用于去除隨機(jī)數(shù)生成期間因信號(hào)源而造成的偏置的方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方式中涉及一種用于去除在隨機(jī)數(shù)生成期間因信號(hào) 源而造成的偏置（biasing)的方法和裝置。更具體地說，本公開涉及一種用于去除在隨機(jī) 數(shù)生成期間因信號(hào)源中存在的偏差而造成的隨機(jī)數(shù)序列的偏置的方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 這部分中的陳述僅提供了與本公開有關(guān)的背景信息，而不必構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。
[0003] 隨機(jī)數(shù)通常利用用于對(duì)信號(hào)源輸出進(jìn)行采樣并且將信號(hào)源輸出與基準(zhǔn)值進(jìn)行比 較的、具有噪聲特性或亞穩(wěn)特性的信號(hào)源來生成。在這種情況下，隨機(jī)數(shù)的所有輸出值被假 定成沒有相關(guān)性，并且構(gòu)成η元隨機(jī)數(shù)的所有η個(gè)值必需具有均勻的出現(xiàn)頻率。
[0004] 然而，當(dāng)利用熱噪聲作為信號(hào)源或者利用亞穩(wěn)狀態(tài)時(shí)，在生成隨機(jī)數(shù)之前和之后， 在這些信號(hào)之間可能出現(xiàn)顯著的相關(guān)性，其中，特定值的比例可能遠(yuǎn)大于其它值的比例，這 被稱作偏置。
[0005] 圖1是例示在從對(duì)具有偏差的信號(hào)源進(jìn)行采樣所得到的樣本值中存在的偏置的 圖。
[0006] 當(dāng)信號(hào)源中因外部環(huán)境變化或其它原因而出現(xiàn)偏差時(shí)，所得到的樣本值繼承了因 特定值的高出現(xiàn)頻率而出現(xiàn)的偏置。例如，圖1中的所得到的樣本的部分B顯示出1比0 更頻繁，這是因?yàn)樾盘?hào)源在該時(shí)區(qū)中具有偏差。
[0007] 因?yàn)檫@種偏置降低了生成的隨機(jī)數(shù)的效用，所以存在各種方法來嘗試克服偏置問 題。針對(duì)偏置問題的典型解決方案是分析樣本信號(hào)并且監(jiān)測(cè)構(gòu)成隨機(jī)數(shù)的值是否按照用于 執(zhí)行適當(dāng)控制和信號(hào)處理的特定比率生成。
[0008] 例如，用于利用噪聲作為信號(hào)源來生成隨機(jī)數(shù)的結(jié)構(gòu)按照這樣的方式來配置，即， 在噪聲與采樣電路之間設(shè)置直流（DC)濾波器或高通濾波器，以便去除偏離中心值的平均 值。
[0009] 韓國專利申請(qǐng)公報(bào)No. 2007-0036799公開了這樣一種方法，該方法用于對(duì)信號(hào)進(jìn) 行采樣，利用信號(hào)處理電路分析樣本值，并接著針對(duì)輸入信號(hào)判定閾值，向具有偏移功能的 采樣電路反饋偏移控制信號(hào)。
[0010] 利用信號(hào)處理的其它方法的示例包括：用于通過設(shè)置在采樣電路之后的信號(hào)處理 電路來對(duì)樣本信號(hào)進(jìn)行加擾的方法（韓國專利申請(qǐng)公報(bào)No. 2005-0084153)以及用于對(duì)樣 本值進(jìn)行分析和均衡化的方法（韓國專利申請(qǐng)公報(bào)No. 2003-0027724)。
[0011] 然而，在用于克服偏置的這些方法當(dāng)中，用于反饋信號(hào)源的偏差的方法可能導(dǎo)致 不希望的DC偏差。在諸如加擾、均衡化等的信號(hào)處理方法中，當(dāng)利用算法時(shí)，生成的隨機(jī) 數(shù)作為隨機(jī)數(shù)的品質(zhì)因其可計(jì)算性像偽隨機(jī)數(shù)一樣而劣化，而且需要相對(duì)復(fù)雜或高性能電 路，需要較長時(shí)間來進(jìn)行諸如加擾、均衡化等的信號(hào)處理。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 技術(shù)問題
[0013] 因此，本公開致力于提供這樣一種隨機(jī)數(shù)生成裝置，該隨機(jī)數(shù)生成裝置用于在利 用具有偏差的信號(hào)源的隨機(jī)數(shù)生成期間，在無需分析樣本信號(hào)的情況下經(jīng)由簡單的計(jì)算來 減輕偏置，并且用于加寬偏置減輕的范圍以配置取決于構(gòu)造的魯棒的電路。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]
[0015] 根據(jù)本公開的一些實(shí)施方式，一種由隨機(jī)數(shù)生成裝置執(zhí)行的、用于生成去除了信 號(hào)源偏置的隨機(jī)數(shù)的方法包括以下步驟：通過按照預(yù)定周期對(duì)從信號(hào)源輸入的物理信號(hào)進(jìn) 行采樣來生成原始比特串，以及通過對(duì)所生成的原始比特串執(zhí)行塊部分求和與順序部分求 和來生成隨機(jī)數(shù)。
[0016] 生成所述原始比特串的所述步驟可以包括以下步驟：將來自所述采樣的樣本值與 預(yù)定基準(zhǔn)值進(jìn)行比較，以生成所述原始比特串。
[0017] 所述塊部分求和可以包括用于將所述原始比特串劃分成具有預(yù)定長度的塊以計(jì) 算針對(duì)各個(gè)塊的奇偶校驗(yàn)比特的計(jì)算。
[0018] 另外，所述順序部分求和可以包括以下步驟：向所述原始比特串應(yīng)用具有預(yù)定大 小的掩碼，以計(jì)算奇偶校驗(yàn)比特；并且在從生成當(dāng)前的奇偶校驗(yàn)比特的點(diǎn)起至少逐個(gè)比特 地移動(dòng)所述掩碼的同時(shí)，計(jì)算下一奇偶校驗(yàn)比特。
[0019] 根據(jù)本公開的另一方面，一種由隨機(jī)數(shù)生成裝置執(zhí)行的、用于生成去除了信號(hào)源 偏置的隨機(jī)數(shù)的方法包括以下步驟：通過按照預(yù)定周期對(duì)從多個(gè)信號(hào)源輸入的相應(yīng)物理信 號(hào)進(jìn)行采樣來生成多個(gè)原始比特串；以及通過對(duì)所述多個(gè)原始比特串執(zhí)行并行部分求和來 生成隨機(jī)數(shù)。
[0020] 所述并行部分求和可以包括用于針對(duì)在同一時(shí)段中從所述多個(gè)原始比特串生成 的相應(yīng)比特串計(jì)算奇偶校驗(yàn)比特的運(yùn)算。
[0021] 根據(jù)本公開的又一方面，一種由隨機(jī)數(shù)生成裝置執(zhí)行的、用于生成去除了信號(hào)源 偏置的隨機(jī)數(shù)的方法包括以下步驟：通過按照預(yù)定周期對(duì)從多個(gè)信號(hào)源輸入的物理信號(hào)進(jìn) 行采樣來生成針對(duì)相應(yīng)物理信號(hào)的原始比特串；通過對(duì)相應(yīng)的原始比特串執(zhí)行塊部分求和 或順序部分求和來生成多個(gè)奇偶校驗(yàn)比特串；以及通過按照所述奇偶校驗(yàn)比特的生成順序 依次排列包括在所述多個(gè)奇偶校驗(yàn)比特串中的奇偶校驗(yàn)比特來生成隨機(jī)數(shù)。
[0022] 用于生成隨機(jī)數(shù)的前述方法還可以包括以下步驟：在采樣之前，去除包括在所輸 入的物理信號(hào)中的偏差。
[0023] 去除所述偏差的步驟可以包括以下步驟：利用直流（DC)濾波器和自動(dòng)偏差補(bǔ)償 電路中的一個(gè)來去除所述偏差。
[0024] 根據(jù)本公開的又一方面，一種用于生成去除了信號(hào)源偏置的隨機(jī)數(shù)的裝置包括： 信號(hào)源，該信號(hào)源被配置為生成物理信號(hào)作為用于生成所述隨機(jī)數(shù)的基礎(chǔ)；時(shí)鐘發(fā)生器，該 時(shí)鐘發(fā)生器被配置為生成具有預(yù)定頻率的時(shí)鐘；采樣器，該采樣器被配置為根據(jù)通過按照 各個(gè)時(shí)鐘將來自對(duì)所述物理信號(hào)進(jìn)行采樣的值與預(yù)定基準(zhǔn)值進(jìn)行比較而獲取的結(jié)果，來輸 出比特值〇或1 ;以及計(jì)算器，該計(jì)算器被配置為對(duì)作為所述采樣器的輸出的比特串執(zhí)行塊 部分求和或順序部分求和，以生成所述隨機(jī)數(shù)。
[0025] 用于生成隨機(jī)數(shù)的所述裝置還可以包括：直流（DC)濾波器和自動(dòng)偏差補(bǔ)償電路 中的一個(gè)，其被配置為去除所述物理信號(hào)的偏差，并且所述采樣器可以對(duì)所述DC濾波器和 所述自動(dòng)偏差補(bǔ)償電路中的一個(gè)的輸出信號(hào)進(jìn)行采樣。
[0026] 根據(jù)本公開的又一方面，一種用于生成去除了信號(hào)源偏置的隨機(jī)數(shù)的裝置包括： 各自具有信號(hào)源的隨機(jī)數(shù)生成器，該信號(hào)源被配置為生成物理信號(hào)作為用于生成所述隨機(jī) 數(shù)的基礎(chǔ)；時(shí)鐘發(fā)生器，該時(shí)鐘發(fā)生器被配置為生成具有預(yù)定頻率的時(shí)鐘；以及采樣器，該 采樣器被配置為根據(jù)通過按照各個(gè)時(shí)鐘對(duì)來自對(duì)所述物理信號(hào)進(jìn)行采樣的值與預(yù)定基準(zhǔn) 值進(jìn)行比較而獲取的結(jié)果，來輸出比特值〇或1。
[0027] 根據(jù)本公開的又一方面，一種用于生成去除了信號(hào)源偏置的隨機(jī)數(shù)的裝置包括： 各自具有偏移控制電路的隨機(jī)數(shù)生成器，該偏移控制電路被配置為分析相對(duì)于從所述采樣 獲取的值的偏差，并且向所述采樣器反饋用于去除所述偏差的反饋信號(hào)。
[0028] 根據(jù)本公開的又一方面，一種用于生成去除了信號(hào)源偏置的隨機(jī)數(shù)的裝置包括： 多個(gè)隨機(jī)數(shù)生成器，該多個(gè)隨機(jī)數(shù)生成器被配置為根據(jù)物理現(xiàn)象生成原始比特串；以及計(jì) 算器，該計(jì)算器被配置為通過對(duì)由所述多個(gè)隨機(jī)數(shù)生成器生成的多個(gè)原始比特串執(zhí)行并行 部分求和，來生成隨機(jī)數(shù)序列。
[0029] 根據(jù)本公開的又一方面，一種用于生成去除了信號(hào)源偏置的隨機(jī)數(shù)的裝置包括： 多個(gè)隨機(jī)數(shù)生成器，該多個(gè)隨機(jī)數(shù)生成器被配置為根據(jù)物理現(xiàn)象生成原始比特串；以及計(jì) 算器，該計(jì)算器被配置為通過對(duì)由所述多個(gè)隨機(jī)數(shù)生成器生成的相應(yīng)的原始比特串執(zhí)行塊 部分求和或順序部分求和來生成多個(gè)奇偶校驗(yàn)比特串，并且通過按照所述奇偶校驗(yàn)比特的 生成順序依次排列包括在所述多個(gè)奇偶校驗(yàn)比特串中的相應(yīng)奇偶校驗(yàn)比特來生成隨機(jī)數(shù) 序列。
[0030] 有利效果
[0031] 根據(jù)如上所述的本公開，僅需要非常簡單的計(jì)算，以使得去偏置構(gòu)造能夠比利用 諸如加擾器、均衡器等的常規(guī)信號(hào)處理電路簡單，而且即使利用高偏差的信號(hào)源，也能夠在 不需要反饋電路或其它附加控制電路的情況下獲取充分抑制了偏置的輸出。
【附圖說明】
[0032] 圖1是在根據(jù)對(duì)具有偏差的信號(hào)源進(jìn)行采樣所得到的樣本值中存在的偏置的圖。
[0033] 圖2a是根據(jù)本公開的至少一個(gè)實(shí)施方式的利用塊部分求和的隨機(jī)數(shù)生成裝置的 示意性框圖。
[0034] 圖2b是用于對(duì)樣本值執(zhí)行塊部分求和的方法的示例的圖。
[0035] 圖3a是用于例示當(dāng)N為2、5、10、15和20時(shí)，根據(jù)p個(gè)值改變的二進(jìn)制隨機(jī)數(shù)1 的比例的式2和式3的曲線圖表示。
[0036] 圖3b是根據(jù)N個(gè)值的p個(gè)值的范圍的圖，該范圍使得隨機(jī)數(shù)生成器的輸出當(dāng)中的 1的比例處于不大于0. 5的+/-0. 01(1 %偏置）的范圍中。
[0037] 圖4a是根據(jù)本公開的至少一個(gè)實(shí)施方式的利用順序部分求和的隨機(jī)數(shù)生成裝置 的示意性框圖。
[0038] 圖4b是用于對(duì)樣本值執(zhí)行順序部分求和的方法的示例的