-Der Synchronisierimpuls bewirkt die Durchschaltung ändert. Dabei ist die letzte Stelle im Hinblick auf die der vom Netzwerk RCl gelieferten Signale an den Signalaufnahme für das Lesen unbedeutend. Die Tafel Eingang 103, der Flip-Flops 5 zu deren Ausgän- 45 in F i g. 5 veranschaulicht schematisch den allgemeingen 102. sten Fall einer solchen Verschiebung. So zeigt bei-

Das durch den Schaltknopf 25 gesetzte Synchroni- spielsweise die dritte Zeile in dieser Tafel, daß für siersignal wird außerdem über eine Leitung 48 der die Walsh-Funktionen zwischen 4 und 7 die erste Verzögerungsleitung LR und von dieser über eine Stelle, die ersichtlich den Wert 1 hat, dem Wert von Leitung 49 dem Flip-Flop 7 zugeführt, so daß dieser 50 a₂, die zweite Stelle dem Wert α, und die dritte Stelle ein auf der Leitung 24 bereits vorliegendes »1 «-Signal dem Wert von a₀ entspricht. Die so aufbereiteter zu den mit den Leitungen 9 und 22 verbundenen Aus- Signale lesen sich α/, α,', O₁', α₀' und stehen für die gangen durchschaltet. erste, zweite, dritte und vierte Stelle.

Die Zeitkonstante der Verzögerungsleitung LR Um die Verschiebung durchzuführen, arbeitet dei

muß so bemessen sein, daß der Durchgang des 55 Umsetzer TP nach den folgenden Booleschen Glei »1 «-Signals unmittelbar im Anschluß daran erfolgt, chungen: sobald an den Flip-Flops 5 durch Auslösung der Syn- , _ .

chronisiersignale über die Leitung 31 die an deren ^a

Eingang 103 vorliegenden Signale durchgeschaltet worden sind. 6

Ein auf der Leitung 9 vorliegendes »1 «-Signal beginnt mit Ausnahme eines am Anfang der Kette angeschlossenen Schalters 6 A sämtliche Schalter 6 in die Schaltstellung/}, in der sie zur Durchschaltung der

Ausgänge 102 mit den Eingängen 103 des jeweils 65 haben die folgenden logischen Bedeutungen: nachfolgenden Flip-Flops 5 vorbereitet werden.

Durch die Konstanz des »1 «-Signals auf der Lei- das Zeichen + bedeutet die logische Operatic

tung9 und durch die vom Synchronisiersignal über (ODER)

= α.

η, = ο, · ο,

Die in diesen Gleichungen verwendeten Indizc

das Zeichen · bedeutet die logische Operation (UND)

der Index ~ bedeutet die logische Operation (NEIN)

entsprechend der bekannten Symbole in der Booleschen Schaltungsalgebra.

Die Realisierung dieser Gleichungen in Verknüpfungsschaltungen ist an sich bekannt.

Der Codierer CA hat die Funktion einer Codierung in symbolischer Darstellung, beginnend mit den Binär-Werten a₀', a,', a₂', a_a' der vorgewählten Walsh-Funktion, wie sie F i g. 1 erläutert.

Im Codierer CA bedeuten 56 einen Umsetzer (Inverter) und 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70 logische ODER-Gatter, von denen letztere ausschließlich die Schaltfunktion »ODER« durchführen und die zwei Eingänge und einen Ausgang aufweisen, wobei am Ausgang beispielsweise der Wert »1« erscheint, wenn sich der eine Eingang im Zustand »1« und der andere Eingang im Zustand »0« befindet, andernfalls am Ausgang der Wert »0« erscheint.

Das Signal von a₃' auf der Leitung 32 besitzt immer den Wert »1« und erzeugt durch den Umsetzer 56 auf der Leitung 33 den Wert »0«. Folglich erscheinen die Signale»!« bzw. »0« entsprechend den ersten Zeitwerten symbolisch dargestellten Walsh-Funktion beliebigen Grades (Sp. III in F i g. 1) immer an den Leitungen 32 und 33.

Diese Signale gelangen über die Leitungen 71 und 72 auch an jeweils einen Eingang der Gatter 58 und 57, deren andere Eingänge über die Leitung 73 den Wert α,' erhalten.

Der Ausgang 34 des Gatters 57 hat den Wert »1« oder »0«, je nachdem, ob A^ »1« oder >0« ist. Der Ausgang 35 des Gatters 58 hat den Wert »0« oder »1«. Folglich erscheinen auf den Leitungen 32, 33, 34 und 35 die ersten vier Werte der symbolisch dargestellten Walsh-Funktion entsprechend Sp. III in Fig. 1.

In üblicher Weise wird der 5., 6., 7. und 8. Wert der Walsh-Funktion an den ODER-Gattern 59, 60, 61 und 62 erzeugt. Entsprechend erscheinen die 9. bis

16. Werte der Walsh-Funktionen an den Leitungen 40 bis 47 unter Aufbereitung durch die Gatter 63 bis 70.

Auf diese Weise realisiert der algorithmische Codierer CA durch die in ihm enthaltenen ODER-Gat-

ao ter und Schaltungsverbindungen in physikalischexakter Weise jede theoretisch gewonnene logische Aussageverknüpfung symmetrischer oder asymmetrischer Art.
Diese Aussageverknüpfungen sind die Grundlag«

»5 für die Erzeugung der Schaltfunktionen, welche nacr der Erfindung beliebiger Ordnung sein können und ii Serie und auf nichtiterative Weise ohne Rückgrif auf Funktionen niedrigerer Ordnung gewonnen wer den können.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

509 644/2

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Generator zur Erzeugung von Rechteckimpulsen unterschiedlicher Impulshöhe, insbesondere Schaltungsanordnung zur serienweisen Erzeugung von Impulsketten auf nichtiterative Weise unter Verwendung einer vorgewählten Walsh-Funktion, dadurch gekennzeichnet, daß ein kombinatorisches Netzwerk (RC I) vorgesehen ist, welches die für die Bildung und Aufbereitung von diese Funktion symbolisch darstellenden logischen Wertegruppen im Verhältnis zu der in Binärzahlen dargestellten Ordnung der ausgesuchten Funktion eigentümlichen symmetrischen oder asymmetrischer. Kennwerte ermittelt.

2. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Netzwerk (RCl) einen Umsetzer (TP) enthält, der die Binärgrößen derart umwandelt, daß entsprechend des höchsten Binärgrades und der sich ergebenden Verschiebung der nachfolgenden Binärziffern die wichtigste eingegebene Binärziffer beibehalten wird.

3. Generator nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet daß ein als dynamischer Speicher wirkendes Umlaufregister (5, 6) zum zyklischen Reproduzieren der die ausgesuchte Funktion charakterisierenden Impulskette vorgesehen ist und mit einer Regelstufe (UD 1) verbunden ist, welche allen Teilen des Umlaufregisters (Speicherschaltkreis 5 bzw. elektronischer Schalter 6) diejenigen Signale abnimmt, die für die Erzeugung von Impulsketten in Abhängigkeit von den verschiedenen Funktionsordnungen bestimmt sind.

4. Generator nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Schaltkreis (UC) Synchronisiersignale dadurch erzeugt werden, daß deren Frequenz in Abhängigkeit von der Ordnung der ausgesuchten Funktion bestimmt wird.

5. Generator nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiteres kombinatorisches Netzwerk (RC2) vorgesehen ist, welches die die Funktionsordnung darstellenden Binärziffern in entsprechender Zuordnung verarbeitet und dessen Ausgänge Steuersignale für Regelstufen (UDl, UDl) liefern, die entweder die der Funktionsordnung zugeordnete Frequenz oder Impulsfolge auswählen.