DE60223490T2

DE60223490T2 - Erzeugung einer Sequenz von Impulsfolgen

Info

Publication number: DE60223490T2
Application number: DE60223490T
Authority: DE
Inventors: Wieslaw Jerzy Guildford SZAJNOWSKI; Paul A Carlshalton Beeches Ratliff
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-01-21
Filing date: 2002-01-21
Publication date: 2008-09-18
Anticipated expiration: 2022-01-22
Also published as: JP4268808B2; EP1330031A1; DE60223490D1; US7209521B2; US20050261834A1; EP1330031B1; JP2004037442A

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen von Impulsfolgen, die zum Beispiel in Hindernisdetektionssystemen und insbesondere, wenn auch nicht ausschließlich, in Totwinkelwarnsystemen in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden sollen, die für den Betrieb in Mehrnutzer-Umgebungen ausgelegt sind.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Ein wichtiger Typ von Totwinkelwarnsystemen in Kraftfahrzeugen arbeitet mit kurzen Impulsen elektromagnetischer oder Ultraschallenergie zum Abfragen der Detektionszone. Dann wird eine Entscheidung bezüglich des Vorhandenseins oder Fehlens eines Hindernisses in einem zuvor festgelegten Bereich getroffen, indem in geeigneter Weise Energie verarbeitet wird, die durch verschiedene Objekte im Wahrnehmungsfeld des Systems zurückgestreut werden.
1 ist ein Blockschaubild eines typischen Hindernisdetektionssystems, das mit kurzen Impulsen elektromagnetischer Energie arbeitet. Das System umfasst einen Impulsgenerator PGR, der wiederholt Impulse mit einer Dauer T_P erzeugt, die so gewählt ist, dass eine gewünschte Bereichsauflösung ΔR erzeugt wird. Der Impulswiederholzeitraum T_REP kann konstant sein oder kann in einer vorgegebenen Weise variieren. Das System hat auch einen Oszillator OSC, der ein Sinussignal mit einer gewünschten Trägerfrequenz erzeugt, einen Impulsmodulator PMD, der das Trägersignal in einer Ein-Aus-Form moduliert, einen Leistungsverstärker PAM, der das gepulste Trägersignal auf einen gewünschten Pegel verstärkt, ein Sendeelement TEL, das Impulse elektromagnetischer Energie in Richtung eines Hindernisses OBS abstrahlt, einen geeigneten Empfangssensor REL, der elektromagnetische Impulse empfängt, die durch das Hindernis OBS zurück reflektiert werden, einen Eingangsverstärker IAM, der das Signal verstärkt, das von dem Empfangssensor REL kommt, eine Signalaufbereitungseinheit SCU, die eine geeignete Signalverarbeitung ausführt, um die empfangenen Impulse zu formen, und einen Impulsübereinstimmungsprozessor PCP, der die Referenzimpulse, die von dem Generator PGR kommen, und rekonstruierte Impulse, die von der Signalaufbereitungseinheit SCU kommen, gemeinsam verarbeitet, um eine Entscheidung DEC bezüglich des Vorhandenseins oder Fehlens eines Hindernisses in einem zuvor festgelegten Bereich zu treffen.
Gewöhnlich wird der Eingangsverstärker IAM während Impulsübertragungsintervallen ausgetastet, um ein unerwünschtes Verlustsignal zu unterdrücken, das in dem Sender entsteht. Die benötigte Austastfunktion wird bewerkstelligt, indem man Impulse, die von dem Generator PGR ausgegeben werden, in den Austasteingang BI des Verstärkers IAM einspeist.
2 ist ein Blockschaubild eines Mehrkanal-Impulsübereinstimmungsprozessors PCP, der von dem Hindernisdetektionssystem von 1 verwendet wird. Der Prozessor hat einen Entscheidungsblock DBK und mehrere Kanäle, die jeweils eine geeignete Verzögerungseinheit DELN, ein Übereinstimmungsgatter CG und einen Übereinstimmungszähler CCR umfassen. Die mehreren Verzögerungswerte DEL 1, DEL 2, ..., DELJ entsprechen mehreren interessierenden Bereichswerten, die als Bereichsgatter bezeichnet werden. In jedem Kanal werden Referenzimpulse, die durch den Generator PGR ausgegeben werden, in geeigneter Weise verzögert und in einen einzelnen Eingang des Übereinstimmungsgatters CG eingespeist, dessen anderer Eingang durch Impulse angesteuert wird, die durch die Signalaufbereitungseinheit SCU rekonstruiert wurden. Wenn es zu einer Impulsübereinstimmung kommt, so fügt der Zähler CCR eine Eins zu der bereits aufgelaufenen Anzahl von Übereinstimmungen hinzu. Am Ende eines vorgeschriebenen Beobachtungszeitraums übermittelt jeder Übereinstimmungszähler CCR die Anzahl G von aufge laufenen Impulsübereinstimmungen an den Entscheidungsblock DBK. Der Entscheidungsblock DBK wählt die größte der übermittelten Anzahlen G1, G2, ..., GJ aus und vergleicht diesen Maximalwert mit einer geeigneten Entscheidungsschwelle DT. Wenn die Entscheidungsschwelle überschritten wurde, so erklärt der Entscheidungsblock DBK am Ausgang DEC, dass ein Hindernis in dem Bereichsgatter vorhanden ist, das die größte Anzahl von beobachteten Übereinstimmungen aufweist.
3 zeigt eine periodische Impulssequenz, die Rechteckimpulse mit der Dauer T_P und mit einem Wiederhoizeitraum T_REP umfasst. Die Bereichsauflösung richtet sich nach der Impulsdauer T_P, und der unzweideutige Bereich des Systems richtet sich nach dem Zeitraum T_REP.
Es ist bekannt, dass die Detektierbarkeit eines Ziels deutlich verbessert werden kann, wenn ein einzelner Impuls durch ein in geeigneter Weise konstruiertes Impulspaket ersetzt wird. Folglich kann eine periodische Grundimpulssequenz, wie zum Beispiel die, die in 3 gezeigt ist, durch eine Sequenz aufeinanderfolgender Impulspakete (im vorliegenden Text auch als "Impulsfolgen" bezeichnet) ersetzt werden.
In dieser Anordnung umfasst jedes Impulspaket eine spezifizierte Anzahl N identischer Impulse, die ungleichmäßig gestaffelt sind, wobei jeder Zwischenimpulsabstand ein ganzzahliges Vielfaches eines in geeigneter Weise gewählten Einheitszeitintervalls ist. Das Muster der Zwischenimpulsabstände ist so gestaltet, dass gewährleistet ist, dass nur eine geringe Anzahl h_a von Impulsübereinstimmungen (bevorzugt nicht mehr als eine einzige Impulsübereinstimmung) zwischen einem primären Impulspaket und seiner Reproduktion, die um mehr als eine Impulsdauer zeitverschoben ist, auftritt. Diese Bedingung wird gewöhnlich als die Autokorrelationsbedingung bezeichnet.
Betrachten wir ein Impulspaket mit einer Spanne (Länge) L, das N identische Rechteckimpulse mit einer Einheitsdauer umfasst. Ein solches Impulspaket kann zweckmäßig durch eine binäre Sequenz {x} = x₁x₂ ... x_L aus Symbolen 0 und 1 dargestellt werden, wobei das Symbol 1 dem Auftreten eines Impulses entspricht. In diesem Fall kann die Autokorrelationsbedingung folgendermaßen ausgedrückt werden:
wobei R_xx(d) die Autokorrelationssequenz ist und d die ganzzahlige Verschiebung ist. Wenn d = 0, so ist der Autokorrelationswert R_xx(0) einfach gleich der Anzahl N von Impulsen, die in dem Impulspaket enthalten sind.
In der Klasse aller Impulspakete mit einer spezifizierten Anzahl von Impulsen N und h_a = 1 hat ein maximal kompaktes Impulspaket die Mindestspanne L_min. Folglich weist das maximal kompakte Impulspaket die größte relative Einschaltdauer, NIL, und die größte Durchschnittsleistung auf. Für eine feste Anzahl N und h_a = 1 werden alle Impulspakete mit Spannen größer als L_min als verteilte Impulspakete bezeichnet.
4 zeigt ein Impulspaket mit einer Spanne L = 36, das N = 8 Impulse umfasst, die an Positionen 1, 8, 11, 17, 19, 31, 32 und 36 angeordnet sind. Das Impulspaket kann durch die folgende binäre Sequenz {x} dargestellt werden: {x} = 100000010010000010100000000000110001
Die Autokorrelationssequenz R_xx(d) von {x} ist in 5a gezeigt. Der Spitzenwert von R_xx(d) liegt bei einer Verschiebung von null an, d. h. R_xx(0) = 8. Für andere Ver schiebungen d nimmt die Funktion R_xx(d) einen Wert von entweder null oder eins an (h_a = 1). Obgleich die Autokorrelationssequenz R_xx(d) die binäre Sequenz {x} vollständig charakterisiert, wird das entsprechende Impulspaket gewöhnlich durch die Autokorrelationsfunktion R_xx(τ) charakterisiert, wobei der Parameter τ eine kontinuierliche Zeitverzögerung (Verschiebung) bezeichnet. Die Autokorrelationsfunktion R_xx(τ) des Impulspaketes, das durch {x} dargestellt ist, ist in 5b gezeigt, wobei Δ das Einheitszeitintervall bezeichnet. Sowohl die Autokorrelationssequenz R_xx(d) als auch die Autokorrelationsfunktion R_x(τ) sind gerade Funktionen ihrer jeweiligen Argumente.
Die Autokorrelationsbedingung gewährleistet, dass, wenn es weder Rauschen noch Interferenzen gibt und ein Mehrkanal-Impulsübereinstimmungsprozessor zum Detektieren eines Impulspaketes verwendet wird, der Ausgang jedes Kanals nicht größer als h_a ist, außer wenn die Kanalverzögerung mit der eines empfangenen Impulspaketes übereinstimmt. In diesem Fall erreicht der Kanalausgang den Spitzenwert von N.
Um in realen Systemen unerwünschte Verluste von dem Sender zu unterdrücken, wird der Empfänger gewöhnlich während Impulsübertragungsintervallen ausgetastet. Die Autokorrelationsbedingung R_xx(d) ≤ 1 impliziert, dass, wenn das gerade empfangene Impulspaket das gerade gesendete Impulspaket überlappt, nicht mehr als ein einziger empfangener Impuls in einer Zielrückmeldung verloren geht.
In einer Mehrnutzer-Umgebung können die Nutzer ihre Signale gleichzeitig und asynchron senden, so dass nicht nur jeder Empfänger sein eignes gesendetes Signal erkennen und detektieren muss, sondern er muss dies auch in Gegenwart anderer gesendeter Signale tun können. Nehmen wir an, dass ein Impulspaket, das durch einen interessierenden Empfänger detektiert werden soll, durch eine binäre Sequenz {x} = X1X2...XL dargestellt wird und dass eines des interferierenden Impulspakete durch eine andere binäre Sequenz {Y} = y1y2...yL dargestellt wird.
Um die Detektionsleistung des Empfängers in einer Mehrnutzer-Umgebung zu optimieren, müssen die folgenden Querkorrelationsbedingungen für alle ganzzahligen Verschiebungen d erfüllt sein:
Wenn mehr als ein einziger Sender in Betrieb ist, so gewährleisten die Autokorrelations- und die Querkorrelationsbedingungen gemeinsam, dass, wenn es kein Rauschen gibt und ein Mehrkanal-Impulsübereinstimmungsprozessor zur Detektion verwendet wird, der Ausgang jedes Kanals immer noch wesentlich kleiner als N ist, außer wenn die Kanalverzögerung mit der eines interessierenden empfangenen Impulspaketes übereinstimmt.
Es sind verschiedene Techniken entwickelt worden, um Sätze binärer Sequenzen mit guten Autokorrelations- und Querkorrelationseigenschaften zu konstruieren (siehe zum Beispiel P. Fan und M. Darnell, "Sequence Design for Communications Applications", Wiley, 1996). Jedoch sind diese im Allgemeinen nur von begrenzter Brauchbarkeit in Hindernisdetektionssystemen von Kraftfahrzeugen, die in einer Mehrnutzer-Umgebung arbeiten sollen, weil sie mehrere verschiedene lange Sequenzen erzeugen würden, die eine sehr kurze relative Einschaltdauer haben, weshalb die resultierende Detektionsleistung erheblich beeinträchtigt wird.
Bei der Anwendung in Kraftfahrzeugen müssen viele ähnliche Hindernisdetektionssysteme in der Lage sein, in derselben Region zu arbeiten und sich auch dasselbe Frequenzband zu teilen. Um eine gegenseitige Behinderung zu vermeiden, muss jedes System ein unterscheidbares Signal verwenden, das bevorzugt keine Korrelation mit den Signalen hat, die von allen anderen Systemen erzeugt werden. Weil es nicht möglich ist vorherzusagen, welches der vielen ähnlichen Systeme in einer bestimmten Umgebung aktiv ist, ist es nicht machbar, jedem von ihnen eine unterscheidbare binäre Sequenz zuzuweisen. Darüber hinaus ist es auch sehr schwierig, große Sätze binärer Sequenzen mit guten Autokorrelations- und Querkorrelationseigenschaften zu konstruieren, die auch eine akzeptable relative Einschaltdauer haben.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es wäre darum wünschenswert, ein Verfahren zum Erzeugen einer großen Anzahl langer randomisierter binärer Sequenzen mit guten Autokorrelations- und Querkorrelationseigenschaften bereitzustellen, insbesondere Sequenzen, die in Hindernisdetektionssystemen von Kraftfahrzeugen verwendet werden können, die in Mehrnutzer-Umgebungen arbeiten.
Aspekte der vorliegenden Erfindung sind in den begleitenden Ansprüchen dargelegt.
Gemäß der Erfindung wird eine Sequenz von Impulsfolgen gebildet, indem einzelne Impulsfolgen durch Lücken von zufälliger Dauer getrennt werden, die durch einen Zufallswert bestimmt werden können, der von einem Zufallszahlgenerator ausgegeben wird.
6 zeigt die Struktur einer ersten zusammengesetzten Impulsfolge, die gemäß diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung konstruiert ist. Die zusammengesetzte Impulsfolge umfasst primäre Impulspakete, die durch leere Zeitintervalle getrennt sind, die als Lücken bezeichnet werden. Jede Lücke besteht aus einer regelmäßigen Lücke und einer Zufallslücke. Eine regelmäßige Lücke hat eine feste Dauer T_RE, während die Dauer T_RA einer Zufallslücke eine Zufallsvariable ist.
Die Dauer T_PP jedes primären Impulspaketes ist als das kürzeste Zeitintervall definiert, das alle Impulse in dem Paket enthält. Folglich ist T_PP = L·T_P, wobei L die Paketspanne ist und T_P die Dauer eines einzelnen Impulses ist. Im Folgenden wird angenommen, dass die Dauer eines einzelnen Impulses gleich dem Zeitraum T_CLK einer Taktfrequenz ist; darum ist T_P = T_CLK.
Die Dauer T_RE einer regelmäßigen Lücke wird so gewählt, dass die Autokorrelations- und Querkorrelationseigenschaften von Impulspaketen, die zum Konstruieren einer zusammengesetzten Impulsfolge verwendet werden, beibehalten bleiben. Bevorzugt ist die Dauer einer regelmäßigen Lücke nicht größer als die des längsten verwendeten primären Impulspaketes; darum ist T_RE ≤ L_max·T_CLK. Im Fall maximal kompakter Impulspakete ist die Dauer einer regelmäßigen Lücke geringfügig kürzer als die des Paketes. Jedoch kann im Fall verteilter Impulspakete die Dauer einer regelmäßigen Lücke gerade einmal einige wenige Taktperioden T_CLK betragen, oder sie kann sogar gleich null sein.
Bevorzugt hat die Dauer T_RA jeder Zufallslücke eine gleichmäßige Verteilung über ein spezifiziertes Intervall hinweg.
Bevorzugt ist ein Endpunkt eines solchen Intervalls eine null, während der andere Endpunkt einen Wert annimmt, der zum Beispiel zwischen drei und fünfzehn Vielfachen einer Taktperiode T_CLK betragen kann.
Obgleich Zufallslücken, die in 6 gezeigt sind, an End-Impulse von primären Impulspaketen angehängt werden, können Zufallslücken an beliebiger Stelle zwischen benachbarten Paketen eingefügt werden. Im Folgenden wird ein primäres Impulspaket, das um eine Zufallslücke erweitert ist, als ein "randomisiertes Impulspaket" bezeichnet. Darum ist die Gesamtdauer jedes randomisierten Impulspaketes gleich (T_PP + T_RA), und die randomisierten Pakete werden durch regelmäßige Lücken mit einer Dauer T_RE getrennt.
Somit können identische Kopien eines einzelnen primären Impulspaketes verwendet werden, um eine große Anzahl randomisierter Impulspakete zu erzeugen, indem eine Realisierung einer Zufallslücke an eine Kopie des zugrunde liegenden primären Impulspaketes angehängt wird. Alle derart konstruierten randomisierten Impulspakete haben die gleiche Autokorrelationsfunktion.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine zusammengesetzte Impulsfolge aus einer Sequenz von primären Impulspaketen gebildet, die jeweils nach dem Zufallsprinzip einem zuvor festgelegten Satz von in geeigneter Weise konstruierten primären Impulspaketen mit vorgeschriebenen Autokorrelations- und Querkorrelationseigenschaften entnommen werden.
Um eine optimale Detektionsleistung zu erreichen, muss die Autokorrelationsfunktion jedes primären Impulspaketes die Eigenschaft "nicht mehr als eine einzige Übereinstimmung" aufweisen. Darüber hinaus muss die Querkorrelationsfunktion zwischen jeweils zwei verschiedenen primären Impulspaketen im Vergleich zum Maximalwert der entsprechenden Autokorrelationsfunktionen kleine Werte annehmen.
Um die Leistungseffizienz für eine spezifizierte Anzahl von Impulsen zu gewährleisten, muss eine optimale zusammengesetzte Impulsfolge einen großen Wert der durchschnittlichen relativen Einschaltdauer ADF aufweisen, der durch ADF = N/[L + (TRE + TARA)/TCLK]definiert ist, wobei N die Anzahl von Impulsen in einem primären Impulspaket ist, L die Paketspanne ist, T_RE die Dauer einer regelmäßigen Lücke ist, _TARA die mittlere Dauer einer Zufallslücke ist und T_CLK die Taktperiode ist.
Eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen wechselseitiges Stören in Mehrnutzer-Umgebungen lässt sich erreichen, indem man Zufallsmechanismen zum Konstruieren zusammengesetzter Impulsfolgen verwendet. Obgleich jeder Nutzer den gleichen Satz primärer Impulspakete hat, wird eine zusammengesetzte Impulsfolge durch jeden Nutzer in einer zufälligen Weise durch wiederholte Zufallsauswahl randomisierter Impulspakete zusammengesetzt.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein primäres Impulspaket mit gewünschten Autokorrelationseigenschaften zum Konstruieren eines weiteren primären Impulspaketes mit den gleichen Autokorrelationseigenschaften durch eine Zeitumkehrung des ersten primären Impulspaketes verwendet. Die Querkorrelationsfunktion zwischen diesen zwei dualen primären Impulspaketen übersteigt nicht Werte größer als zwei.
7a zeigt ein Beispiel eines primären Impulspaketes, und 7b zeigt ein weiteres primäres Impulspaket, das ein Spiegelbild des ersten Paketes ist. 8 zeigt eine Querkorrelation zwischen zwei binären Sequenzen, die jene zwei Impulspakete darstellen. Die Querkorrelationsfunktion ist asymmetrisch, und sie nimmt für verschiedene Verschiebungen einen von drei Werten 0, 1 oder 2 an.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden einige und bevorzugt alle dieser Aspekte kombiniert, um eine beträchtliche Anzahl verschiedener Impulssequenzen zubilden, die zur Verwendung in einer Mehrnutzer-Umgebung geeignet sind.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es werden nun Anordnungen, welche die Erfindung verkörpern, beispielhaft anhand der begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen Folgendes dargestellt ist:
1 ist ein Blockschaubild eines typischen Hindernisdetektionssystems, das mit kurzen Impulsen arbeitet.
2 ist ein Blockschaubild eines Mehrkanal-Impulsübereinstimmungsprozessors, der von dem Hindernisdetektionssystem verwendet wird.
3 zeigt eine periodische Impulsfolge, die Rechteckimpulse mit einer Dauer T_P und einem Wiederholzeitraum T_REP umfasst.
4 zeigt ein Impulspaket, das gute Autokorrelationseigenschaften aufweist.
5a zeigt eine Autokorrelationssequenz R_xx(d) einer binären Sequenz, die das Impulspaket von 4 darstellt.
5b zeigt die Autokorrelationsfunktion R_xx(τ) des Impulspaketes.
6 zeigt die Struktur einer zusammengesetzten Impulsfolge, die gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert ist.
7a ist ein Beispiel eines primären Impulspaketes.
7b zeigt ein weiteres primäres Impulspaket, das gemäß der vorliegenden Erfindung durch Zeitumkehr des ersten Paketes erhalten wird.
8 zeigt eine Querkorrelationssequenz zwischen zwei binären Sequenzen, die zwei Impulspakete darstellen, die zeitverkehrte Reproduktionen voneinander sind.
9 ist ein Blockschaubild eines Systems zum Erzeugen zusammengesetzter Impulsfolgen gemäß der vorliegenden Erfindung.
10 ist ein Blockschaubild eines Zufallslückengenerators für eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
11 ist ein Blockschaubild eines modifizierten Zufallslückengenerators.
12 ist ein Blockschaubild einer Zufallspaketauswahlvorrichtung für eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
13 ist ein Blockschaubild eines weiteren Systems zum Erzeugen zusammengesetzter Impulsfolgen gemäß der vorliegenden Erfindung.
14 ist ein Blockschaubild eines weiteren Systems zum Erzeugen zusammengesetzter Impulsfolgen gemäß der vorliegenden Erfindung.
15 ist ein Blockschaubild eines weiteren Systems zum Erzeugen zusammengesetzter Impulsfolgen gemäß der vorliegenden Erfindung.
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
9 ist ein Blockschaubild eines Systems zum Erzeugen zusammengesetzter Impulsfolgen gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das System umfasst ein Folgezustandsmodul SSM, einen Zustandsdecoder STD, eine Zufallspaketauswahlvorrichtung RPS, einen Zufallslückengenerator RGG und einen Taktgenerator CKG.
Während des Systembetriebes ändert das Folgezustandsmodul SSM seinen Zustand nacheinander an den Zeitpunkten, die durch Taktimpulse CLK festgelegt werden, durch den Taktgenerator CKG übermittelt werden. Die Gesamtzahl NS unterscheidbarer Zustände des Folgezustandsmoduls SSM müssen wenigstens gleich der Spanne L_max des längsten primären Impulspaketes sein, das von dem System verwendet wird. Darum ist NS = 2K ≥ Lmax wobei K die Anzahl von Flipflops ist, die von dem Folgezustandsmodul SSM verwendet werden. Es können redundante Zustände des Folgezustandsmoduls SSM zum Erzeugen einer regelmäßigen Lücke verwendet werden, und die übrigen Zustände, sofern vorhanden, sind zu beseitigen. Wenn die Anzahl (NS – L_max) redundanter Zustände zu klein ist, um eine vollständige regelmäßige Lücke zu erzeugen, so kann zusätzlich der übrige Teil der Lücke, oder sogar die gesamte regelmäßige Lücke, durch einen Zufallslückengenerator RGG übermittelt werden.
Das Folgezustandsmodul SSM ist für einen zyklischen Betrieb konfiguriert, wobei jeder Zyklus NU unterscheidbare Zu stände umfasst, die auf die eine oder andere zweckmäßige Weise aus der Gesamtzahl NS = 2^K verfügbarer unterscheidbarer Zustände ausgewählt werden. Unter jenen NU unterscheidbaren Zuständen gibt es N zuvor festgelegte Zustände, welche die Positionen von Impulsen in jedem zu erzeugenden Impulspaket darstellen.
Die Funktion des Folgezustandsmoduls SSM kann durch einen herkömmlichen binären Zähler, durch ein Schieberegister mit einer geeigneten Rückkopplung oder durch eine ähnliche Folgezustandsmaschine, die dem Fachmann vertraut ist, implementiert werden.
Der Zustandsdecoder STD wird durch einen K-Bit-Ausgang des Folgezustandsmoduls SSM und auch durch einen M-Bit-Paketauswahleingang PS angesteuert. Der Zustandsdecoder STD hat zwei Ausgänge: ein Ausgang gibt eine zusammengesetzte Impulsfolge CPT aus, während der andere einen Paket-Ende(EOP)-Impuls erzeugt. Zum Beispiel kann ein EOP-Impuls mit dem End-Impuls eines jeden Impulspaketes übereinstimmen. Der EOP-Impuls wird verwendet, um Operationen zu initiieren, die von dem Zufallspaketauswahlvorrichtung RPS und dem Zufallslückengenerator RGG ausgeführt werden.
Der Paketauswahleingang PS wird durch M Bits dargestellt, die sich erst ändern können, wenn die Impulspaketerzeugung vollendet wurde. Für jeden gegebenen Paketauswahl(PS)-Eingang erzeugt der Zustandsdecoder STD jedes Mal einen einzelnen Impuls, wenn das Folgezustandsmodul SSM einen von N zuvor festgelegten Zuständen annimmt. Während jedes vollen Zyklus' des Folgezustandsmoduls SSM wird ein komplettes primäres Impulspaket am Ausgang CPT des Zustandsdecoders STD erhalten.
Wenn sich der M-Bit-PS-Eingang ändert, so erzeugt der Zustandsdecoder STD am CPT ein anderes primäres Impulspaket durch Decodieren eines anderen Satzes zuvor festgelegter Zustände. Das System ist dafür konfiguriert, in einer solchen Weise zu arbeiten, dass die Anzahl 2^M verschiedener PS-Eingangswerte gleich der Anzahl der zu erzeugenden primären Impulspakete ist. Jedes Impulspaket ist vorgegeben und erfüllt die oben angesprochenen Autokorrelations- und Querkorrelationsbedingungen. Einige der vorgegebenen Impulspakete können zeitverkehrte Reproduktionen von anderen Impulspaketen sein.
Ein M-Bit-PS-Eingang wird durch den Ausgang einer Zufallspaketauswahlvorrichtung RPS bereitgestellt, der bestimmt, welches der verfügbaren 2^M Pakete während eines bestimmten vollen Zyklus' des Folgezustandsmoduls SSM erzeugt wird.
Alle Funktionen des Zustandsdecoders STD können durch eine Kombinationslogik oder durch einen in geeigneter Weise programmierten Nurlesespeicher implementiert werden.
Der Zufallslückengenerator RGG hängt eine Zufallslücke an den End-Impuls jedes erzeugten primären Impulspaketes an. Jeder Zyklus des Wiederholungsbetriebes des Zufallslückengenerators RGG wird durch einen EOP-Impuls initiiert, der von dem Zustandsdecoder STD ausgegeben wird. Die Zufallslücke wird eingefügt, indem eine zufällige Anzahl von Taktimpulsen gehemmt wird, die von dem Taktgenerator CKG ausgegeben werden. Der Ausgang CRG des Zufallslückengenerators RGG gibt eine Sequenz von Taktimpulsen aus, in der eine zufällige Anzahl aufeinanderfolgender Impulse fehlt. Infolge dessen wird der Betrieb des Folgezustandsmoduls SSM während eines zufälligen Zeitintervalls, das gleich der Dauer der Zufallslücke ist, ausgesetzt. Bevorzugt wird die Dauer jeder Zufallslücke gleichmäßig verteilt, und die Zufallslücken werden unabhängig voneinander gebildet. Gewünschtenfalls kann der Zufallslückengenerator RGG auch einen Bruchteil einer regelmäßigen Lücke oder sogar eine komplette regelmäßige Lücke ausgeben.
10 ist ein Blockschaubild eines Zufallslückengenerators RGG. Der Zufallslückengenerator RGG umfasst einen Zufallsimpulszähler RPC, einen Doppeleingangs-Multiplexer MUX, einen Flipflop FF und ein logisches AND-Gatter ALG. Der Zufallslückengenerator RGG verwendet eine Zufallsimpulsfolge RPT mit einer ausreichend hohen Impulsrate. Eine geeignete Vorrichtung zum Bereitstellen der Zufallsimpulsfolge RPT ist dem Fachmann geläufig.
Die Kapazität des Zufallsimpulszählers RPC wird durch den angenommenen größten Wert einer Zufallslücke bestimmt. Die Kapazität des Zufallsimpulszählers RPC muss im Vergleich zur Gesamtzahl von Zufallsimpulsen, die von der Zufallsimpulsfolge RPT während eines Zyklus' des Folgezustandsmoduls SSM übermittelt werden, klein sein. Infolge dessen läuft der Zufallsimpulszähler RPC während jedes Zyklus' des Folgezustandsmoduls SSM viele Male über, und nur ein Bruchteil der Gesamtzahl eingespeister Zufallsimpulse verbleibt an den Zeitpunkten, die mit EOP-Impulsen übereinstimmen, in dem Zufallsimpulszähler RPC. Dieser Bruchteil wird gleichmäßig über alle Zählerzustände verteilt, und zwar ungeachtet der zugrunde liegenden Statistik von Zufallsimpulsen, die in einer Zufallsimpulsfolge RPT vorkommen.
Der Multiplexer MUX arbeitet folgendermaßen: Wenn der binäre Quellenauswahleingang SS = 1 ist, so empfängt der Zufallsimpulszähler RPC eine Zufallsimpulsfolge RPT, und wenn SS = 0 ist, so empfängt der Zufallsimpulszähler RPC Taktimpulse CLK.
Vor dem Erscheinen eines Paket-Ende(EOP)-Impulses befindet sich der Flipflop FF im Zustand "1" (darum ist auch SS = 1), Taktimpulse erscheinen am Ausgang des AND-Gatters ALG, und die Zufallsimpulsfolge RPT wird über den Multiplexer MUX in den Zufallsimpulszähler RPC eingespeist. Sobald ein EOP-Impuls in den Rücksetzungseingang RI des Flipflop FF eingespeist wird, nimmt der Flipflop FF den Zustand "0" an, und es erscheinen keine Taktimpulse CLK am Ausgang des AND-Gatters ALG. Weil der Flipflop FF auch den SS-Eingang des Multiplexers MUX ansteuert, ist nun SS = 0, und Taktimpulse CLK werden über den Multiplexer MUX in den Zufallsimpulszähler RPC eingespeist. Die Anzahl von Taktimpulsen, die benötigt werden, um den Zufallsimpulszähler RPC von seinem anfänglichen Zufallszustand in den Überlaufzustand zu bringen, ist eine zufällige und gleichmäßig verteilte Anzahl.
Sobald der Überlauf stattfindet, wird ein geeignetes Signal in den Einstelleingang SI des Flipflop FF eingespeist, und der Flipflop FF nimmt den Zustand "1" an. Weil nun SS = 1 ist, fährt der Zufallsimpulszähler RPC mit dem Zählen (mit Überlauf) von Zufallsimpulsen in der Zufallsimpulsfolge RPT fort, und Taktimpulse CLK erscheinen wieder am Ausgang des AND-Gatters ALG.
Die oben beschriebene Verfahrensweise führt zum Einfügen einer Zufallslücke in eine Sequenz von Taktimpulsen, die am Ausgang des AND-Gatters ALG erscheinen. Die Dauer der Zufallslücke ist gleich der zufälligen Anzahl von Taktimpulsen CLK, die benötigt werden, um den Zufallsimpulszähler RPC zum Überlaufen zu bringen. Darum hat die Dauer des Zufallsgatters eine gleichmäßige Verteilung.
Die spezifische Überlaufbedingung infolge des Zählens von Taktimpulsen CLK zwingt den Zufallsimpulszähler RPC, einen Anfangszustand "0" anzunehmen, bevor der Zufallsimpulszähler RPC wieder beginnt, Zufallsimpulse in der Zufallsimpulsfolge RPT zu zählen. Weil eine große Anzahl von Überläufen aus dem Zählen von Zufallsimpulsen resultiert, wird angenommen, dass die Zufallszustände des Zufallsimpulszählers RPC an den Zeitpunkten, die durch das Auftreten von Paket-Ende(EOP)-Impulsen bestimmt werden, statistisch unabhängig sind.
Wenn keine Zufallsimpulsfolge RPT verfügbar ist, oder wenn die Impulsrate in der verfügbaren Zufallsimpulsfolge RPT zu gering ist, als dass eine große Anzahl von Überläufen in dem Zufallsimpulszähler RPC während jedes vollen Zyklus' des Folgezustandsmoduls SSM stattfinden könnte, so kann ein modifizierter Zufallslückengenerator MRGG verwendet werden.
11 ist ein Blockschaubild eines modifizierten Zufallslückengenerators MRGG. Der modifizierte Zufallslückengenerator MRGG umfasst einen Impulszähler PCT, einen Demultiplexer DMX und einen Flipflop FF. Der modifizierte Zufallslückengenerator MRGG verwendet auch unabhängige und gleichmäßig verteilte J-Bit-Zufallszahlen. Die Zufallszahlen können von einem Zufallszahlgenerator RNG ausgegeben werden. Ein geeigneter Typ ist dem Fachmann geläufig.
Die Demultiplexer DMX arbeitet folgendermaßen: Wenn der binäre Schalteingang SW = 0 ist, so werden Taktimpulse CLK in den Impulszähler PCT eingespeist, und wenn SW = 1 ist, so werden Taktimpulse CLK zum Ausgang des modifizierten Zufallslückengenerators MRGG umgeleitet.
Vor dem Auftreten eines Paket-Ende(EOP)-Impulses befindet sich der Flipflop FF im Zustand "1", und weil SW = 1 ist, erscheinen Taktimpulse CLK am Ausgang CRG. Sobald ein EOP-Impuls in den Rücksetzungseingang RI des Flipflop FF eingespeist wird, nimmt der Flipflop FF einen Zustand "0" an. Weil nun SW = 0 ist, erscheinen keine Taktimpulse CLK am Ausgang CRG, sondern sie werden (über den Demultiplexer DMX) zum Impulszähler PCT umgeleitet.
Der EOP-Impuls wird auch in den Vorladeeingang PI des Impulszählers PCT eingespeist, um den Anfangszustand des Impulszählers PCT auf eine zufällige J-Bit-Zahl einzustellen, die durch einen Zufallszahlgenerator RNG ausgegeben wird. Die Anzahl der Taktimpulse, die benötigt wird, um den Impulszähler PCT aus seinem anfänglichen Zufallszu stand in den Überlaufzustand zu versetzen, ist eine zufällige und gleichmäßig verteilte Anzahl.
Sobald es in dem Impulszähler PCT zum Überlauf kommt, wird ein geeignetes Signal in den Einstelleingang SI des Flipflop FF eingespeist, und der Flipflop FF nimmt den Zustand "1" an. Weil nun SW = 1 ist, werden die Taktimpulse zum Ausgang CRG umgeleitet.
Die oben beschriebene Verfahrensweise führt zum Einfügen einer Zufallslücke in eine Sequenz von Taktimpulsen, die am Ausgang CRG des modifizierten Zufallslückengenerators MRGG erscheinen. Die Dauer der Zufallslücke ist gleich der zufälligen Anzahl von Taktimpulsen, die benötigt werden, um den Impulszähler PCT zum Überlaufen zu bringen.
Sowohl die Konfiguration des Zufallslückengenerators RGG als auch die Konfiguration des Zufallslückengenerators MRGG kann so verändert werden, dass sie ein Mittel enthält, mit dem auch eine regelmäßige Lücke von einer vorgeschriebenen Dauer angehängt werden kann. Zum Beispiel setzt in der Anordnung des modifizierten Zufallslückengenerators MRGG der Impulszähler PCT, nachdem er genügend Taktimpulse angesammelt hat, um den Überlaufzustand zu erreichen, das Zählen von Taktimpulsen fort, bis ein zuvor festgelegter Zustand erreicht ist. Darum umfasst die Gesamtdauer der Lücke, die in die Taktimpulsfolge eingesetzt wird, zwei Komponenten: eine Zufallslücke und eine regelmäßige (deterministische) Lücke. Der Wert der Zufallslücke richtet sich nach der Anzahl von Impulsen, die zwischen dem anfänglichen Zufallszustand und dem Überlaufzustand auftreten, während der Wert der regelmäßigen Lücke gleich der Anzahl von Taktimpulsperioden T_CLK zwischen dem Überlaufzustand und einem weiteren zuvor festgelegten Zustand ist.
Die Zufallspaketauswahlvorrichtung RPS gibt eine Zufallszahl aus, wenn sie von dem Paket-Ende(EOP)-Impuls, der von dem Zustandsdecoder STD ausgesendet wurde, dazu aufgefordert wird. Bevorzugt sind die übermittelten Zufallszahlen statistisch unabhängig und gleichmäßig verteilt, so dass jedes primäre Impulspaket mit der gleichen Wahrscheinlichkeit und unabhängig von allen anderen Paketen erzeugt wird.
12 ist ein Blockschaubild einer Zufallspaketauswahlvorrichtung RPS gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Zufallspaketauswahlvorrichtung RPS umfasst einen Zufallsimpulszähler RPC und ein geeignetes Pufferregister BRG. Für ihren Betrieb verwendet die Zufallspaketauswahlvorrichtung RPS eine Zufallsimpulsfolge RAN mit ausreichend hoher Impulsrate. Eine Zufallsimpulsfolge RAN kann durch eine geeignete Quelle eines dem Fachmann an sich bekannten Typs ausgegeben werden.
Der Zufallsimpulszähler RPC zählt, mit zyklischem Überlauf, Zufallsimpulse, die in der Zufallsimpulsfolge RAN vorkommen. Ein Paket-Ende(EOP)-Impuls, der in den Lasteingang LI des Pufferregisters BRG eingespeist wird, führt die Übertragung des aktuellen Zustands des Zufallsimpulszählers RPC in das Pufferregister BRG aus. Dieser Zustand des Zufallsimpulszählers RPC ist eine M-Bit-Zufallszahl, die gleichmäßig über alle Zustände des Zufallsimpulszählers RPC verteilt wird, und zwar ungeachtet der Statistik der zugrunde liegenden Zufallsimpulsfolge RAN.
Die in dem Pufferregister BRG gespeicherte M-Bit-Zufallszahl wird dann von dem Zustandsdecoder STD verwendet, um zu bestimmen, welches der verfügbaren 2^M primären Impulspakete während eines bestimmten Zyklus' des Folgezustandsmoduls SSM erzeugt wird. Das System ist dafür konfiguriert, in einer solchen Weise zu arbeiten, dass der Wert 2^M gleich der Gesamtzahl von primären Impulspaketen ist, die in dem Prozess des Erzeugens einer zusammengesetzten Impulsfolge CPT verwendet wird.
Wenn keine Zufallsimpulsfolge RAN verfügbar ist, oder wenn die Impulsrate in der verfügbaren Zufallsimpulsfolge RAN zu niedrig ist, um eine gleichmäßige Verteilung der Zustände des Zufallsimpulszählers RPC zu gewährleisten, so kann das Pufferregister BRG mit einer Zufallszahl geladen werden, die durch einen separaten Zufallszahlgenerator eines dem Fachmann an sich bekannten Typs ausgegeben wird.
13 ist ein Blockschaubild eines weiteren Systems zum Erzeugen zusammengesetzter Impulsfolgen gemäß der vorliegenden Erfindung. Das System umfasst ein Folgezustandsmodul SSM, einen Zustandsdecoder STD, eine Quelle von Zufalls-Bits SRB, ein Speicherregister REG und einen Taktgenerator CKG. Es wird angenommen, dass die Quelle SRB Zufalls-Bits parallel mit einer ausreichend hohen Rate ausgibt. Eine geeignete Quelle von Zufalls-Bits ist dem Fachmann geläufig.
Die benötigte Anzahl NR unterscheidbarer Zustände des Folgezustandsmoduls SSM lässt sich bestimmen aus: NR = Lmax + (TRE + TRAmax)/TCLKwobei L_max die Spanne des längsten primären Impulspaketes ist, T_RE die Dauer der regelmäßigen Lücke ist, T_RAmax die Dauer der längsten Zufallslücke ist und T_CLK die Taktperiode ist. Darum ist die kleinste Anzahl K1 von Flipflops, die von dem Folgezustandsmodul SSM verwendet wird, gleich der kleinsten ganzen Zahl, die folgende Ungleichung erfüllt: K1 ≥ log2NRWenn zum Beispiel L_max = 36, T_RE/T_CLK = 33 und T_RAmax/T_CLK = 31, so ist NR = 100, und die resultierende kleinste Anzahl von benötigten Flipflops K1 = 7.
Die Funktion des Folgezustandsmoduls SSM kann durch einen herkömmlichen binären Zähler, durch ein Schieberegister mit einer geeigneten Rückkopplung oder durch eine ähnliche Folgezustandsmaschine, die dem Fachmann geläufig ist, implementiert werden.
Während des Systembetriebes ändert das Folgezustandsmodul SSM seinen Zustand nacheinander an den Zeitpunkten, die durch Taktimpulse CLK bestimmt werden, die von dem Taktgenerator CKG ausgegeben werden. Das Folgezustandsmodul SSM kann jederzeit auf seinen Anfangszustand zurückgesetzt werden, indem ein geeignetes Signal in den Rücksetzungseingang RI eingespeist wird. Ein Rücksetzen des Folgezustandsmoduls SSM führt zu einer Verkürzung des SSM-Grundzyklus', der NR-Zustände umfasst.
Der Zustandsdecoder STD hat K1 binäre Eingänge, die durch das Folgezustandsmodul SSM angesteuert werden, und auch M1 binäre Eingänge, die durch die Quelle von Zufalls-Bits SRB über ein Speicherregister REG angesteuert werden. Zufalls-Bits, die parallel von der Quelle SRB ausgegeben werden, können als M1 Komponenten eines binären Vektors BV angesehen werden. Das System ist dafür konfiguriert, in einer solchen Weise zu arbeiten, dass die Anzahl 2^M1 verschiedener Realisierungen des BV gleich der Anzahl aller zu verwendender randomisierter Impulspakete ist. Eine zusammengesetzte Impulsfolge erscheint am Ausgang CPT des Zustandsdecoders STD.
Wenn zum Beispiel zwei verschiedene Impulspakete und auch ihre zeitverkehrten Reproduktionen verfügbar sind, und wenn die Anzahl verschiedener Zufallsverzögerungen 32 ist, so ist die Gesamtzahl von randomisierten Impulspaketen, die gleich der Anzahl von binären Vektoren ist, 4 × 32 = 128; darum ist M1 = 7.
Wenn ein Zyklus-Ende(EOC)-Impuls in den Lasteingang LI des Registers REG eingespeist wird, so wird ein M1-Bit-Vektor BV von der Quelle SRB zu dem Register REG übertragen. Dann wird der Vektor BV in dem Register REG für die Dauer des entsprechenden Zyklus' des Systembetriebes gespeichert. Jeder binäre Vektor BV übermittelt alle Informationen bezüglich des zu erzeugenden randomisierten Impulspaketes, d. h. sowohl die Informationen zur Paketstruktur als auch zur Dauer der anzuhängenden Lücke. Diese Informationen in Verbindung mit dem Zustand des Folgezustandsmoduls SSM, die in den K1 binären Ausgängen des Folgezustandsmoduls SSM enthalten sind, werden von dem Zustandsdecoder STD während jedes Zyklus' des Systembetriebes verwendet. Während der binäre Vektor BV während jedes Zyklus' unverändert bleibt, ändert sich der Zustand des Folgezustandsmoduls SSM der Reihe nach mit jedem Taktimpuls. Im Allgemeinen unterscheidet sich die Dauer jedes Zyklus' aufgrund der Veränderlichkeit der Zufallslücke.
Während jedes Zyklus' des Systembetriebes:

1. erzeugt der Zustandsdecoder STD eines der verfügbaren Impulspakete;
2. hängt der Zustandsdecoder STD an das ausgewählte Impulspaket eine der Realisierungen einer Zufallslücke an;
3. ergänzt der Zustandsdecoder STD die auf diese Weise konstruierte Realisierung eines randomisierten Impulspaketes um eine deterministische Lücke;
4. erzeugt der Zustandsdecoder STD einen Zyklus-Ende(EOC)-Impuls, der dafür verwendet wird, das Folgezustandsmodul SSM auf seinen Anfangszustand zurückzusetzen und auch einen neuen binären Vektor BV in das Speicherregister REG zu laden.

Um die oben genannten Funktionen auszuführen, verarbeitet der Zustandsdecoder STD gemeinsam M1 Bits von BV und K1 Bits, die jeden Zustand des Folgezustandsmoduls SSM darstellen, um in jedem Taktimpulsmoment zu entscheiden, ob:

1. ob eine "0" oder eine "1" am CPT-Ausgang zu erzeugen ist;
2. ob eine "0" oder eine "1" am EOC-Ausgang zu erzeugen ist.

Alle Funktionen des Zustandsdecoders STD können durch eine kombinatorische Logik oder durch einen in geeigneter Weise programmierten Nurlesespeicher implementiert werden.
Um das Logik-Design des Zustandsdecoders STD in der Konfiguration von 13 zu veranschaulichen, nehmen wir an, dass das System ein einzelnes Impulspaket und sein Spiegelbild verwenden soll, die durch die eine bzw. die andere der zwei folgenden binären Sequenzen dargestellt werden: 100110000101 und 101000011001
Darum ist N = 5, und die Paketspanne L = 12. Nehmen wir des Weiteren an, dass die Spanne einer regelmäßigen Lücke T_RE/T_CLK = 9 ist, und die Spanne der Zufallslücke T_RA/T_CLK kann einen der vier Werte 0, 1, 2 oder 3 annehmen.
Die Basisparameter des Zustandsdecoders STD sind folgende:

1. Die Anzahl NR der benötigten SSM-Zustände wird ermittelt aus: NR = Lmax + (TRE + TRAmax)/TCLK = 12 + 9 + 3 = 24
2. Die Anzahl von Bits, die zum Darstellen von 24 Zuständen benötigt werden, K1 = 5.
3. Die Gesamtzahl an randomisierten Paketen 2 × 4 = 8 = 2^M1.
4. Die Anzahl der Komponenten in dem binären Vektors BV, M1 = 3.
5. Die Anzahl der Eingänge des Zustandsdecoders STD, K1 + M1 = 5 + 3 = 8.

Nehmen wir an, dass der binäre Vektor BV = (B2, B1, B0) die folgende Struktur hat:
B2 = 0 entspricht dem Impulspaket 100110000101, und B2 = 1 entspricht seinem Spiegelbild 101000011001. Die Bits (B1, B0) sind die binäre Darstellung des Zufallsverschiebungswertes. Zum Beispiel stellt (1,0) 2 dar, und (1,1) stellt 3 dar.

Die Wahrheitstabelle für die kombinatorische Logik des Zustandsdecoders STD ist in Tabelle 1 zusammengefasst. Weil angenommen wird, dass die Rücksetzungsoperation asynchron ist, finden der Anfangszustand und der vorangehende Zyklus-Ende-Zustand während einer einzelnen Taktperiode T_CLK statt. Folglich wird die Gesamtzahl der benötigten SSM-Zustände um eins auf 25 erhöht. Die 25 Zustände sind von 0 bis 24 nummeriert. Zustand "0" bezeichnet den Anfangszustand. Tabelle 1

Binärwort BV			Zustände des Folgezustandsmoduls, für die
B2	B1	B0	CPT = 1					EOC = 1
0	0	0	1	4	5	10	12	21
0	0	1	1	4	5	10	12	22
0	1	0	1	4	5	10	12	23
0	1	1	1	4	5	10	12	24
1	0	0	1	3	8	9	12	21
1	0	1	1	3	8	9	12	22
1	1	0	1	3	8	9	12	23
1	1	1	1	3	8	9	12	24

Für B2 = 0 erzeugt der Zustandsdecoder STD nur dann eine "1" an seinem CPT-Ausgang, wenn das Folgezustandsmodul SSM einen der Zustände 1, 4, 5, 10, 12 annimmt. Jedoch erscheint für B2 = 1 nur dann eine "1" am CPT-Ausgang, wenn das Folgezustandsmodul SSM einen der Zustände 1, 3, 8, 9, 12 annimmt. Auf jedes Impulspaket folgt eine Kette von Nullen, die kombinierte regelmäßige und zufällige Lücken darstellen.
Der EOC-Ausgang erzeugt eine "1", wenn des Zyklus des Folgezustandsmoduls SSM, der durch einen bestimmten BV spezifiziert wurde, vollendet wurde.

Tabelle 2 zeigt ein Beispiel der kompletten Wahrheitstabelle für den Zustandsdecoder STD für den binären Vektor BV = (0, 1, 0). In diesem Fall ist B2 = 0, und die Spanne einer Zufallslücke ist gleich zwei. Darum gibt es elf Nullen, die an das Impulspaket angehängt sind: neun Nullen, welche die regelmäßige Lücke darstellen, und zwei Nullen, welche die Zufallslücke darstellen. Sobald Zustand "23" erreicht ist, wird das Folgezustandsmodul SSM auf den Anfangszustand "0" zurückgesetzt. Weil angenommen wird, dass der Rücksetzungseingang RI den synchronen Betrieb des Folgezustandsmoduls SSM außer Kraft setzt, erfolgen beide Zustände "23" und "0" während einer einzelnen Taktperiode T_CLK. Tabelle 2

SSM-Zustände	CPT	EOC
0	0	0	SSM-Anfangszustand "0"
1	1	0
2	0	0
3	0	0
4	1	0
5	1	0
6	0	0
7	0	0
8	0	0
9	0	0
10	1	0
11	0	0
12	1	0
13	0	0
14	0	0
15	0	0
16	0	0
17	0	0
18	0	0
19	0	0
20	0	0
21	0	0
22	0	0
23	0	1	Sprung zum SSM-Anfangszustand "0"

14 ist ein Blockschaubild eines weiteren Systems zum Erzeugen zusammengesetzter Impulsfolgen gemäß der vorliegenden Erfindung. Das System umfasst einen Impulszähler PCT, einen Zustandsdecoder STD, eine Quelle von Zufalls-Bits SRB, ein Speicherregister REG und einen Taktgenerator CKG. Es wird angenommen, dass die Quelle SRB Zufalls-Bits parallel mit einer ausreichend hohen Rate ausgibt. Eine geeignete Quelle von Zufalls-Bits ist dem Fachmann geläufig.
Die benötigte Anzahl NR unterscheidbarer Zustände des Impulszählers PCT kann anhand von NR = Lmax + (TRE + TRAmax)/TCLK bestimmt werden, wobei L_max die Spanne des längsten primären Impulspaketes ist, T_RE die Dauer der regelmäßigen Lücke ist, T_RAmax die Dauer der längsten Zufallslücke ist und T_CLK die Taktperiode ist. Darum ist die kleinste Anzahl K1 von Flipflops, die von dem Impulszähler PCT verwendet werden soll, gleich der kleinsten ganzen Zahl, die folgende Ungleichung erfüllt: K1 ≥ log2NR
Im Allgemeinen gibt es (2^K1 – NR) redundante Zustände, die zu beseitigen sind. Unter den NR unterscheidbaren Zuständen gibt es N zuvor festgelegte Zustände, welche die Positionen von Impulsen in jedem zu erzeugenden Impulspaket darstellen.
Während des Systembetriebes ändert der Impulszähler PCT seinen Zustand nacheinander an Zeitpunkten, die durch Taktimpulse CLK bestimmt werden, die von dem Taktgenerator CKG ausgegeben werden. In jedem Zyklus des Systembetriebes beginnt der Impulszähler PCT das Zählen von Taktimpulsen CLK ab einem Anfangszustand, der durch V Bits definiert wird, die von der Quelle SRB ausgegeben werden. Der Anfangszustand des Impulszählers PCT wird eingestellt, indem ein Zyklus-Ende(EOC)-Impuls in den Vorladeeingang PI des Impulszählers PCT eingespeist wird.
Wenn die Zufallslücke ihren größten Wert T_RAmax annimmt, so beginnt der Zählprozess ab einem Zustand, der als Zustand "0" bezeichnet wird. Jedoch beginnt für kleinere Werte von T_RA das Impulszählen ab einem der Zustände, die auf den Zustand "0" folgen. Darum schreitet, bevor jeder Zyklus beginnt, der Impulszähler PCT um eine Zufallszahl von Taktimpulsen voran. Die Anzahl verschiedener Anfangszustände des Impulszählers PCT, welche die gleiche ist wie die Anzahl verschiedener Realisierungen der Zufallslücke, ist gleich 2^V. In dieser Anordnung bildet eine Realisierung der Zufallslücke eine Präambel zu dem Impulspaket, weil sie vor dem Anfangsimpuls des Paketes erfolgt. Die regelmäßige Lücke T_RE kann vor oder hinter dem Impulspaket liegen, oder sie kann in Teile geteilt und in geeigneter Weise innerhalb der Gesamtzyklusdauer (T_RA + L·T_CLK + T_RE) verteilt werden.
Der Zustandsdecoder STD hat K1 binäre Eingänge, die durch den Impulszähler PCT angesteuert werden, und auch U binäre Eingänge, die durch die Quelle von Zufalls-Bits SRB über das Speicherregister REG angesteuert werden. Die U Bits, die parallel von der Quelle SRB ausgegeben werden, bestimmen das Paketauswahl(PS)-Binärwort. Das System ist dafür konfiguriert, in einer solchen Weise zu arbeiten, dass die Anzahl 2^U verschiedener PS-Wörter gleich der Anzahl aller zu verwendenden primären Impulspakete ist.
Der Zustandsdecoder STD hat zwei Ausgänge: Ein Ausgang CPT gibt eine zusammengesetzte Impulsfolge aus, während der andere einen Zyklus-Ende(EOC)-Impuls erzeugt. Bevor jeder neue Zyklus beginnt, wird der EOC-Impuls dafür verwendet, den PCT-Anfangszustand voreinzustellen und ein aktuelles PS-Binärwort in das Register REG zu laden.
Andere Aspekte der Funktionsweise dieser Implementierung des Generators einer zusammengesetzten Impulsfolge ähneln denen, die für die anderen oben besprochenen Implementierungen gelten.
15 ist ein Blockschaubild einer modifizierten Version des Systems von 9, wobei das Folgezustandsmodul SSM unter Verwendung eines umkehrbaren Zählers RCT implementiert ist. Die Zählrichtung wird durch den Zustand eines Aufwärts/Abwärts-Steuereingangs U/D eingestellt, der einen Einzelbit-Ausgang der Zufallspaketauswahlvorrichtung RPS empfängt. Die übrigen M-1 Ausgänge bilden einen Paketauswahleingang PS des Zustandsdecoders STD, in diesem Fall ein Nurlesespeicher.
Der Zähler RCT, der durch Taktimpulse angesteuert wird, die durch den Ausgang CRG des Zufallslückengenerators RGG erzeugt werden, speist nacheinander Teiladressen in den Speicher STD ein. Jede Teiladresse, die K Bits umfasst, wird um M-1 Hilfsbits ergänzt, die von dem Paketauswahleingang PS bereitgestellt werden. Die auf diese Weise gebildete vollständige Adresse wird zum Zugreifen auf entsprechende Speicherzellen verwendet, die binäre Muster speichern, die benötigte Impulspakete darstellen. Je nach der Zählrichtung, die durch den Zustand des Aufwärts/Abwärts-Steuereingangs U/D eingestellt wird, erscheinen die Teiladressen in aufsteigender oder in absteigender Reihenfolge. Infolge dessen erzeugt der Speicher STD an seinem Ausgang CPT Impulssequenzen, die ein Impulspaket bzw. sein Spiegelbild bilden.
Wenn der PS-Eingang geändert wird, so erzeugt der Speicher STD an seinem Ausgang CPT je nach der Zählrichtung ein anderes primäres Impulspaket oder sein Spiegelbild. Das System ist dafür konfiguriert, so zu arbeiten, dass die Anzahl 2^M-1 verschiedener PS-Eingangswerte gleich der Anzahl primärer Impulspakete ist, die in dem Speicher STD gespeichert sind. Durch Verwenden eines umkehrbaren Zählers ist es möglich, zeitverkehrte Reproduktionen von Impulspaketen abzuleiten, ohne beide Versionen speichern zu müssen.
Die vorangegangene Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung diente dem Zweck der Veranschaulichung und Beschreibung. Sie soll weder erschöpfend sein, noch soll sie die Erfindung auf die exakte offenbarte Form beschränken. Vor dem Hintergrund der vorangegangenen Beschreibung versteht es sich, dass viele Änderungen, Modifikationen und Variationen es dem Fachmann ermöglichen, die Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen zu nutzen, die an den konkreten in Betracht gezogenen Verwendungszweck angepasst sind. Zum Beispiel könnte jede der beschriebenen Ausführungsformen modifiziert werden, indem auf die Verwendung zeitverkehrter Reproduktionen und/oder die Zufallsauswahl zwischen verschiedenen Arten von Impulsfolgen verzichtet wird, solange die übrigen Merkmale ein adäquates System ermöglichen.
In den oben beschriebenen Anordnungen wird jedes Impulspaket aus einem Satz Impulspakete zufällig ausgewählt, und dann steht es sofort zur Auswahl als die nächste Impulsfolge zur Verfügung. Oder anders ausgedrückt: Jede Auswahl aus dem Satz erfolgt mit sofortiger Ersetzung. Dies ist bevorzugt, aber nicht ausschlaggebend. Die Impulsfolgen könnten auch in einer zufälligen Sequenz ohne Ersetzung ausgewählt werden, bis alle verwendet wurden, oder die ausgewählten Impulspakete könnten nach jeweils n Auswahlen ersetzt werden, wobei n eine zuvor festgelegte ganze Zahl ist.
Jedes der impulserzeugenden Systeme der oben beschriebenen Ausführungsformen kann als der Impulsgenerator PGR in einem Hindernisdetektionssystem verwendet werden, wie es in 1 gezeigt ist. Ein solches System kann auf einer beweglichen Plattform (wie zum Beispiel einem Land- oder Wasserfahrzeug) montiert werden, oder es kann auf einer stationären Plattform montiert werden, um die Annäherung eines beweglichen Objekts zu detektieren. Das System kann ein Kollisionswarnsystem sein, das dafür konfiguriert ist, in Reaktion auf das Detektieren eines Objekts ein Warnsignal auszugeben. Zusätzlich oder alternativ kann das System eine Entfernungsmesshilfe sein, die ein Mittel, wie zum Beispiel die Anordnung von 2, zum Detektieren der Entfernung eines Hindernisses und zum Erzeugen eines Signals, das die Entfernung anzeigt, aufweist.
Der Begriff "zufällig" beinhaltet im vorliegenden Text, ohne darauf beschränkt zu sein, nicht nur rein zufällige, nicht-deterministisch erzeugte Signals, sondern auch pseudo-zufällige und/oder deterministische Signale, wie zum Beispiel der Ausgang einer Schieberegisteranordnung, die mit einer Rückkopplungsschaltung ausgestattet ist, wie sie im Stand der Technik zum Erzeugen von pseudo-zufälligen Binärsignalen und chaotischen Signalen verwendet wird.
Die im vorliegenden Text beschriebenen Ausführungsformen können unter Verwendung dedizierter Hardware, die zum Beispiel digitale Signalprozessoren enthält, oder unter Verwendung von in geeigneter Weise programmierten Allzweckcomputern implementiert werden.

Claims

Impulserzeugungsvorrichtung zum Erzeugen einer Sequenz von Impulspaketen, wobei jedes Paket Zwischenimpulsabstände aufweist, die so gestaltet sind, dass nur eine geringe Anzahl von Impulsübereinstimmungen zwischen dem Paket und seiner Reproduktion, die um mehr als eine Impulsdauer zeitverschoben ist, auftreten würde, wobei das Paket eine Autokorrelationsfunktion aufweist, die für alle Verzögerungen, die größer als eine einzelne Impulsdauer sind, einen Wert hat, der wesentlich kleiner ist als der Maximalwert bei einer Verzögerung von null; dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung des Weiteren einen Zufallslückengenerator (RGG; MRGG) zum zufälligen Auswählen der Dauer von Intervallen zwischen den Impulspaketen umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei mindestens eines der Impulspakete eine zeitverkehrte Reproduktion eines anderen der Impulspakete ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei mehrere der Impulspakete zeitverkehrte Reproduktionen von anderen der Impulspakete sind.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, wobei jedes Impulspaket in Reaktion auf einen Zähler (RCT) erzeugt wird, der aufeinanderfolgende Zustände annimmt, wobei die Vorrichtung ein Mittel (RPS) enthält, das dazu dient, für jedes Impulspaket die Arbeitsrichtung des Zählers nach dem Zufallsprinzip auszuwählen.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei jedes Impulspaket nach dem Zufallsprinzip aus einem Satz zuvor festgelegter Impulspakete auswählt.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei das ausgewählte Impulspaket in dem Satz nach jeder Auswahl ersetzt wird.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Zwischenimpulsabstände so gestaltet sind, dass höchstens eine einzige Impulsübereinstimmung zwischen dem Paket und seiner Reproduktion, die um mehr als eine Impulsdauer zeitverschoben ist, auftreten würde.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Zufallslückengenerator (RGG; MRGG) dafür konfiguriert ist, die Dauer der Intervalle nach dem Zufallsprinzip so auszuwählen, dass sie eine gleichmäßige Verteilung aufweisen.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Zufallslückengenerator (RGG; MRGG) dafür konfiguriert ist, die Dauer der Intervalle nach dem Zufallsprinzip so auszuwählen, dass das kleinste Intervall maximal so groß ist wie die Länge des längsten Impulspaketes.
Hindernisdetektionsvorrichtung zur Verwendung in einer Mehrnutzerumgebung, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: eine Impulserzeugungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche zum Erzeugen von Sequenzen von Impulspaketen, ein Mittel (TEL) zum Senden von Signalen, die durch die Impulspakete moduliert wurden, ein Empfangsmittel (REL) zum Empfangen von Reflexionen der gesendeten Signale, und ein Verarbeitungsmittel (PCP) zum Korrelieren der Impulspakete mit den empfan genen Signalen, um das Vorhandensein oder das Fehlen von Hindernissen zu detektieren.
Hindernisdetektionsvorrichtung nach Anspruch 10, die ein Mittel zum Erzeugen eines Signals enthält, das die Entfernung eines detektierten Objekts anzeigt.
Hindernisdetektionsvorrichtung nach Anspruch 10 zur Verwendung in einem Land- oder Wasserfahrzeug zum Detektieren möglicher Zusammenstöße.
Kollisionswarnsystem für ein Land- oder Wasserfahrzeug, wobei das System eine Hindernisdetektionsvorrichtung nach Anspruch 12 und ein Mittel zum Erzeugen eines Warnsignals in Reaktion auf die Detektion eines Hindernisses umfasst.
Entfernungsmessungshilfsmittel für ein Land- oder Wasserfahrzeug, wobei das System eine Hindernisdetektionsvorrichtung nach Anspruch 12 und ein Mittel zum Erzeugen eines Signals, das die Entfernung eines detektierten Hindernisses anzeigt, umfasst.