專利名稱：偽隨機(jī)序列發(fā)生器及有關(guān)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及，例如，用于加密過程的偽隨機(jī)數(shù)序列的產(chǎn)生。更具體而言，本發(fā)明涉及偽隨機(jī)數(shù)序列發(fā)生器，和有關(guān)的方法，用這種方法產(chǎn)生與由所選的螺旋槳式(Windmill)多項(xiàng)式產(chǎn)生的序列對(duì)應(yīng)的偽隨機(jī)數(shù)序列。本發(fā)明進(jìn)一步涉及一種方法，利用這種方法確定基于螺旋槳式多項(xiàng)式的偽隨機(jī)序列發(fā)生器的不同配置之間的兼容性。
將面向字的存儲(chǔ)器部件用于存儲(chǔ)組成偽隨機(jī)數(shù)序列的字。將存儲(chǔ)器字的規(guī)模這樣地選取，使得在逐次迭代運(yùn)算期間由螺旋槳式產(chǎn)生器產(chǎn)生的序列部分的規(guī)模，如希望的話，可很容易地被增加，從而便于以增長(zhǎng)的速率產(chǎn)生同樣的偽隨機(jī)數(shù)序列，相應(yīng)于可選擇的兼容的螺旋槳式發(fā)生器結(jié)構(gòu)。
通過本發(fā)明一種實(shí)施方案的操作產(chǎn)生的偽隨機(jī)數(shù)序列便于作為對(duì)在無(wú)線電鏈路例如在蜂窩通信系統(tǒng)的移動(dòng)終端和無(wú)線電基站之間組成的無(wú)線電鏈路上通信的數(shù)據(jù)加密的系統(tǒng)的部件來(lái)使用。通過本系統(tǒng)的一種實(shí)施方案的操作產(chǎn)生的偽隨機(jī)數(shù)序列也便于使用在擴(kuò)譜(例如，碼分多址)通信中，在自動(dòng)測(cè)距系統(tǒng)中，在話音信號(hào)壓縮方法中，和在雷達(dá)系統(tǒng)中。
背景技術(shù)：
一種通信系統(tǒng)能夠通過通信信道方法在發(fā)送站和接收站之間傳送信息。在有線通信系統(tǒng)中，通信信道是由發(fā)送和接收站之間的固定連接組成的，而在無(wú)線電通信系統(tǒng)中，通信信道組成電磁頻譜的一部分。因?yàn)榻M成一個(gè)無(wú)線電通信系統(tǒng)的發(fā)送和接收站之間的通信信道不需要固定的連接，故當(dāng)在發(fā)送和接收站之間的固定連接不切實(shí)際是，進(jìn)行通信是可能的。
數(shù)字通信系統(tǒng)是一種通信系統(tǒng)、在其中由發(fā)送站傳送到接收站的信息是被數(shù)字化的。數(shù)字通信系統(tǒng)既可在有線通信系統(tǒng)中實(shí)施也可在無(wú)線電通信系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。數(shù)字通信系統(tǒng)允許更有效的利用在發(fā)送和接收站之間延伸的通信信道，從而允許增加通信系統(tǒng)的通信容量超過常規(guī)的，模擬通信系統(tǒng)。
在發(fā)送和接收站之間的通信有時(shí)希望是私人性質(zhì)的。這就是說，發(fā)送和接收通信信號(hào)的各方只指望發(fā)送和接收方才能訪問通信信號(hào)的信息內(nèi)容。尤其是當(dāng)通信信道是無(wú)線電通信系統(tǒng)的無(wú)線電通信信道時(shí)，在發(fā)送和接收站之間的通信的隱私成為問題。因?yàn)闊o(wú)線電信道原本是公共性質(zhì)的，在無(wú)線電通信信道上發(fā)送的通信信號(hào)可被通信信號(hào)范圍內(nèi)并調(diào)諧到該無(wú)線電信道的接收站檢測(cè)到。例如，一個(gè)非授權(quán)方能夠?qū)o(wú)線電接收機(jī)調(diào)諧到發(fā)送通信信號(hào)的無(wú)線電信道的頻率上，從而接收該通信信號(hào)。在非授權(quán)方獲得到有線通信信道的入口的情況下，在有線通信系統(tǒng)中也涉及類似的安全問題。
一種改進(jìn)通信系統(tǒng)中通信安全的方法是將信息加密，使通信信號(hào)成為加密形式。如果只有授權(quán)方能將加密的通信信號(hào)解密，非授權(quán)方不可能辨別在通信信道上發(fā)送的通信信號(hào)的信息內(nèi)容。從而使通信隱私較好地得到保證。
數(shù)字信息信號(hào)尤其適用于加密方法。數(shù)字信息信號(hào)由位序列組成，如果希望的話，可在發(fā)送站在通信信道上發(fā)送以前將信息信號(hào)的每一位編碼為加密形式。一個(gè)非授權(quán)方，沒有信息信號(hào)被加密所用方法的知識(shí)是不可能對(duì)接收信號(hào)解密以恢復(fù)所發(fā)送信號(hào)的信息內(nèi)容的。只有能夠?qū)用苄盘?hào)解密的接收站才能夠恢復(fù)接收信號(hào)的信息內(nèi)容。
將各種方法用于對(duì)數(shù)字信息信號(hào)加密。例如在蜂窩通信中所用的一種典型的加密方案利用一種這樣的加密方法，其中將信息信號(hào)的數(shù)字化位與由偽隨機(jī)序列發(fā)生器產(chǎn)生的偽隨機(jī)序列組合。在一種對(duì)稱加密技術(shù)中，偽隨機(jī)序列發(fā)生器能夠與對(duì)于發(fā)送站和授權(quán)接收站來(lái)說是已知的密鑰使用。該密鑰用于在授權(quán)接收站對(duì)在此接收到的加密信號(hào)解密，從而恢復(fù)所發(fā)送信號(hào)的信息內(nèi)容。
偽隨機(jī)數(shù)序列有時(shí)通過螺旋槳式多項(xiàng)式的計(jì)算得到。將用這種方式組成的偽隨機(jī)數(shù)序列，無(wú)論硬件或軟件實(shí)施的結(jié)構(gòu)，有時(shí)稱為螺旋槳式發(fā)生器。由螺旋槳式發(fā)生器產(chǎn)生的輸出位組成偽隨機(jī)數(shù)序列，將其特別用于對(duì)信息信號(hào)加密。螺旋槳式發(fā)生器直接與所選的，在某個(gè)有限域GF(q)上的本原多項(xiàng)式有關(guān)。當(dāng)q=2時(shí)，將有限域GF(q)稱為二元狀態(tài)，在數(shù)字通信中特別重要。由于對(duì)多項(xiàng)式的許多約束，可以導(dǎo)出螺旋槳式發(fā)生器的本原多項(xiàng)式的數(shù)目是有限的。特別是在二元狀態(tài)的情況下，為了使產(chǎn)生輸出所需的處理運(yùn)算為最少，當(dāng)要求多項(xiàng)式只呈現(xiàn)少量非零系數(shù)時(shí)，可用于組成螺旋槳式多項(xiàng)式的合適的多項(xiàng)式數(shù)目是有限的。一個(gè)多項(xiàng)式非零系數(shù)的數(shù)目被稱為該多項(xiàng)式的權(quán)。
列舉本原多項(xiàng)式的表是存在的，例如，對(duì)于GF(2)的二元狀態(tài)，帶有三或五個(gè)非零系數(shù)和直到5000次的本原多項(xiàng)式。
由權(quán)=3的二元螺旋槳式多項(xiàng)式產(chǎn)生的輸出，在此有時(shí)稱為“n元組”，的隨機(jī)性一般是差的，所以為了增加輸出的隨機(jī)性，需要高權(quán)的多項(xiàng)式。但這種改進(jìn)的隨機(jī)性是以增加處理需要為代價(jià)的?，F(xiàn)有的表不可能始終用于選擇對(duì)導(dǎo)出偽隨機(jī)數(shù)序列合適的螺旋槳式多項(xiàng)式，因?yàn)檫@些現(xiàn)有的表并不一定示出所有帶有所選的，例如，三或五個(gè)非零系數(shù)的螺旋槳式多項(xiàng)式。尤其是當(dāng)將偽隨機(jī)數(shù)序列用于加密過程時(shí)，在有限域GF(2)上所選次數(shù)的所有螺旋槳式多項(xiàng)式的知識(shí)是有價(jià)值的。但得出這些知識(shí)的方法還沒有可用的。通常，代替的是執(zhí)行一種搜索過程，包括一種對(duì)本原性的測(cè)試，例如Knuth A11anen試驗(yàn)。
取自通常的螺旋槳式發(fā)生器的葉片是由發(fā)生器組成的輸出，也就是n元組的位規(guī)模的決定因素。因?yàn)殡S著以增加的處理速度的處理設(shè)備的相繼產(chǎn)生使處理能力得到改進(jìn)，具有較多數(shù)量葉片的通常的螺旋槳式發(fā)生器越來(lái)越成為切實(shí)可行。具有增加葉片數(shù)目的螺旋槳式發(fā)生器能夠產(chǎn)生較大位規(guī)模的輸出。因此，偽隨機(jī)數(shù)序列可被更快地產(chǎn)生。
當(dāng)一種螺旋槳式發(fā)生器的配置與另一種配置的螺旋槳式發(fā)生器兼容時(shí)，每種配置的發(fā)生器產(chǎn)生相同的偽隨機(jī)數(shù)序列。通常這樣的兼容性是需要的，使得使用不同配置的螺旋槳式發(fā)生器的設(shè)備和方法都能運(yùn)行以產(chǎn)生相同的結(jié)果。
然而，沒有現(xiàn)成的方法能簡(jiǎn)單地確定不同配置螺旋槳式發(fā)生器的兼容性。通常，分離的配置之間的兼容性只可能通過將一種配置的一個(gè)初始狀態(tài)映象到另一種配置的初始狀態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)。但這樣的映象需要執(zhí)行大量的運(yùn)算。然而，特殊的螺旋槳式多項(xiàng)式允許在配置之間非常簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)換。
因此，提供一種確定可替代配置的螺旋槳式發(fā)生器兼容性的方法是有利的，利用這些發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)公共的偽隨機(jī)數(shù)序列。
提供一種簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)的螺旋槳式發(fā)生器并能產(chǎn)生偽隨機(jī)數(shù)序列，相應(yīng)于一種所選的螺旋槳式多項(xiàng)式但能按需要簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)換為可替代的配置，這也是有利的。
這是依據(jù)涉及產(chǎn)生偽隨機(jī)數(shù)序列并包含本發(fā)明的重大改進(jìn)的本背景信息提出的。
發(fā)明概述因此，本發(fā)明提供一種方法，用于確定可替代配置的螺旋槳式發(fā)生器的兼容性，利用這些發(fā)生器產(chǎn)生一種公共的偽隨機(jī)數(shù)序列。
因而，本發(fā)明進(jìn)一步方便地提供一種簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)的螺旋槳式發(fā)生器，能夠產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于一種所選的螺旋槳式多項(xiàng)式的偽隨機(jī)數(shù)序列，能按需要簡(jiǎn)單地轉(zhuǎn)換為可替代的配置。
當(dāng)初始化是所選的起始狀態(tài)時(shí)，螺旋槳式發(fā)生器的配置被識(shí)別，產(chǎn)生形成相同偽隨機(jī)數(shù)序列的n元組。被識(shí)別的配置相互具有簡(jiǎn)單的關(guān)系，也就是說，只通過以所選的關(guān)系復(fù)制初始狀態(tài)值導(dǎo)致運(yùn)用不同配置產(chǎn)生相同的偽隨機(jī)數(shù)序列來(lái)識(shí)別配置。這樣的復(fù)制方法在狀態(tài)空間的維數(shù)，也就是產(chǎn)生多項(xiàng)式的次數(shù)方面具有一次(線性)的復(fù)雜性，而不是通常將一種初始狀態(tài)映象到等效的另一種狀態(tài)所需的二次的復(fù)雜性。
在一種實(shí)施方案中，將由本發(fā)明一種實(shí)施方案的螺旋槳式發(fā)生器產(chǎn)生的偽隨機(jī)數(shù)序列用作一個(gè)分部件，將由發(fā)送站發(fā)送到接收站的信息加密。在一種示范性的實(shí)施方案中，通信系統(tǒng)構(gòu)成一種蜂窩通信系統(tǒng)，將在蜂窩通信系統(tǒng)的移動(dòng)終端和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施之間要傳送的信息通過使用由螺旋槳式發(fā)生器產(chǎn)生的偽隨機(jī)數(shù)進(jìn)行加密。對(duì)接收到的加密信號(hào)的解密也類似地利用由螺旋槳式發(fā)生器產(chǎn)生的偽隨機(jī)數(shù)序列來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而將加密信號(hào)解密。
在本發(fā)明的另一方面中，提供一種有效的方法，在特定的最大長(zhǎng)度序列和全長(zhǎng)度序列中有效地產(chǎn)生相繼的偽隨機(jī)數(shù)序列的方框。由于為了組成偽隨機(jī)數(shù)采用面向字的存儲(chǔ)器實(shí)施方案，很快地產(chǎn)生這些序列，沒有大量計(jì)算的需要。通過正確選擇存儲(chǔ)器字的規(guī)模，實(shí)現(xiàn)可替代的螺旋槳式發(fā)生器的配置，使偽隨機(jī)數(shù)序列具有向上和向下的兼容性。
在這些和其他的方面中，一種方法，和有關(guān)的設(shè)備，產(chǎn)生偽隨機(jī)數(shù)序列。一組存儲(chǔ)器元件被組成，在其中該組的每個(gè)存儲(chǔ)器元件存儲(chǔ)在此所選的字方案的存儲(chǔ)器字。每個(gè)存儲(chǔ)器元件被用初始狀態(tài)值初始化。對(duì)每個(gè)存儲(chǔ)器元件初始化的初始狀態(tài)值形成在此被存儲(chǔ)的存儲(chǔ)器字。存儲(chǔ)在至少一個(gè)存儲(chǔ)器元件中的至少一個(gè)存儲(chǔ)器字被選來(lái)組成輸出序列。該輸出序列組成偽隨機(jī)數(shù)序列的一部分。至少一個(gè)新的存儲(chǔ)器字被選來(lái)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器元件組的至少一個(gè)存儲(chǔ)器元件中。該新的存儲(chǔ)器字由存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器元件組的存儲(chǔ)器元件中所選存儲(chǔ)器字的組合組成。至少一個(gè)新的存儲(chǔ)器字在數(shù)量方面與被選來(lái)組成輸出序列的存儲(chǔ)器字的數(shù)目相對(duì)應(yīng)。
從以下簡(jiǎn)要概述的附圖，以下本發(fā)明目前最佳實(shí)施方案的詳述、和所附的權(quán)利要求可得到對(duì)本發(fā)明及其范圍更全面的了解。
附圖簡(jiǎn)述

圖1示出一種能夠產(chǎn)生三元組作為輸出的第一配置螺旋槳式發(fā)生器的功能性方框圖。
圖2示出列舉圖1中所示的螺旋槳式發(fā)生器的延時(shí)部件上的值，和在螺旋槳式發(fā)生器逐次迭代運(yùn)算形成的三元組輸出的表。
圖3示出一種能夠產(chǎn)生六元組作為輸出的第二配置螺旋槳式發(fā)生器的功能性方框圖。
圖4示出列舉圖3中所示的螺旋槳式發(fā)生器的延時(shí)部件上的值和在螺旋槳式發(fā)生器逐次迭代運(yùn)算形成的六元組輸出的表。
圖5示出用于配置圖1和3中所示的螺旋槳式發(fā)生器的初始狀態(tài)值和之間的映象，由此可使兩種配置產(chǎn)生相同偽隨機(jī)數(shù)輸出序列。
圖6示出在兩種分離的方式中確定的輸出末端元組。
圖7示出一張表，示出最高127階的螺旋槳式多項(xiàng)式和在本發(fā)明的一種實(shí)施方案運(yùn)算期間算得的v的可行值。
圖8示出一種方法的流程圖，列出確定圖7中所示的可行值的方法步驟。
圖9示出本發(fā)明一種實(shí)施方案的螺旋槳式發(fā)生器的功能性方框圖。
圖10示出圖9中所示的螺旋槳式發(fā)生器運(yùn)行期間存儲(chǔ)器字的映象。
圖11示出在圖9中所示的螺旋槳式發(fā)生器運(yùn)行期間組成新輸入字的方法。
圖12示出本發(fā)明的另一種實(shí)施方案的螺旋槳式發(fā)生器的功能性方框圖。
圖13示出本發(fā)明的另一種實(shí)施方案的另一種螺旋槳式發(fā)生器的功能性方框圖。
詳述首先參考圖1，一種示范性螺旋槳式發(fā)生器，通常用10表示，被示出，由多個(gè)延時(shí)部件12組成并被分割為v個(gè)葉片組。在此，每個(gè)葉片的葉片長(zhǎng)度Li，每個(gè)葉片v包括連到相加部件16輸入端的反饋回路14。最右邊的(如葉片v所示)被在反饋回路18中進(jìn)一步連到最左邊的葉片v。
抽頭22被從每個(gè)葉片v取得并提供給執(zhí)行置換的置換部件，在此根據(jù)由抽頭22提供的序列執(zhí)行恒等置換。由置換部件24形成的輸出序列組成在線26上產(chǎn)生的輸出末端元組，在此用S3j,S3j+1,S3j+2表示。
每個(gè)葉片v的長(zhǎng)度L被標(biāo)記為L(zhǎng)i，其中i=0,1,…,v-1。長(zhǎng)度L。到Lv-1的組由一個(gè)已知的公式確定。當(dāng)L=L0+L1+…Lv-1滿足以下等式時(shí)有特殊意義L=1 mod v(也就是L被v除的余數(shù)為1)或L=(v-1) mod v依據(jù)第一個(gè)上述的等式，由置換部件24執(zhí)行的置換可被選為恒等置換，也就是0,1,…v-1映象到0,1,…,v-1在這樣的情況下，長(zhǎng)度Li被下式包含Lo=…Lv-2=(L-1)/v,Lv-1=1+(L-1)/v在每第(L-1)/v個(gè)延時(shí)部件12以后取出輸出抽頭22。
關(guān)于第二個(gè)上述的等式，置換可被選為“逆序”，也就是0,1,…,v-1映象到v-1,v-2,…,1,0。在這些情況下，長(zhǎng)度L由下式確定Lo=…=Lv-2=(L+1)/v,Lv-1=1+(L+1)/v在每第P個(gè)延時(shí)部件12以后放上從每個(gè)葉片v取出的輸出抽頭22，其中P是一個(gè)數(shù)字，取決于最大可能兼容的v值。如果在用v構(gòu)成的螺旋槳式發(fā)生器10的初始狀態(tài)和用v’構(gòu)成的螺旋槳式發(fā)生器10的初始狀態(tài)之間存在簡(jiǎn)單的映象，使得兩個(gè)螺旋槳式發(fā)生器10產(chǎn)生相同的輸出序列，則兩個(gè)值v和v’是兼容的。也就是說，由螺旋槳式發(fā)生器10產(chǎn)生的輸出滿足等式Sj=f1Sj-1+f2Sj-2+fLS(j-L)其中對(duì)于某些數(shù)n J=n,n+1,…，其中+號(hào)被添加在有限域GF(2)和f(X)=1-f1XL-…-fL-1XL-1-fLXL。
圖2示出一張表，列出在九個(gè)時(shí)間間隔j=0-8上螺旋槳式發(fā)生器10逐次迭代運(yùn)算時(shí)延時(shí)部件12的值。表28最右邊(如示)的列列出在線22上由螺旋槳式發(fā)生器10產(chǎn)生的輸出，由于由置換部件24執(zhí)行的恒等置換，在線26上也輸出。
圖3示出一種螺旋槳式發(fā)生器，也由葉片v組成，每個(gè)具有延時(shí)部件12，反饋回路14，和相加部件16。在最右(如示)葉片v和最左(如示)葉片v之間也構(gòu)成反饋回路18。再次從葉片v取出抽頭22。在此，因?yàn)槁菪龢桨l(fā)生器10包括六個(gè)葉片v，發(fā)生器10包括六個(gè)抽頭22。執(zhí)行恒等置換的置換部件24和由此的輸出26再次被示出。
圖4示出一張表34，包含與表28類似的列舉內(nèi)容，但在此示出圖3中所示的六葉片螺旋槳式發(fā)生器延時(shí)部件12的狀態(tài)值。最右邊(如示)的列指明由抽頭22引出的值，并也在線26上產(chǎn)生。當(dāng)按序一起排列時(shí)，圖1和3中所示并在表28和34上列表顯示的螺旋槳式發(fā)生器10的輸出的比較表明它們的共同性。
圖1中所示的螺旋槳式發(fā)生器10的每個(gè)葉片v包括相同的反饋連接。同樣，圖3中所示的螺旋槳式發(fā)生器10的每個(gè)葉片v也包括相同的從螺旋槳式多項(xiàng)式f(X)導(dǎo)出的反饋連接。螺旋槳式多項(xiàng)式f(X)可用第一多項(xiàng)式部分和第二多項(xiàng)式部分改寫，即f(X)=1-f1X1-…-fL-1XL-1-XL，fi是GF(q)的元素，=b(Xv)-XL。
當(dāng)多項(xiàng)式f(X)被用這種方式重新表征時(shí)，在葉片v上的反饋由多項(xiàng)式b(X)確定。
在二元的情況下，也就是當(dāng)有限域是GF(2)時(shí)，f(X)可表示為f(X)=1+f1X1+…+fL-1XL-1+XL對(duì)于第七次的螺旋槳式多項(xiàng)式，即f(X)=X7+X6+1，
由此實(shí)現(xiàn)圖1和3中所示的螺旋槳式發(fā)生器，螺旋槳式多項(xiàng)式可被改寫如下f(X)=b(X3)+X7其中b(X)=1+X2·F(X)也可被改寫為其他的樣子，再次由兩個(gè)分離的多項(xiàng)式部分組成，例如f(X)=b(X6)+X7其中b(X)=1+X和v=6通過適當(dāng)選擇圖1和3中所示的螺旋槳式發(fā)生器中每個(gè)延時(shí)部件12的初始狀態(tài)值，可以使分離配置的螺旋槳式發(fā)生器產(chǎn)生相同的偽隨機(jī)數(shù)序列，該序列是由在各自配置的發(fā)生器10的線26上產(chǎn)生的相繼的末端元數(shù)組成的。當(dāng)一個(gè)次數(shù)L的螺旋槳式發(fā)生器10能按此操作并具有v1葉片或v2葉片，它們滿足以上提到的等式之一，也就是，1=L mod v1=L mod v2或v-1=L mod v1=L mod v2，初始狀態(tài)值的簡(jiǎn)單映象使不同配置能產(chǎn)生相同的偽隨機(jī)數(shù)序列。
圖5示出對(duì)示范性第七階螺旋槳式多項(xiàng)式的映象。最頂部(如示)用作說明初始狀態(tài)值，用字母a,b,c,d,e,f和圖1中所示的螺旋槳式發(fā)生器10的三個(gè)葉片，葉片2，葉片1，和葉片0上的X來(lái)表示。圖的最底(如示)部示出被映象到圖3所示的螺旋槳式發(fā)生器10的六個(gè)葉片v，葉片5，葉片4，葉片3，葉片2，葉片1和葉片0的初始狀態(tài)值。如圖所示的初始狀態(tài)值的映象使在圖1和3中畫出的分離配置的螺旋槳式發(fā)生器10能夠，分別產(chǎn)生相同的偽隨機(jī)數(shù)輸出序列。
當(dāng)v1-1=L mod v1,v2-1=L mod v2時(shí)，對(duì)于組成不同配置的螺旋槳式發(fā)生器的v的兼容值的簡(jiǎn)單映象可由以下等式確定，其中P，也就是第P個(gè)延時(shí)部件12，是取決于最大可能兼容的v值的一個(gè)數(shù)P=(L+1-vmax)/v，其中vmax是對(duì)于一個(gè)給定的螺旋槳式多項(xiàng)式中v的最大兼容值。
例如，當(dāng)螺旋槳式多項(xiàng)式是第十七次時(shí)，也就是f(X)=X17+X12+1，那末vmax=6和P=4。
圖6示出對(duì)于上面規(guī)定的兩種情況的輸出末端元數(shù)。在圖的最左邊(如示)部分，組成每個(gè)葉片中輸出抽頭的位取自由P指明的列中，而圖的最右邊(如示)部分示出由于小的vmax的不同值，取自不同列的輸出位。
圖7示出一張最高第127次的螺旋槳式多項(xiàng)式的表，可用于產(chǎn)生二進(jìn)制三元組的方框。每個(gè)三元組代表八個(gè)值的整數(shù)，使得可由能夠?qū)С鱿嗤穆菪龢蕉囗?xiàng)式的螺旋槳式發(fā)生器產(chǎn)生63個(gè)n元組。圖7中畫出的表進(jìn)一步示出葉片v的可行值，組成能夠產(chǎn)生相同偽隨機(jī)數(shù)序列的不同配置的螺旋槳式發(fā)生器。
圖8示出一種方法，一般用52表示，用以產(chǎn)生對(duì)于每個(gè)螺旋槳式多項(xiàng)式的可行的v值。方法52能夠?qū)τ谝环N所選的螺旋槳式多項(xiàng)式，確定一個(gè)螺旋槳式發(fā)生器可替代配置的兼容性，利用該發(fā)生器產(chǎn)生共同的偽隨機(jī)數(shù)序列。首先，如方框54所指出的那樣，所選的螺旋槳式多項(xiàng)式是用第一多項(xiàng)式部分和第二多項(xiàng)式部分來(lái)表征。也就是說，如前所描述的那樣，螺旋槳式多項(xiàng)f(X)是用b(Xv)-XL來(lái)表征的，f(X)用于本原性檢查。然后，正如由方框56所指出的那樣，第二多項(xiàng)式的表征，當(dāng)與第一多項(xiàng)式部分相加在一起時(shí)，組成所選的螺旋槳多項(xiàng)式。每個(gè)第二多項(xiàng)式部分的表征辨別一個(gè)分離配置的螺旋槳式發(fā)生器。也就是選取不同的b(Xv)值。
然后，正如方框58所表明的那樣，確定是否每個(gè)b(Xv)的表征滿足所選的準(zhǔn)則。也就是說，所選的準(zhǔn)則需要滿足或者1=L mod v或v-1=L mod v。
最后，正如方框62所表明的那樣，如果表征滿足所選的準(zhǔn)則，螺旋槳式發(fā)生器的表征被識(shí)別為兼容的可替代的配置。
圖9示出本發(fā)明的一種實(shí)施方案的螺旋槳式發(fā)生器，一般用100表示。螺旋槳式發(fā)生器100在功能上等效于圖1和3中所示的螺旋槳式發(fā)生器10，但在此是通過利用面向字的存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)的。在此，組成存儲(chǔ)器元件104堆102。每個(gè)存儲(chǔ)器元件104是所選的字長(zhǎng)，堆102是由所選數(shù)量，M，的存儲(chǔ)器元件104組成。
M的值依據(jù)以下等式之一確定M=2+(l-1)/v,M=1+(L+1)/v.
通過能夠執(zhí)行由初始化儀108，輸出序列選擇器112，和新存儲(chǔ)器字選擇器114提出的應(yīng)用程序的處理設(shè)備106的操作有選擇地對(duì)存儲(chǔ)器元件104的內(nèi)容起作用，初始化儀108能夠用初始狀態(tài)值的存儲(chǔ)器字對(duì)存儲(chǔ)器元件初始化。輸出序列選擇器112能夠使被選取的要讀出的存儲(chǔ)器字組成n元組輸出序列。和，新存儲(chǔ)器字選擇器能夠在發(fā)生器100操作期間選擇一個(gè)要寫到所選的一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)器元件104的新存儲(chǔ)器字。
圖10示出在本發(fā)明的一種實(shí)施方案操作期間對(duì)存儲(chǔ)器字的映象。一旦存儲(chǔ)器元件已被通過初始化儀108的操作用初始狀態(tài)值初始化，存儲(chǔ)器字被按圖中所示的箭頭118指明的方式迭代地推移。通過輸出序列發(fā)生器112的操作，存儲(chǔ)器字中的一個(gè)被從其存儲(chǔ)器元件中讀出并組成末端元組輸出。通過新存儲(chǔ)器字選擇器114的操作，由存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器元件104中所選的存儲(chǔ)器元件中部分存儲(chǔ)器字的所選組合組成的一個(gè)新的輸入字被寫進(jìn)一個(gè)可用的存儲(chǔ)器元件104。如圖所示，存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器元件104中的存儲(chǔ)器字成分的內(nèi)容被按列映象。通過新輸入字選擇器114的操作，一個(gè)新存儲(chǔ)器字被寫入一個(gè)可用的存儲(chǔ)器元件104。存儲(chǔ)器字的逐次推移，所選n元組的輸出，和新輸入字的組成使偽隨機(jī)數(shù)序列能由此組成。由于螺旋槳式發(fā)生器100的字定向，如果希望增加n元組輸出的數(shù)目，存儲(chǔ)在成倍數(shù)的存儲(chǔ)器元件104中的成倍數(shù)的存儲(chǔ)器字的輸出n元組可在發(fā)生器100的每個(gè)迭代操作期間輸出。
圖11示出以前在圖9和10中示出的存儲(chǔ)器元件104的堆102，在此用于說明新存儲(chǔ)器字選擇器形成要寫入一個(gè)可用存儲(chǔ)器元件的新存儲(chǔ)器字的值的方法。一旦一個(gè)存儲(chǔ)器字被輸出并組成輸出n元組，如箭頭128和132所指明的那樣，取出每個(gè)葉片的最后d個(gè)元素的值。然后，如箭頭134所指明的那樣，所組成的行通過一個(gè)位置循環(huán)地旋轉(zhuǎn)。然后，如箭頭136所指明的那樣，組成一個(gè)包括在內(nèi)的反饋。如箭頭138所指明的那樣，所組成的字按列向上推移。
圖12指明本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案的螺旋槳式發(fā)生器100。在此，再次組成一個(gè)存儲(chǔ)器元件104的堆102。其中，長(zhǎng)度M的存儲(chǔ)器字再次被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器元件中。處理設(shè)備106也能執(zhí)行由初始化器108，輸出序列選擇器112，和新存儲(chǔ)器字選擇器114提出的應(yīng)用程序。在此，在發(fā)生器100的每個(gè)迭代操作期間，不是推移存儲(chǔ)器字的內(nèi)容，而是一個(gè)新輸入字指針，在此用箭頭148表示，在組成堆102的M個(gè)字中間循環(huán)地移動(dòng)。也就是說，在存儲(chǔ)器字中循環(huán)地重新辨別新輸入字的位置。當(dāng)?shù)凸氖且粋€(gè)重要的運(yùn)行目標(biāo)時(shí)，重新定位指針148比起通過堆102推移每個(gè)存儲(chǔ)器字消耗較少能量。
圖13示出一種實(shí)施方案的螺旋槳式發(fā)生器100，與圖12中所示的類似，但其中只使用一個(gè)循環(huán)地更新的指針148并且對(duì)于數(shù)據(jù)被讀出或存儲(chǔ)的存儲(chǔ)器中字的正確位置的點(diǎn)只有一組偏置。
從而本發(fā)明的各種實(shí)施方案的操作能夠?yàn)橐粋€(gè)所選的螺旋槳式多項(xiàng)式確定兼容配置的螺旋槳式發(fā)生器。面向字的螺旋槳式發(fā)生器的實(shí)施方案也被提供，在其中只通過在發(fā)生器的逐次迭次操作期間逐次讀所選存儲(chǔ)器字，簡(jiǎn)單地組成偽隨機(jī)數(shù)序列。
以上的描述是用于實(shí)施本發(fā)明的最佳范例，本發(fā)明的范圍不應(yīng)該由本描述所限。本發(fā)明的范圍由以下的權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1．一種用于產(chǎn)生偽隨機(jī)噪聲序列的方法，所述的方法包括以下步驟組成一組存儲(chǔ)器元件，該組中的每個(gè)存儲(chǔ)器元件用于存儲(chǔ)所選字長(zhǎng)的存儲(chǔ)器字；用初始狀態(tài)值將在所述的組成步驟期間組成的每個(gè)存儲(chǔ)器元件初始化，每個(gè)存儲(chǔ)器元件被初始化所用的初始狀態(tài)值組成存儲(chǔ)其中的存儲(chǔ)器字；選擇存儲(chǔ)在至少一個(gè)存儲(chǔ)器元件中的至少一個(gè)存儲(chǔ)器字組成輸出序列，輸出序列組成偽隨機(jī)噪聲序列的部分；和選擇至少一個(gè)新存儲(chǔ)器字存入存儲(chǔ)器元件組中至少一個(gè)存儲(chǔ)器元件，新存儲(chǔ)器字由存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器元件組的存儲(chǔ)器元件中所選的存儲(chǔ)器字的組合組成，至少一個(gè)新存儲(chǔ)器字在數(shù)上與被選來(lái)組成輸出序列的存儲(chǔ)器字的數(shù)對(duì)應(yīng)。
2．如權(quán)利要求1的方法，其中偽隨機(jī)噪聲序列是對(duì)應(yīng)于由所選的次數(shù)的螺旋槳式多項(xiàng)式產(chǎn)生的值的一個(gè)值，所選的次數(shù)，至少在部分上，確定在所述的形成步驟期間組成的存儲(chǔ)器元件組的存儲(chǔ)器元件數(shù)。
3．如權(quán)利要求2的方法，其中存儲(chǔ)器元件組的存儲(chǔ)器元件數(shù)進(jìn)一步對(duì)組成每個(gè)存儲(chǔ)器字的所選的字長(zhǎng)度作出響應(yīng)。
4．如權(quán)利要求3的方法，組成存儲(chǔ)器元件的組的存儲(chǔ)器元件數(shù)與所選的次數(shù)成正比，與組成每個(gè)存儲(chǔ)器字的所選的字長(zhǎng)成反比。
5．如權(quán)利要求2的方法，其中在所述的形成步驟期間組成的存儲(chǔ)器元件組包括邏輯上鄰近的組成存儲(chǔ)器字的堆的存儲(chǔ)器元件組，存儲(chǔ)器元件堆的至少一個(gè)存儲(chǔ)器元件被選取組成輸出存儲(chǔ)器元件，其中在所述的選擇至少一個(gè)存儲(chǔ)器字的步驟期間選取的至少一個(gè)存儲(chǔ)器字包括在輸出存儲(chǔ)器元件上存儲(chǔ)的至少一個(gè)存儲(chǔ)器字。
6．如權(quán)利要求5的方法，其中邏輯上鄰近的存儲(chǔ)器元件組中相繼的存儲(chǔ)器元件確定列，和其中所述的方法包括通過存儲(chǔ)器元件堆，按列的方式推移存儲(chǔ)器字的附加步驟。
7．如權(quán)利要求6的方法，其中在所述的選擇至少一個(gè)新存儲(chǔ)器字的步驟期間選取的至少一個(gè)新存儲(chǔ)器字包括與由所選次數(shù)的螺旋槳式多項(xiàng)式產(chǎn)生的反饋值對(duì)應(yīng)的值的存儲(chǔ)器字。
8．如權(quán)利要求1的方法包括將至少一個(gè)可循環(huán)地更新的指針分配給至少所選的存儲(chǔ)器元件的附加步驟。
9．如權(quán)利要求8的方法，其中在所述的分配步驟期間所分配的至少一個(gè)可循環(huán)地更新的指針識(shí)別至少一個(gè)存儲(chǔ)器元件，在所述的選擇步驟期間選取的至少一個(gè)存儲(chǔ)器字被存儲(chǔ)在其上。
10．如權(quán)利要求9的方法，其中在所述的分配步驟期間所分配的至少一個(gè)可循環(huán)地更新的指針識(shí)別至少一個(gè)存儲(chǔ)器元件，該存儲(chǔ)器元件是在所述的選擇至少一個(gè)新存儲(chǔ)器字的步驟期間選取的，至少一個(gè)新存儲(chǔ)器字是存儲(chǔ)在其上。
11．如權(quán)利要求2的方法，其中在所述的形成步驟期間組成的每個(gè)存儲(chǔ)器元件上存儲(chǔ)的每個(gè)存儲(chǔ)器字所選的字長(zhǎng)是這樣被選取的，至少一個(gè)所選字長(zhǎng)的倍數(shù)組成一個(gè)兼容的字長(zhǎng)，其中在所述的選擇步驟期間選取的至少一個(gè)存儲(chǔ)器字包括至少一個(gè)單個(gè)存儲(chǔ)器字的倍數(shù)。
12．如權(quán)利要求1的方法，其中所述的選擇至少一個(gè)存儲(chǔ)器字組成輸出序列和選擇至少一個(gè)新存儲(chǔ)器字的步驟是迭代地實(shí)現(xiàn)的。
13．一種用于為一個(gè)所選的螺旋槳式多項(xiàng)式，確定替代配置的螺旋槳式多項(xiàng)式發(fā)生器的兼容性的方法，由此產(chǎn)生一個(gè)公共的偽隨機(jī)序列，所選的螺旋槳式多項(xiàng)式是用螺旋槳式多項(xiàng)式的次數(shù)和螺旋槳式多項(xiàng)式的權(quán)來(lái)識(shí)別。所述的方法包括以下步驟用第一多項(xiàng)式部分和第二多項(xiàng)式部分表征所選的多項(xiàng)式，第一多項(xiàng)式部分次數(shù)的第一多項(xiàng)式部分，第一多項(xiàng)式部分的次數(shù)對(duì)應(yīng)于所選的螺旋槳式多項(xiàng)式的螺旋槳式多項(xiàng)式次數(shù)。確定第二多項(xiàng)式部分的表征，當(dāng)與第一多項(xiàng)式部分相加在一起時(shí)，組成所選的螺旋槳式多項(xiàng)式，每種表征識(shí)別分離配置的螺旋槳式發(fā)生器；確定是否第二多項(xiàng)式部分的每個(gè)表征滿足所選的準(zhǔn)則；和如果表征滿足所選的準(zhǔn)則，將螺旋槳式發(fā)生器的表征識(shí)別為一種兼容的替代配置。
14．如權(quán)利要求13的方法，其中第二多項(xiàng)式部分的每個(gè)表征與一種設(shè)計(jì)指數(shù)有關(guān)，設(shè)計(jì)指數(shù)識(shí)別一個(gè)字的規(guī)模。
15．如權(quán)利要求13的方法，其中在所述的確定步驟期間作出決定是否第二多項(xiàng)式部分滿足所選的準(zhǔn)則，使用的所選的準(zhǔn)則包括等式1=L mod v，其中L是所選螺旋槳式多項(xiàng)式的次數(shù)；和v是與第二多項(xiàng)式部分有關(guān)的設(shè)計(jì)指數(shù)。
16．如權(quán)利要求13的方法，其中在所述的確定步驟期間作出決定是否每個(gè)表征都滿足該選擇的準(zhǔn)則，使用的所選準(zhǔn)則包括等式v-1=L mod v，其中L是所選螺旋槳式多項(xiàng)式的次數(shù)；和v是與第二多項(xiàng)式部分有關(guān)的設(shè)計(jì)指數(shù)。
17．一種用于產(chǎn)生偽隨機(jī)噪聲序列的偽隨機(jī)噪聲發(fā)生器，所述的偽隨機(jī)噪聲序列發(fā)生器包括一組存儲(chǔ)器元件，所述的組的每個(gè)存儲(chǔ)器元件用于存儲(chǔ)所選字長(zhǎng)的所選的存儲(chǔ)器字；一個(gè)初始化器，用于用初始狀態(tài)值對(duì)所述的組的每個(gè)存儲(chǔ)器元件初始化，對(duì)每個(gè)存儲(chǔ)器元件初始化所用的初始狀態(tài)值組成存儲(chǔ)其中的存儲(chǔ)器字；一個(gè)輸出序列選擇器，用于選擇在所述的組的至少一個(gè)存儲(chǔ)器元件中存儲(chǔ)的至少一個(gè)存儲(chǔ)器字組成一個(gè)輸出序列，輸出序列組成偽隨機(jī)噪聲序列的一部分；和一個(gè)新存儲(chǔ)器字選擇器，用于選擇至少一個(gè)新存儲(chǔ)器字存入所述組的至少一個(gè)存儲(chǔ)器元件中，新存儲(chǔ)器字由存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器元件組的存儲(chǔ)器元件中的所選存儲(chǔ)器字的組合組成，至少一個(gè)新存儲(chǔ)器字在數(shù)上與選來(lái)組成輸出序列的存儲(chǔ)器字的數(shù)對(duì)應(yīng)。
18．用于為一個(gè)所述的螺旋槳式多項(xiàng)式確定螺旋槳式多項(xiàng)式發(fā)生器替代配置的兼容性設(shè)備，用以產(chǎn)生一個(gè)公共的偽隨機(jī)序列，所選的螺旋槳式多項(xiàng)式用螺旋槳式多項(xiàng)式的次數(shù)和螺旋槳式多項(xiàng)多的權(quán)序列來(lái)識(shí)別，所述的設(shè)備包括一個(gè)連到接收所選的多項(xiàng)式的指示的表征器，所述的表征器用于通過第一多項(xiàng)式部分和第二多項(xiàng)式部分表征所選的多項(xiàng)式，第一多項(xiàng)式部分的次數(shù)的第一多項(xiàng)式部分，第一多項(xiàng)式部分的次數(shù)對(duì)應(yīng)于所選的螺旋槳式多項(xiàng)式的螺旋槳式多項(xiàng)式的次數(shù)；一個(gè)確定器，連到接收由所述的特征器組成的表征的指示，所述的確定器用于確定第二多項(xiàng)式部分的表征，當(dāng)與第一多項(xiàng)式部分加在一起時(shí)，組成所選的螺旋槳式多項(xiàng)式，每種表征識(shí)別分離配置的螺旋槳式發(fā)生器和用于確定是否第二多項(xiàng)式部分的每個(gè)表征滿足所選的準(zhǔn)則；和一個(gè)識(shí)別器，能夠?qū)λ龅拇_定器作出響應(yīng)，如果表征滿足所選的準(zhǔn)則，所述的識(shí)別器用于將螺旋槳式發(fā)生器的表征識(shí)別為一種兼容的替代配置。
全文摘要
一種用于產(chǎn)生偽隨機(jī)數(shù)序列的方法和有關(guān)設(shè)備。為所選的螺旋槳式多項(xiàng)式確定兼容配置的螺旋槳式發(fā)生器(100),通過利用面向字的存儲(chǔ)器元件(104)實(shí)現(xiàn)螺旋槳式發(fā)生器(100)。在存儲(chǔ)器元件(104)中存儲(chǔ)的字被有選擇地輸出,組成偽隨機(jī)數(shù)序列的部分。
文檔編號(hào)H04L9/22GK1299543SQ99805778
公開日2001年6月13日 申請(qǐng)日期1999年2月9日 優(yōu)先權(quán)日1998年3月6日
發(fā)明者B·J·M·斯梅茨 申請(qǐng)人:艾利森電話股份有限公司