DE3129911C2 - Pseudozufallsgenerator - Google Patents

Abstract

Der erfindungsgemäße Generator zur Erzeugung sich periodisch wiederholender Sequenzen pseudozufälliger binärer Ereignisse besteht aus einem Schreib-/Lese-Speicher (RAM) und einem getakteten Adreßzähler (AZ). Die Pseudozufallsfolge wird im Schreib-/Lese-Speicher (RAM) abgespeichert und mittels der die einzelnen Speicherplätze anrufenden, sich der Reihe nach ändernden Adressen ausgelesen. Der Pseudozufallsgenerator nach der Erfindung findet Verwendung in störsicheren Spread-Spectrum-Nachrichtenübertragungssystemen, die mit pseudozufälliger Phasen- oder Frequenzumtastung arbeiten.

Description

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grammierbarer Zusammensetzung mit geringem Schal- formationssignal gelangt über einen Verstärker 6 an

tungsaufwand und ohne Verwendung eines Schiebere- eine Sendeantenne 7 und wird von dort ausgesendet

gisters zu bilden. Die pseudozufällige Phasenumtastung des Hochfre-

Gemäß der Erfindung, die sich auf einen setzbar aus- quenz-Trägers wird in dem in Fig. 2 dargestellten Empgebildeten Pseudozufallsgenerator der eingangs ge- 5 fänger durch einen Pseudozufallsgenerator 8, der demnannten Art bezieht, wird diese Aufgabe dadurch gelöst jenigen im Sender gleicht und zu diesem synchron ist daß in an sich bekannter Weise ein Schreib/Lese-Spei- rückgängig gemacht Der Pseudozufallsgenerator 8 eher mit Dateneingängen, Datenausgängen und Adreß- steuert einen Phasenumtaster 9, in den das von einer eingängen vorgesehen ist daß im Schreib/Lese-Spei- Empfangsantenne 10 aufgenommene Signal eingegeben eher eine oder mehrere pseudozufällige, über die Da- io wird und der das in seine Ursprungslage umgetastete teneingänge eingegebene Sequenzen abgespeichert Empfangssignal über einen Bandpaß 11 an einen Demosind, daß an die Adreßdngänge des Schreib/Lese-Spei- dulator 12 weitergibt, dem ein Trägersignal zugesetzt chers die die jeweilige Speicherplatzadresse liefernden wird. Damit ist das ursprüngliche Signal mit der Infor-Ausgänge eines als Universalzähler ausgelegten setzba- mationsbandbreite zurückgewonnen. Bei einem solchen ren Adreßzählers angeschlossen sind, der zum Setzen 15 Empfänger müssen allerdings Einrichtungen zur Syngewünschter Zählerstellungen, d. h. zum Vorladen ge- chronisation der im Pseudozufallsgenerator 8 erzeugten wünschter Adressen Preset-Eingänge, aufweist und der Pseudozufallsfolge mit der im Empfangssignal enthaltemittels eines Taktoszillators getaktet ist und daß an den nen Pseudozufallsfolge vorgesehen sein. Grundsätzlich Datenausgängen des Schreib/Lese-Speichers die pseu- synchronisiert man unter Ausnutzung der Korrelationsdozufälligen Sequenzen abgenommen werden. 20 eigenschaften von Pseudozufallsfolgin- Für die Funk-Aus DE-AS 28 3t 589 ist es für sich bekannt, schnelle tion des Systems ist die Synchronisäiioi» des Pseudozuperiodische Impulsmuster mit beliebig progivanmierba- fallsgenerators 8 im Empfänger auf die im Empfangssirer Zusammensetzung ohne Verwendung ejses Schie- gnal enthaltene Pseudozufallsfolge unerläßlich. Hierbei beregisters zu bilden. Dabei treibt ein Oszillator einen muß man unterscheiden zwischen der Anfangssynchrodual codierten Zähler an, der die Adressen für eine An- 25 nisatioa, die auch Akquisitionsphase genannt wird, zu zahl von Impulsmusterspeichern bildet in denen unter- Beginn der Übertragung oder nach Synchronisationsschiedliche Impulsmuster gespeichert sind. Die Impuls- verlust und dem Aufrechterhalten des Synchronismus musterspeicher können dabei als Schreib/Lese-Speicher nach gelungener Akquisition.

ausgebildet sein. Pseudozufällige Impulsfolgen werden Beide Synchronisationsprobleme lassen sich dadurch

hierbei allerdings nicht erzeugt Außerdem ist dieser 30 lösen, daß man das empfangene Signal mit der empfän-

bekannte Impulsmustergenerator nicht setzbar ausge- gerseitig erzeugten Pseudozufallsfolge korreliert Das

bildet ' Prinzip eines solchen Korrektors ist in Fig. 2 ebenfalls

Aus GB-PS 14 96 571 ist es bei einem digitalen Funk- angedeutet Der Pseudozufallsgenerator 8 arbeitet im

tionsgenerator bekannt der mit einem eine Vielzahl von Takt eines hinsichtlich seiner Frequenz spannungsge-

Wortplätzen aufweisenden Speicher versehen ist diese 35 steuerten Taktoszillators 13. Sind die im empfangenen

Wortplätze selektiv mittels einer Adressiereinrichtung Signal enthaltene Pseudozufallsfolge und, die im Emp-

anzusprechen. . fänger mittels des Pseudozufallsgenerators 8 erzeugte

Aus der Beschreibung und Bedienungsanleitung 859 Pseudozufallsfolge synchron, so liefert eine mit einem

A zum PCM-Digitalsignalgenerator PDG-3,12.12.1978, Phasendiskriminator 14 und einem Regler 15 ausgestat-

2553, der Fa. Wandel & Goltermann ist es bekannt Co- 40 tete Regelschleife an den Taktoszillator 13 keine Nach-

dewörter für die Erzeugung eines quasistoctiastischen regelspannung, so daß die von ihm erzeugte Taktfre-

Rauschsignals in Festwertspeichern abzulegen, quenz für den Pseudozufallsgenerator 8 nicht geändert

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Schal- wird Eine zeitliche Verschiebung zwischen den beiden

tungsbeispiels in Anwendung bei einem mit pseudozu- Pseudozufallsfolgen erzeugt im Diskriminator 14 über

fälliger Phasenumtastung arbeitenden Nachrichten- 45 den Regler 15 eine solche Regelspannung, daß die Fre-

übertragungssystem beschrieben. Dazu ist eine Zeich- quenz des Taktoszillators 13 so nachgestellt wird, daß

nung mit drei Figuren vorgesehen. Es zeigt die im Pseudozufallsgenerator 8 erzeugte Pseudozu-

FIg. 1 das Blockschaltbild eines Senders mit pseudo- fallsfolge mit der empfangenen Pseudozufallsfolge wiezufälliger Phasenumtastung, der synchron ist Zur Akquisition gibt man beispielswei-

FIg. 2 das Blockschaltbild eines Empfängers mit pseu- 50 se dem Pseudozufallsgenerator 8 des Empfängers so

dozufälliger Phasenumtastung, lange eine etwas höhere Taktfrequenz als dem des Sen-

Fig. 3 das Blockschaltbild eines Pseudozufallsgenera- ders, bis die Ausgangsspannung der Korrelatorre-

tors nach der Erfindung. jjels^hkife eine gewisse Schwelle erreicht und damit

In einem Übertragungssystem auf der Basis der pseu- zumindest angenähert Deckungsgleichheit der beiden dozufälligen Phasenumtastung erzeugt man eine erwsi- 55 Pseudozufallsfolgeii meldet Beim Aufrechterhalten des terte Frequenzbandbreite eines Informationssignals Synchronismus nach gelungener Akquisition wird die durch die direkte Phasenumtastung in einem Phasenum- Taktfrequenz des empfängerseitigen Pseudozufallsgetaster 1 eines konventionell digital oder analog in einem nerators 8 am Taktoszillator 13 mittels der Regelschlei-Modulator 2 modulierten, aus einer Trägeraufbereitung fe laufend nachgestellt

3 kommenden Trägers im Rhytmus einer in einem Pseu- eo Die Pseudozufallsfolge übernimmt im Übertragungs-

dozufallsgenerator 4 gebildeten Pseudozufallsfolge. Die system somit sowohl die Aufgabe der Bandspreizung

im Pseudozufallsgenerator 4 gebildete Pseudozufallsfol- bei der Modulation im Sender als auch die Aufgabe der

ge besteht aus einem binären Bitmuster, bei dem die Bandkompression für das Nutzsignal bei der Demodula-

logischen Zustände H und L im Rhythmus eines von tion im Empfänger. Bei der Erzeugung der Pseudozu-

einem Taktoszillator 5 gelieferten Taktes quasizufällig 65 fallsfolge in den beiden Pseudozufallsgeneratoren 4 und

aufeinander folgen, wobei sich die gesamte Folge je- 8 im Sender bzw. im Empfänger werden viele binäre

doch periodisch wiederholt Das im Rhythmus der Pseu- Ereignisse, deren Zustand H oder L nach einem BiI-

dozufallsfolge im Phasenumtaster 1 bandgespreizte In- dungsgesetz ermittelt wird, aneinandergereiht. Die ge-

samte Folge wiederholt sich jedoch periodisch. Diese Periodizität verleiht ihr den Pseudozufallscharakter.

Rg. 3 zeigt in einem Blockschaltbild einen Pseudozufallsgenerator, der ßum Einsatz in einem Sender nach Rg. 1 oder in einem Empfänger nach Fig. 2 geeignet ist Dieser Pseudozufallsgenerator ist als Hochgeschwindigkeits-Schreib/Lese-Speicher RAM mit einem integrierten Adreßzähler AZ aufgebaut.

Ein hochfrequenter Takt aus einem Taktoszillator T (z. B. Taktoszillatoren 5,13 nach Fig. 1 und 2) taktet den &igr; &ogr; /i-stelligen Adreßzähler AZ, welcher als Universalzähler ausgelegt ist und in Abhängigkeit vom Signal am Vor/ Rückeingang entweder vorwärts oder rückwärts zählt Er liefert an seinen Ausgängen AO, Ai...An die jeweils angerufene Speicherplatzadresse im Schreib/Le- is se-Speicher RAM. Dazu sind die Adreßeingänge £"0, Ei ...Endes Schreib/Lese-Speichers &4Mmit den zugeordneten Adreßausgängen AO, Ai.. An verbunden. Die Fähigkeiten des Inkrementierens und Dekrementierens sowie des Vorladens einer Zieladresse über die Preset-Eingänge PO, Pi...Pn erleichtern das Adressenmanagement für die Verwirklichung neuer Codeakquisitionsstrategien.

Die Pseudozufallsfolge selbst befindet sich im Schreib/Lese-Speicher RAM (Random Access Memory). Ihre maximale Länge ist durch die Speichertiefe des Speichers RAM festgelegt Der Speicher kann mehrere Pseudozufallsfolgen enthalten, die an den Datenausgängen PZFO, PZFi ...PZFi abgenommen werden können. Das Abspeichern des Pseudozufallscodes in den Schreib/Lese-Speicher RAM erfolgt mikroprozessorgesteuert während der Stand-By-Phase über Dateneingänge DO, Di ...Di, wobei das Abspeichern der Ein- oder Mehrbitinformation nicht als Hochgeschwindigkeitsvorgang ausgebildet sein muß. Die Effektivität des gespeicherten Codes liegt durch das Bildungsgesetz Pseudozufallsfolgen-Routine fest Für den Fall, daß ein anwenderspezifischer Code gewünscht wird, beschränkt sich die Aufgabe des Mikroprozessors auf einen Transfer des Codes von der Schnittstelle in den Codespeicher.

Im einzelnen ergeben sich mit der in Rg. 3 dargestellten Anordnung in Kombination mit dem Mikroprozessor Vorteile wie Codevielfalt, Adressenmanagement bei der Codeakquisition und Erzeugung schlüsselfertiger Codes.

Die Codevielfalt spielt beim Simultanbetrieb mehrerer Übertragungsstrecken eine Rolle. Stehen im Schreib/Lese-Speicher RAM mehrere Pseudozufallscodes zur Verfügung, so bietet sich die Möglichkeit des Codewechsels an. Ein solcher Codewechsel kann aus taktischen Gründen notwendig sein. Eine Ankündigung für einen bevorstehenden Wechsel während des Betriebs der Übertragungsstrecke kann empfängerseitig im Wiedersynchronisationsmode sinnvoll verarbeitet werden.

Das Adressenmanagement wirkt sich vorteilhaft im Empfänger dadurch aus, daß während der Akquisitionsphase Teilbereiche der Pseudozufalls-Sequenz übersprungen werden, wenn es die Situation erfordert Die Manipulierbarkeit der zeitlich relativen Lage zwischen der empfangenen Pseudozufallsfolge und der im Empfänger rekonstruierten Pseudozufallsfolge bewährt sich bei langen Folgen mit naturgemäß niedrigen Wiederholraten.

Um ein hohes Maß an Störfestigkeit beim Betrieb der Nachrichtenstrecke zu gewährleisten, stützt man sich in zweckmäßiger Weise auf die Verwendung schlüsselfester Codes, welche einem potentiellen intelligenten Störer die Rekonstruktion dieses Codes erschweren. Die Schlüsselfestigkeit erreicht man durch den Einbau von zusätzlichen Störstellen in der Sequenz oder durch Modifikation der Bildungsgesetze. Der Var-ationsbereich entspricht dem vorhandenen Software-Angebot. Die Voraussetzung für die Anwendung solcher Codes ist jedoch ein frei programmierbarer Codespeicher.

Der rasante Fortschritt der Entwicklung von Halbleiterspeichern mit großer Speicherkapazität und kurzer Zugriffszeit begünstigt die Realisierungsmöglichkeit des Pseudozufallsgenerators nach der Erfindung. Der Generator nach der Erfindung läßt sich als Ein-Chip-Speicher mit hoher Packungsdichte und relativ kleinem Leistungsbedarf ausbilden, wobei der Schreib/Lese-Speicher RAMmil dem Adreßzähler AZintegriert ist

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims (3)

1 2 Patentansprüche lichkeit eines schneilen Codewechsels nämlich dann wichtig, wenn es um Störsicherheit, Abhörsicherheit,

1. Setzbar ausgebildeter Pseudozufallsgenerator Vielfachzugriff und selektives Adressieren geht Setzzur Erzeugung einer sich periodisch wiederholen- barkeit und stabile Taktfrequenz des Pseudozufallsgeden pseudozufälligen Sequenz binärer Ereignisse 5 nerators sind Eigenschaften, die bei der Systemsynchrozur Verwendung im Sender und/oder Empfänger nisation von Bedeutung sind. Dazu kommt meist noch eines bandspreizenden (Spread Spectrum-) Nach- die Forderung nach möglichst geringem Schaltungsaufrichtenübertragungssystems, das mit pseudozufälli- wand.

ger Phasen- oder Frequenzumtastung arbeitet, da- Man erzeugt heute Pseudozufallsfolgen zumeist mit durch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter io rückgekoppelten Schieberegistern. Bei den Schiebere-Weise ein Schreib/Lese-Speicher (RAM) mit Da- gisterfolgen sind insbesondere die Folgen maximaler teneingängen (DO... Di), Datenausgängen Länge interessant, die für jedes Schieberegister, abhän- (PZFO... PZFi) und Adreßeingängen (EO...En) gig von der Anzahl der Stufen und der Art der Rückvorgesehen ist, daß im Schreib/Lese-Speicher kopplungen, genau bestimmt sind. Die maximal mögli- (RAM) eine oder mehrere pseudozufällige, über die ;5 ehe Taktfrequenz hängt hier von Durchlaufverzögerun-Dateneingänge (DO... Di) eingegebene Sequen- gen des Rückkoppelnetzwerks und/oder der Schnelligzen abgespeichert sind, daß an die Adreßeingänge keit der Stufen des Schieberegisters ab. Bei hohen Takt- (EO... En) des Schreib/Lese-Speichers (RAM) die Frequenzen sind nur noch sehr kurze Rückkoppel wege die jeweilige Speicherplatzadresse liefernden Aus- zulässig. Dadurch wird die Zahl der möglichen Folgen, gängefA 0...AiI^ eines als Universalzähler ausge- 20 d.h. die Codevielfalt stark eingeschränkt Zusätzliche legten sfpbaren Adreßzählers (AZ) angeschlossen schaltungstechnische Probleme entstehen, wenn der sind, der zum Setzen gewünschter Zählerstellun- Pseudozufallsgenerator setzbar sein soll, d. h. wenn er gen, d. h. zum Vorladen gewünschter Adressen Pre- auf einen externen Setzimpuls hin taktsynchron an eine set-Eingänge (PO... Pn) aufweist, und der mittels vorgegebene Stelle des Pseudozufallscodes springen eines Taktoszülators (T) getaktet ist, und daß an 25 solL Die bekannten Schieberegistergeneratoren müssen den Datenausgängen (PZFO... PZFi) des Schreib/ nämlich dadurch gesetzt werden, daß man jede einzelne Lese-Speichers (RAM) die. pseudozufälligen Se- Registerstufe setz£.Vor allem bei Generatoren für länquenzen abgenommen werden. gere Folgen erfordert dies eine umfangreiche Schaltlo-

2. Pseudozufallsgenerator nach Anspruch 1, da- gik. Die durch die Forderungen nach Setzbarkeit und durch gekennzeichnet, daß das Abspeichern der 30 Codevielfalt bedingte Komplexität setzt bei den bepseudozufälligen Sequenzen über die Datenein- kannten Pseudozafallsgeneratoren der Taktfrequenz gänge (LM... Di) mittels eines Mikroprozessors Grenzen, die unterhalb der reziproken Verzögerungsvorgenommen wird, zeit der Einzelbausteine liegen.

3. Pseudozufallsgenerator nach einem der vorher- Außerdem erfordert bei den bekannten Pseudozugehenden Ansprüche, dadurcKgekennzeichnet, daß 35 fallsgeneratoren nach Schieberegisterart ein Codeder Schreib/Lese-Speicher (RAM) mit dem Adreß- wechsel Umschaltungen oder Schaltungsänderungen an Zähler (AZ) baulich integriert ist. zahlreichen Stellen innerhalb des Generators.

Ein setzbar ausgebildeter Pseudozufallsgenerator unBeschreibung ter Verwendung eines derartigen periodisch setzbaren

40 Schieberegisters zur Erzeugung einer sich periodisch

Die Erfindung bezieht sich auf einen setzbar ausgebil- wiederholenden pseudozufälligen Sequenz binärer Erdeten Pseudozufallsgenerator zur Erzeugung einer sich eignisse zum Einsatz im Sender und/oder Empfänger periodisch wiederholenden pseudozufälligen Sequenz eines bandspreizenden Nachrichtenübertragungssybinärer Ereignisse zur Verwendung im Sender und/oder stems, das mit pseudozufälliger Phasen- oder Frequenz-Empfänger eines bandspreizenden (Spread Spectrum-) 45 umtastung arbeitet, ist aus dem Paper 53 "Combined Nachrichtenübertragunssystems, das mit pseudozufälli- Acquisition and Fine Synchronization System for Spreger Phasen-oder Frequenzumtastung arbeitet ad Spectrum Receivers Using a Tapped Delay Line Cor-

Pseudozufallsfolgen sind binäre Bitmuster, bei denen relator", AGARD-Symposium, Ottawa, 11.—15.10.197? die logischen Zustände H und L quasizufällig aufeinan- von W. B. Baier, M. Pandit, H. Grammüller bekannt,
der folgen, wobei sich die gesamte Folge jedoch peri- 50 Es ist vorgeschlagen (DE-PS 30 20 481), einen setzbaodisch wiederholt. Pseudozufallsfolgen werden unter an- ren Pseudozufallsgenerator so auszubilden, daß in eiderem in bandspreizenden (Spread-Spectrum-) Nach- nem oder mehreren programmierbaren Festspeichern, richtenübertragungssystemen benötigt, um quasizufälli- sogenannten PROMs, verschiedene logische Datenfolge Phasen- oder Frequenzsprünge herbeizuführen. SoI- gen gespeichert werden, die Abschnitte einer Pseudozuche Nachrichtenübertragungssysteme sind beispiels- 55 fallsfolge darstellen und bei Adresseneingabe selektiv weise in dem Buch von R. C. Dixon "Spread Spectrum herauslesbar sind. Die Pseudozufallsfolgenabschnitte Systems", New York, John Wiley and Sons, 1976 be- der Festspeicher werden dann jeweils wortweise paralschrieben. Typische Probleme beim Erzeugen von Pseu- IeI und in einer festlegbaren Reihenfolge in ein schnelles dozufallsfolgen sind das Erzielen einer möglichst hohen Schieberegister eingegeben und von dort im Takt eines Taktfrequenz und Codelänge, das Gewinnen von FoI- 60 Taktoszillators seriell ausgegeben. Die Pseudozufallsgen mit speziellen Korrelationseigenschaften und der folgen werden zwar hierbei im Schieberegister nicht Bau von Pseudozufallsgeneratoren mit der Eigenschaft, generiert, sondern lediglich aus hochintegrierbarcn beim Anlegen eines Steuersignals den Code wechseln Speichern abgerufen, so daß die bei rückgekoppelten oder an eine bestimmte Stelle des Codes springen zu Schieberegistergeneratoren vorhandenen Einschränkönnen. Bei einem bandspreizenden (Spread Spec- es kungen hinsichtlich der Codevielfalt nicht bestehen,
trum-) Nachrichtenübertragungssystem, das mit pseu- Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltung für einen dozufälliger Phasen- oder Frequenzumtastung arbeitet, setzbaren Pseudozufallsgenerator anzugeben, die es ersind Codevielfalt, eine hohe Taktfrequenz und die Mög- möglicht, schnelle Pseudozufallsfolgen mit beliebig pro-