專利名稱：用于隨機數(shù)生成器的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及隨機數(shù)生成器，更具體地，本發(fā)明涉及針對大量生產(chǎn)的無線通信設(shè)備而用于穩(wěn)定、一致、自校準隨機數(shù)生成器的方法和裝置。
背景技術(shù)：
在無線通信終端或設(shè)備中需要隨機數(shù)生成器，例如用于加密應用。然而，運行條件(諸如溫度、電壓和電流的變化)的差異和元件特性(由于元件制造、老化、存架壽命和運行壽命引起的)的差異導致現(xiàn)有的隨機數(shù)生成器具有不同的生成隨機數(shù)的性能。結(jié)果，因為作為組成部分的隨機數(shù)生成器的特性不同，進而產(chǎn)生不同的隨機數(shù)分布所以本來制造用于一致運行的同樣設(shè)備卻出現(xiàn)性能上的波動。
因此，需要隨機數(shù)生成器不管元件特性、運行條件和環(huán)境的變化，能夠一致的運行。還需要同樣制造的設(shè)備同樣的運行，并表現(xiàn)出統(tǒng)一和一致的性能。

發(fā)明內(nèi)容
所公開的實施例提供了用于生成隨機數(shù)的新穎和改進的方法和設(shè)備。一方面，在無線通信設(shè)備中使用的用于生成隨機數(shù)方法包括生成隨機數(shù)和采集所生成隨機數(shù)的采樣。該方法還包括基于所采集的采樣計算至少一個度量，諸如均值、標準偏差和/或熵，并將所述度量與相應基準值進行比較。該方法還包括基于所述比較的結(jié)果調(diào)整所述度量，使得所生成的隨機數(shù)達到期望的分布。
另一方面，一種用于生成隨機數(shù)的設(shè)備包括模擬噪聲發(fā)生器，以及用于產(chǎn)生隨機數(shù)和反饋值的硬件部件，該反饋值用于調(diào)整隨機數(shù)及其分布。該設(shè)備還包括能夠執(zhí)行指令以實施用于調(diào)整隨機數(shù)及其分布的控制算法的處理器。


通過下面結(jié)合附圖對實施例的詳細描述，本發(fā)明的特征和優(yōu)點將更加顯然，其中圖1示出了隨機數(shù)生成器的框圖；圖2示出了用于生成隨機數(shù)的流程圖；圖3示出了同樣生產(chǎn)的設(shè)備的噪聲電壓波形；圖4示出了沒有調(diào)整時同樣生產(chǎn)的設(shè)備的隨機數(shù)分布；以及圖5示出了自動調(diào)整時同樣生產(chǎn)的設(shè)備的同樣的隨機數(shù)分布。
具體實施例方式
在詳細說明幾個實施例之前，應該理解本發(fā)明的范圍不限制于以下描述中或附圖中列出的組件的結(jié)構(gòu)和布置的細節(jié)。而且，應該理解，這里使用的措辭和術(shù)語是為了描述，不應該認為其是限制性的。
圖1示出了根據(jù)一個實施例的自動自調(diào)整隨機數(shù)生成器100的框圖。隨機數(shù)生成器100通常包括模擬噪聲發(fā)生器硬件102、控制處理器硬件104、和控制處理器軟件模塊106。模擬噪聲發(fā)生器硬件102提供具有均值X和標準偏差S的正態(tài)分布的隨機模擬電壓。根據(jù)一個實施例，模擬噪聲發(fā)生器硬件102還可以包括噪聲二極管108和放大器110，用于信號波形加工。噪聲二極管可以使用在反向擊穿區(qū)，將其偏置以工作在工作特性的該部分的“膝部”。當二極管工作在該區(qū)域時，其端子處的交流電壓是在其帶寬上具有平坦頻譜密度的高斯分布。
控制處理器硬件104包括ADC(模數(shù)轉(zhuǎn)換器)112、CPU(中央處理單元)或計算機、以及DAC(數(shù)模轉(zhuǎn)換器)114和116。ADC 112基于電壓基準(V-Ref)值來量化正態(tài)分布的模擬噪聲電壓，生成隨機數(shù)。與控制軟件模塊結(jié)合的CPU基于量化噪聲電壓的采樣，例如隨機數(shù)，計算至少一個度量，調(diào)整輸入到ADC 112的基準電壓(V-Ref)和輸入到放大器110的直流偏移量，以將隨機數(shù)的分布“適應”到ADC容量的滿量程“窗口”中。該直流偏移量代表隨機數(shù)的均值X，基準電壓(V-Ref)代表隨機數(shù)的標準偏差。ADC基準電壓對應于ADC的滿刻度量化容量，即，它在ADC中設(shè)定了在不超過該轉(zhuǎn)換器量程情況下可以被量化的最大電壓值。所以，對基準電壓的調(diào)整直接正比于ADC的峰-峰電壓轉(zhuǎn)換。
根據(jù)一個實施例，控制處理器軟件模塊106對ADC 112生成的隨機數(shù)采樣進行操作，計算所選采樣的均值X和標準偏差S，分別將它們反饋回DAC 114和116。均值X用于控制ADC 112生成的隨機數(shù)的直方圖的峰值位置，如波形118所示。標準偏差S用于控制ADC112生成的隨機數(shù)的直方圖的寬度，如波形120所示。
在典型的隨機數(shù)生成器系統(tǒng)中，其中只有一些正被建立并且操作環(huán)境是準靜態(tài)的，可以通過改變它們的部分來調(diào)整這些系統(tǒng)，以獲得所有系統(tǒng)之間一致的隨機數(shù)分布。然而，在大量生產(chǎn)中，諸如移動電話，需要自動調(diào)整能力，來在大量生產(chǎn)之間和變化的操作條件下提供一致的隨機數(shù)分布。
圖2示出了根據(jù)一個實施例調(diào)整隨機數(shù)分布的流程圖。在步驟202，選擇直流偏移量和基準電壓(V-Ref)的初始值，其可能是隨機數(shù)生成器在上一次調(diào)整時獲得的最終值。在步驟204，選擇由ADC 112生成的隨機數(shù)的采樣。在步驟206，計算所選隨機數(shù)采樣的均值，并將其與基準均值進行比較。可以基于隨機數(shù)生成器的ADC位寬度選擇基準均值。例如，對于8位ADC，基準均值或期望均值應該是127，以符合期望高斯隨機數(shù)直方圖122?；鶞示?27對應于8位ADC區(qū)間的中點?；诓襟E206中的比較，在步驟208或210中通過本領(lǐng)域公知的某種線性、非線性、或自適應控制算法，調(diào)整輸入到放大器110的直流偏離量值。
同樣，在步驟212，計算所選隨機數(shù)采樣的標準偏差值，并將其與基準標準偏差值進行比較?？梢曰陔S機數(shù)生成器的精確度或ADC滿刻度值來選擇基準標準偏差值。例如，對于8位ADC 112，基準或期望標準偏差值約為42，以符合期望高斯隨機數(shù)直方圖122?；鶞蕵藴势钪?2對應于8位ADC區(qū)間的約六分之一，在ADC中提供了6σ的隨機數(shù)分布?；诓襟E212中的比較，在步驟214或216中，可以通過本領(lǐng)域公知的某種線性、非線性、或自適應控制算法，調(diào)整DAC 116的輸入。
圖3示出了由三個同樣生產(chǎn)的設(shè)備生成的三個噪聲電壓波形。這些噪聲電壓波形對應于在各放大器110的輸出端產(chǎn)生的信號。因為組成元件特性、操作條件和環(huán)境的不同，這些波形通常具有不同的均值和標準偏差值。
圖4示出了上邊結(jié)合圖3所述的三個同樣制造的設(shè)備的三個隨機數(shù)分布，其中沒有自動調(diào)整。這些隨機數(shù)分布對應于在各ADC 112的輸出端產(chǎn)生的隨機數(shù)。它們也具有不同的均值和標準偏差值。
圖5示出了上邊結(jié)合圖3所述的同樣制造的設(shè)備的三個統(tǒng)一的隨機數(shù)分布，其中有自動調(diào)整機制。這些隨機數(shù)分布對應于在各ADC112的輸出端產(chǎn)生的隨機數(shù)。它們理想地具有相同或非常接近的均值和標準偏差值，無論它們的組成元件特性、操作條件和環(huán)境的不同。
因此，這里公開的控制處理器和軟件模塊調(diào)整隨機數(shù)生成器，使許多同樣制造的設(shè)備在變化的操作條件下產(chǎn)生同樣的隨機數(shù)分布。例如，在滿足均值和σ調(diào)整標準后，認為隨機數(shù)生成器已被校準，并準備好用一致的度量提供用于所需應用的隨機數(shù)，該一致的度量在初始生產(chǎn)、環(huán)境變化和產(chǎn)品壽命周期上一致。
在另一實施例中，還可以計算額外度量，并對其進行調(diào)整以調(diào)整隨機數(shù)生成器的性能，該額外度量諸如熵，其指示在生成的隨機數(shù)中存在多少隨機性。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應該理解，可以使用各種不同技術(shù)和協(xié)議來表示信息和信號。例如，可以通過電壓、電流、電磁波、磁場或磁粒、光場或光粒、或它們的任意組合來表示上邊描述中可能指出的數(shù)據(jù)、指令、命令、信息、信號、位、符合和碼片。
本領(lǐng)域技術(shù)人員還應該注意到結(jié)合這里公開的實施例描述的各種示意性邏輯快、模塊、電路和算法步驟可以實現(xiàn)為電子硬件、計算機軟件、或兩者的組合。為了清楚地說明硬件和軟件的可交換性，在上面對各種示意性組件、塊、模塊、電路和步驟就它們的功能性進行了描述。這種功能性是否實現(xiàn)為硬件或軟件取決于特定應用和施加在整個系統(tǒng)上的設(shè)計約束。對于每個特定應用，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以用不同方式實現(xiàn)所描述的功能性，但是這種實現(xiàn)決定不應該被解釋為導致偏離本發(fā)明的范圍。
可以使用一般目的處理器、數(shù)字信號處理器(DSP)、專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)或其它可編程的邏輯器件、分立的門或晶體管邏輯、分立的硬件元件、或設(shè)計用于執(zhí)行這里所說明的各項功能的任何組合，來實現(xiàn)或執(zhí)行結(jié)合這里公開的實施例來說明的各種示例性邏輯塊、模塊以及電路。一般目的處理器可以是微處理器，但是可替換地是，該處理器可以是任何常規(guī)的處理器、控制器、微控制器或狀態(tài)機。也可以將處理器實現(xiàn)為計算設(shè)備的組合，例如DSP和微處理器、多個微處理器、與DSP核相聯(lián)合的一個或多個微處理器或任何其它這種配置的組合。
結(jié)合這里所公開的實施例說明的方法或算法的步驟可以直接具體化為硬件、由處理器執(zhí)行的軟件模塊、或者二者的組合。軟件模塊可以位于RAM存儲器、閃存、ROM存儲器、EPROM存儲器、EEPROM存儲器、寄存器、硬盤、移動盤、MS-ROM、或本領(lǐng)域已知的其它任何形式的存儲介質(zhì)中。將示例性存儲介質(zhì)連接到處理器，這使得該處理器可以從存儲介質(zhì)中讀取信息或?qū)懭胄畔??？商鎿Q地，可以將該存儲介質(zhì)集成到處理器內(nèi)。該處理器和存儲介質(zhì)可以位于ASIC內(nèi)。該ASIC可以位于用戶終端內(nèi)。可替換地，該處理器和存儲介質(zhì)可以處于用戶終端中的分立元件中。
提供所公開實施例的說明以便使本領(lǐng)域任何技術(shù)人員能夠制作或使用本發(fā)明。對于這些實施例的各種修改對于本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員是顯而易見的，并且可以不偏離本發(fā)明的精神和范圍將這里定義的一般原則應用于其它實施例，例如，應用在即時訊息服務或任何一般無線數(shù)據(jù)通信應用中。這樣，無意將本說明限制于這里所示的實施例，而是要與這里公開的原則和新特點相一致的最廣泛的范圍相符。
權(quán)利要求
1.一種在無線通信設(shè)備中使用的生成隨機數(shù)的方法，該方法包括生成隨機數(shù)；采集所述生成的隨機數(shù)的采樣；基于所述采樣計算至少一個度量；將所述度量與相應基準值進行比較；以及基于所述比較的結(jié)果調(diào)整所述度量，使得所述生成的隨機數(shù)達到期望的分布。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述度量包括均值。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述度量包括標準偏差值。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述度量包括熵值。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述調(diào)整包括通過線性算法調(diào)整所述度量。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述調(diào)整包括通過非線性算法調(diào)整所述度量。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述調(diào)整包括通過自適應算法調(diào)整所述度量。
8.一種在無線通信設(shè)備中的用于生成隨機數(shù)的設(shè)備，包括用于生成隨機數(shù)的裝置；用于采集所述生成的隨機數(shù)的采樣的裝置；用于基于所述采樣計算至少一個度量的裝置；用于將所述度量與相應基準值進行比較的裝置；以及用于基于所述比較的結(jié)果調(diào)整所述度量，使得所述生成的隨機數(shù)達到期望分布的裝置。
9.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中所述度量包括均值。
10.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中所述度量包括標準偏差值。
11.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中所述度量包括熵值。
12.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中所述用于調(diào)整的裝置包括用于通過線性算法調(diào)整所述度量的裝置。
13.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中所述用于調(diào)整的裝置包括用于通過非線性算法調(diào)整所述度量的裝置。
14.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中所述用于調(diào)整的裝置包括用于通過自適應算法調(diào)整所述度量的裝置。
15.一種具體化用于實現(xiàn)在無線通信設(shè)備中生成隨機數(shù)的方法的手段的計算機可讀介質(zhì)，該方法包括基于隨機生成數(shù)的采樣計算至少一個度量；將所述度量與相應基準值進行比較；以及基于所述比較的結(jié)果調(diào)整所述度量，使得所述生成的隨機數(shù)達到期望的分布。
16.如權(quán)利要求15所述的介質(zhì)，其中所述度量包括均值。
17.如權(quán)利要求15所述的介質(zhì)，其中所述度量包括標準偏差值。
18.如權(quán)利要求15所述的介質(zhì)，其中所述度量包括熵值。
19.如權(quán)利要求15所述的介質(zhì)，其中所述調(diào)整包括通過線性算法調(diào)整所述度量。
20.如權(quán)利要求15所述的介質(zhì)，其中所述調(diào)整包括通過非線性算法調(diào)整所述度量。
21.如權(quán)利要求15所述的介質(zhì)，其中所述調(diào)整包括通過自適應算法調(diào)整所述度量。
22.一種實現(xiàn)用于調(diào)整隨機生成數(shù)的方法的處理器，該方法包括基于隨機生成數(shù)的采樣計算至少一個度量；將所述度量與相應基準值進行比較；以及基于所述比較的結(jié)果調(diào)整所述度量，使得所述生成的隨機數(shù)達到期望的分布。
23.一種用于生成隨機數(shù)的設(shè)備，包括用于生成模擬噪聲電壓的裝置；模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將所述模擬噪聲電壓轉(zhuǎn)換成隨機數(shù)；第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器，用于向所述用于生成模擬噪聲電壓的裝置提供直流偏移量值，該直流偏移量值是基于所述隨機數(shù)的采樣計算出來的；第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器，用于向所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器提供基準電壓值，使得所述隨機數(shù)達到期望的分布，該基準電壓值是基于所述隨機數(shù)的所述采樣計算出來的。
24.如權(quán)利要求23所述的設(shè)備，其中所述用于生成模擬噪聲電壓的裝置包括噪聲發(fā)生器和放大器。
25.如權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其中將所述直流偏移量值提供給所述放大器。
26.如權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其中將所述基準電壓值提供給所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
全文摘要
公開了用于生成隨機數(shù)的方法和設(shè)備。一方面，在無線通信設(shè)備中使用的用于生成隨機數(shù)方法包括生成隨機數(shù)；采集所生成隨機數(shù)的采樣；以及計算至少一個度量，諸如均值、標準偏差和/或熵。該方法還包括將所述度量與相應基準值進行比較；以及基于所述比較的結(jié)果調(diào)整所述度量，使得所生成的隨機數(shù)達到期望的分布。另一方面，一種用于生成隨機數(shù)的設(shè)備包括模擬噪聲發(fā)生器；以及用于產(chǎn)生隨機數(shù)和反饋值的硬件部件，該反饋值用于調(diào)整隨機數(shù)。該設(shè)備還包括能夠執(zhí)行指令以實施用于調(diào)整隨機數(shù)的控制算法的處理器。
文檔編號G06F7/58GK101044449SQ200580031926
公開日2007年9月26日 申請日期2005年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月23日
發(fā)明者哈里斯·S.·西蒙, 肯尼斯·安德魯·范佩爾特, 戴爾·奧德根·夏普 申請人:高通股份有限公司