DE2609563A1

DE2609563A1 - Generator fuer pseudozufaellige bitfolgen

Info

Publication number: DE2609563A1
Application number: DE19762609563
Authority: DE
Inventors: Francis Bourrinet; Gerard Policand; Jacques Trompette
Original assignee: Alcatel CIT SA
Current assignee: Alcatel CIT SA
Priority date: 1975-03-12
Filing date: 1976-03-08
Publication date: 1976-09-23
Also published as: US4213101A; GB1494882A; FR2304222B1; FR2304222A1

Description

Fo 9777 D 8. NäfZ 1976

Dipl.-Infl. Jürgen WEINMIL-L-ER PATENTA3SESSOB

SOSPI GmbH

80OO München SO

Zeppelinstr, 63

COMPAGNIE INDUSTRIELLE DES TELECOMMUNICATIONS

CIT-ALCATEL 12, rue de la Baume, 75008 PARIS, Frankreich

GENERATOR FÜR PSEUDOZUFÄLLIGE BITFOLGEN

Die Erfindung bezieht sich auf die Erzeugung von pseudozufälligen Bitfolgen mit Hilfe eines getakteten Schieberegisters, dessen Eingang einen Binärwert empfängt, der von einer logischen Kombination mindestens zweier Stufen dieses Registers stammt.

Zur Überwachung der richtigen Funktionsweise von digital arbeitenden Geräten müssen diese häufig mit einer zufälligen Ziffernfolge getestet werden. Die Erzeugung einer derartigen wirklich zufälligen Folge wirft Probleme auf, so daß man sich häufig damit begnügt, pseudozufällige Folgen anzuwenden, deren Periodizität im Verhältnis zur zu überprüfenden Erscheinung lang ist.

609839/0927

Es ist außerdem bekannt, daß man ein Signal erhalten kann, dessen statistische Amplitudenverteilung sich derjenigen eines Gauß¹sehen Signals annähert, wenn die aus einem derartigen Register austretende Ziffernfolge über ein geeignetes Filter geleitet wird.

Zur Erzielung einer langen Periodizität der Folge beaufschlagt man das Schieberegister mit Zählkodes, die Höchstlängenkodes genannt werden. Für ein N bistabile Kippstufen umfassendes Schieberegister beträgt die maximale Folgenlänge dann

N
2 - 1 Binärelemente. Als Beispiel sei daran erinnert, daß für N = 3 eine maximale Folge 1110100 ist. In Wirklichkeit wird für N ein wesentlich über 3 liegender Wert gewählt, beispielsweise

Bei der oben angegebenen Folge sowie bei allen Höchstlängenfolgen, läßt sich feststellen, daß die Anzahl von Binärelementen "1" in der Folge niemals gleich der Anzahl der Binärelemente "0" ist. Folglich weist das nach dem Filtern einer derartigen Folge erhaltene Analogsignal unterschiedliche positive und negative Amplitudenscheitel auf. Die Verteilung der Amplituden zeigt somit zwischen den Polaritäten eine Dissymmetrie, und die positiven und negativen Scheitelfaktoren haben ungleiche Werte.

Es ist bekannt, diesen Nachteil dadurch auszugleichen, daß in die Folge bei jeder Periode der Ziffernfolge ein Binärelement "0" eingefügt wird. Im oben gewählten Beispiel wird dieses Element am Ende der Folge hinzugefügt. Die neue auf diese Art gebildete Folge enthält somit eine Folge von N aufeinanderfolgenden Binärelementen "1" und eine Folge von N aufeinanderfolgenden Binärelementen "0". Dagegen enthält sie keine Folge von N-I gleichen aufeinanderfolgenden Binärelementen mehr.

6098 3 9/0 9 27

Technisch geschieht das Einfügen eines Binärelements dadurch, daß zu einem genau bestimmten Zeitpunkt für eine Taktperiode die RegisterverSchiebung unterbrochen wird. Nach dem Einfügen dieses Binärelements ist dann die Periode der pseudozufälligen Folge gleich 2 Binärelementen.

Dieses Verfahren, das zwar für eine gleiche Anzahl von Binärelementen "0" und "1" sorgt, weist jedoch den Nachteil auf, die Verteilung der Folgen von gleichartigen Binärelementen erheblich zu verändern. Die Verteilung der Amplituden des nach dem Filtern einer derartigen Folge erhaltenen Signals zeigt eine starke Verzerrung und entfernt sich noch mehr von der Verteilung eines Gauß¹sehen Signals.

Die Erfindung zielt darauf ab, diesen Nachteil zu beheben, und stellt sich die Aufgabe, eine pseudozufällige Folge zu erzeugen, die eine stets gleiche Anzahl von Folgen beliebiger Binärelemente "1" oder "O" aufweist und die bei der Erzeugung eines pseudogauß¹sehen Rauschens eine vollkommene Symmetrie des Analogsignals zeigt, d.h. Gleichheit zwischen dem positiven Scheitelfaktor und dem negativen Scheitelfaktor.

Ein Generator für pseudozufällige Bitfolgen, der ein getaktetes Schi., ^register umfaßt, dessen einer Eingang einen digitalen Wert empfängt, der von einer logischen Kombination der Zustände von mindestens zwei Stufen dieses Registers stammt, ist erfxndungsgemaß dadurch gekennzeichnet, daß er darüber hinaus einen gesteuerten Inverter enthält, der die aus dem Register kommende Folge empfängt und sie abwechselnd mit bzw. ohne Inversion auf einen Ausgang des Generators leitet, wobei dieser Inverter einmal pro Zählzyklus des Registers umgeschaltet wird.

•609839/0927

Das der Erfindung zugrundeliegende Prinzip besteht daher darin, periodisch die Bitfolge zu komplementieren. Man erhält dadurch eine Folge mit verdoppelter Periodendauer, deren Charakteristik sich je nach dem Zeitpunkt, zu dem die Inversion vorgenommen wird, ändert.

Gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung ist der Generator dadurch gekennzeichnet, daß der Steuereingang des Inverters an den Ausgang einer bistabilen Kippstufe angeschlossen ist, deren Kippeingang mit dem Ausgang eines Dekodierers verbunden ist, derart, daß die bistabile Kippstufe einen Kippimpuls empfängt, wenn das Register sich in einem bestimmten Zustand befindet. Diese Methode zur Synchronisierung der Inversion ist einem Taktgeber vorzuziehen, da sie eine präzise Beziehung zwischen dem Umkehrzeitpunkt und dem Zustand des Registers aufstellt.

Will man dagegen bei bestimmten Anwendungsfällen die Charakteristik der Folge durch Abwandlung dieser Beziehung ändern, so kann als Dekodiernetz ein Register und ein Koinzidenzschaltkreis vorgesehen werden, wobei letzterer auf die bistabile Kippstufe einen Kippimpuls gibt, wenn der Zustand des Schieberegisters mit dem im Register eingestellten Zustand zusammenfällt. Es genügt daher, den Registerinhalt zu variieren, um die Charakteristik der Folge zu ändern.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbexspiels näher erläutert, das in der einzigen Figur schematisch dargestellt ist.

Ein getaktetes Schieberegister 1 und eine Schleifenlogik 2 bilden einen nach bekannter Technik konzipierten Generator

609839/0927

für pseudozufällige Bitfolgen. Die Logik speist eine erste Stufe 3 des Registers. Bei jedem Taktimpuls, der einem Eingang 4 zugeführt wird, wird der Inhalt des Registers um eine Stufe verschoben, und zwar in der Figur von links nach rechts, und die
erste Stufe 3 empfängt einen neuen Wert von der Logik.

Ist diese Logik in geeigneter Weise ausgebildet, dann liefert ein Ausgang 5 der letzten Stufe des Registers 1 eine
Höchstlängenbitfolge mit 2^N - 1 Binärelementen ¹¹I" bzw. "0",
die ungleich verteilt sind.

Erfindungsgemäß wird diese Folge einem Inverter 6 zugeführt, der auf einem Ausgang 7 des Generators eine pseudozufällige Folge aus 2 - 2 Binärelementen liefert. Diese Folge besteht aus einer ersten Hälfte, die mit der vom Register 1 am Ausgang 5 angelieferten Folge identisch ist, und einer zweiten Hälfte, die durch logische Inversion der ersten Hälfte erhalten wird.

Hierzu umfaßt der Inverter einen Steuereingang 8 und zwei parallele Zweige, die abwechselnd durch das auf den Eingang 8 gegebene Potential aktiviert werden. Jeder· Zweig enthält ein UND-Gatter 9 und 10, von denen eins, 10, mit Komplementäreingängen versehen ist. Die beiden Zweige speisen abwechselnd ein ODER-Gatter 11, das den Ausgang 7 bedient.

Wird der Eingang 8 des Inverters 6 mit einem Potential "1" beaufschlagt, so wird das Gatter 9 geöffnet und das Gatter gesperrt, während bei Beaufschlagung dieses Eingangs mit einem Potential "0" das Gatter 9 gesperrt und das Gatter 10 geöffnet sind.

609839/09 2

Der Eingang 8 steht mit dem Ausgang einer bistabilen Kippstufe 12 in Verbindung, die über einen Eingang 13 Kippimpulse empfängt, die von einem Koinzidenzschaltkreis 14 stammen. In diesem Koinzidenzschaltkreis wird der Zustand des Registers 1 mit dem Inhalt eines Registers 15 verglichen. Einmal pro Wiederholungszyklus des Registers 1 liefert daher der Koinzidenzschaltkreis 14 einen Impuls auf den Eingang 13 der bistabilen Kippstufe 12, wobei der Zeitpunkte des Kippens lediglich vom Inhalt des Registers 15 abhängt.

Die auf der Klemme 7 auftretende pseudozufällige Folge zeigt unabhängig vom gewählten Umkehrzeitpunkt eine unbedingte Gleichheit der Anzahl von beliebigen Folgen von Binärelementen "1" oder "O". Aus diesem Grund würde ein pseudogauß¹scher Rauschgenerator, der einen erfindungsgemäßen Generator benutzt, eine vollkommene Symmetrie des Analogsignals zeigen, d.h., daß der positive Scheitelfaktor gleich dem negativen Scheitelfaktor ist. Darüber hinaus wird die Wiederholungsperiode des Generators im Verhältnis zur Wiederholungsperiode des Schiebregisters 1 verdoppelt.

Durch Verschieben des Umkehrzeitpunkts innerhalb der Periode kann man die Zusammensetzung der Folgen von gleichen Binärelementen ändern. Insbesondere kann die Länge der Blöcke aus gleichen Binärelementen vergrößert werden, ohne daß das Basisschieberegister verlängert werden muß. Betrachtet man die Erzeugung eines pseudogauß¹sehen Rauschens, so ergibt sich daraus eine Beherrschung des Scheitelfaktors über einen breiten Pegelbereich hinweg. Der erfindungsgemäße Generator führt somit einen zusätzlichen Parameter - die Lage des Umkehrzeitpunkts - ein und

6098 3 9/09 2 7

2609FJ63

ermöglicht die günstigste Einstellung der Amplitudenverteilung des Signals hinter dem Filtern.

Selbstverständlich kann im Rahmen der Erfindung der Koinzidenzschaltkreis 14 und das Register 15 fortgelassen werden und dafür ein abgeleiteter Taktgeber vorgesehen werden, der die bistabile Kippstufe 12 einmal je Zählzyklus des Registers umkippen läßt. Auch kann das Gatter 10 mit komplementären Eingängen durch ein normales XJND-Gatter ersetzt werden, das durch die komplementären Ausgänge des letzten Elements des Registers 1 bzw. der Kippstufe 12 gespeist wird.

609839/0927

Claims

PATENTANS PRÜCHE

1 - Generator für pseudozufällige Bitfolgen, der ein getaktetes Schieberegister umfaßt, dessen einer Eingang einen digitalen Wert empfängt, der von einer logischen Kombination der Zustände von mindestens zwei Stufen dieses Registers stammt, dadurch gekennzeichnet, daß er darüber hinaus einen gesteuerten Inverter (6) enthält, der die aus dem Register kommende Folge empfängt und sie abwechselnd mit bzw. ohne Inversion auf einen Ausgang (7) des Generators leitet, wobei dieser Inverter einmal pro Zählzyklus des Registers umgeschaltet wird.

2 - Generator gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuereingang (8) des Inverters (6) an den Ausgang einer bistabilen Kippstufe (12) angeschlossen ist, deren Kippeingang (13) mit dem Ausgang eines Dekodiernetzes (14, 15) verbunden ist, derart, daß die bistabile Kippstufe einen Kippimpuls empfängt, wenn das Register (1) sich in einem bestimmten Zustand befindet.

3 - Generator gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Dekodiernetz ein Register (15) und ein. Koinzidenzschaltkreis (14) vorgesehen werden, wobei letzterer auf die bistabile Kippstufe (12) einen Kippimpuls gibt, wenn der Zustand des Schieberegisters (1) mit dem im Register (15) eingestellten Zustand zusammenfällt.

χ χ

60983 97 0927