DE1922224A1

DE1922224A1 - Adaptiver Entzerrer

Info

Publication number: DE1922224A1
Application number: DE19691922224
Authority: DE
Inventors: Holsinger Jerry Lee
Original assignee: Codex Corp
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1968-04-30
Filing date: 1969-04-30
Publication date: 1970-09-17
Also published as: FR2007571A6; NL6906608A; US3614622A; GB1248639A

Description

8035-69/Dr.ν.Β/Ε
U.S. Ser.No. 725,312
Piled: April 30, 1968

CODEX CORPORATION

222 Arsenal Street, Watertown, Massachusetts (V.St.A.)

Adaptiver Entzerrer (Zusatz zu Patentanmeldung P 15 49 097.8)

Die vorliegende Erfindung betrifft einen adaptiven Entzerrer mit einer Anzahl veränderlicher Koeffizienten, zur Filterung oder Korrektur einer Impulsfolge, mit einer Schaltungsanordnung, die während der Entzerrung Fehlerwerte im Ausgangssignal des Entzerrers bestimmt und zur Verringerung der Fehlerwerte sukzessive Korrekturwerte zu den Koeffizienten addiert, nach Patentanmeldung P 15 49 097.8.

Bei Entzerrrern der oben angegebenen Art werden die Fehlerwerte im Ausgangssignal des Entzerrers während der Entzerrung gemessen, um Änderungen der Bedingungen Rechnung zu tragen, und zu den Koeffizienten werden sukzessive Korrekturen addiert, um die Fehlerwerte zu verringern.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen zuverlässigen, einfachen und wirkungsvollen adaptiven Entzerrer für Datenübertragungssysteme, vor allem elektrische Impulssysteme mit hoher übertragungsgeschwindigkeit für Kanäle, die ähnliche Eigenschaften wie Fernsprechleitungen und Unterseekabel haben, anzugeben, insbesondere jedoch eine Anordnung zur Einstellung der Koeffizienten des Entzerrers während der Entzerrung der Impulsfolge, ohne daß hierfür unabhängige Bezugs»

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signale erforderlich sind.

Gemäß der Erfindung wird eine Schaltungsanordnung vorgesehen, die in der Lage ist, Darstellungen desfeewünschten Entzerrerausgangsignales aus quantisierten Entscheidungen zu gewinnen, die auf die Ausgangswerte des Entzerrers gegründet worden waren. Als Differenz zwischen diesen gewonnenen Darstellungen und den entsprechenden Entzerrerausgangswerten werden durch eine Fehlererrechnungsschaltung Fehlerwerte bestimmt und es ist ein Korrekturkreis vorgesehen, um Korrekturwerte für die Keffizienten als Funktion von Summen bewerteter (mit Gewichten versehener) Fehlerwerte zu bilden.

Die Verwendung der quantisierten Entscheidungen kann als brauchbares Verfahren angesehen werden, da eine hohe Wahrscheinlichkeit besteht, wenn der Entzerrer einmal anfänglich eingestellt ist, daß der Entscheidungs- (oder "Abrundungs-")-Wert den ursprünglichen Datenwert richtig wiedergibt. Wenn das vorherbestimmte, gewünschte Ansprechen für den Entzerrer zur Folge hat, daß das Ausgangssignal sich an die Werte einzelner Impulse in der Impulsfolge annähert, so kann die einem Datenverbraucher oder einem Decoder zugeführte quantisierte Entscheidung auch direkt als Darstellung des Entzerrerausgangssignales angesehen oder verwendet werden.

In anderen Fällen bewirkt das gewünschte Ansprechen, daß sich jeder Entzerrerausgangswert einer Summe nähert, die auf der laufenden Verbraucherdatenprobe und einer oder einer bestimmten Gruppe von vorangegangenen Datenproben basiert. Die Darstellungen für das Entzerrerausgangssignal, die für die Bestimmung der Fehlerwerte verwendet werden, werden dann unter Verwendung der laufen und entsprechenden früheren quantisierten Entscheidungen für die Datenproben errechnet. Gewünschte Änspreehverhalten, wie diese, ermöglichen es, Nullen im ImpulsSpektrum zu bilden und Pilottöne in diese Nullen einzusetzen_s s.B. um Phasenschwingungen auf Fernsprechleitungen su unterdrücken»

Die Verwendung einer Summe von bewerteten (mit 009838/1852

versehenen) Fehlertermen für die Bildung der Korrekturwerte kann zur Folge haben, daß die Koeffizienten schnell auf richtige Einstellungen konvergieren oder daß eine universelle Konvergenz für alle Typen von Kanälen eintritt; das jeweilige Verhalten hängt dabei von der Art der verwendeten Gewichte oder Bewertungen ab. Im allgemeinen stehen die Gewichte in irgend einer Weise in Beziehung zu den Signalen, die tatsächlich über den Kanal empfangen worden sind. Wenn die Gewichte direkt als Proben unentzerrter Daten genommen werden, erhält man sowohl eine universelle Konvergenz als auch eine optimale Bedingung für die Minimalisierung des mittleren Fehlers sowohl hinsichtlich des SymbοlüberSprechens als auch des Kanalrauschens. Es können auch andere Gewichte in Betracht gezogen werden, z.B. als Ergebnis einer Multiplikation von Ausgangsentscheidungswerten des Entzerrers mit entsprechenden vorliegenden Einstellungen der Koeffizienten, um ein schnelles wenn auch nicht universelles Konvergenzverhalten zu erreichen.

Der Entzerrer gemäß der Erfindung ist vorzugsweise als Digitalfilter aufgebaut und enthält eine Schaltung zum Erzeugen und Speichern von Proben des Entzerrereingangsimpulsstromes sowie digitale Schaltungen zur Verarbeitung der Eingangsproben unter Erzeugung der Entzerrerausgangswerte, der Entscheidungswerte und damit der bewerteten (mit Gewichten versehenen) Fehlerwerte und korrigierten Koeffizienten, sämtliche in Form von Digitalzahlen. Ein solcher Entzerrer wird vorzugsweise so ausgelegt, daß er den Koeffizienten nur relativ kleine Korrekturen hinzufügt, so daß die Summierung der bewerteten Terme inhärent durch die Addition aufeinanderfolgender Korrekturwerte zu den Koeffizienten bewirkt wird. Da eine Nachstellung des Entzerrers durch Operationen erfolgt, die mit den Impulsen, welche die Daten für den Verbraucher tragen, durchgeführt werden, ist es nicht erforderlich, eigene Test- oder Prüfsignale und die für diese erforderlichen zusätzlichen Schaltungen zu verwenden. Nicht nur hierdurch lassen sich durch die Erfindung Schaltungen einsparen.

Die allgemeinen Gleichungen für Entzerrer der hier interessierenden Art sind die Gleichung für das Entzerrerausgangs-

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-4-signal Z?

V V / \

Z-V Y V (Ft 1

^k i=n ^χ ^k"^1;

die zeigt, daß das Ausgangssignal zL eine algebraische Summe von Eingangsproben Y₁, . multipliziert durch einjustierbare Koef-

V K-I

fizienten X? ist, und die Gleichung für einen ergänzten Koeffizienten xY⁺¹

Xj⁺ⁱ = XY + a(cT) (b)

die zeigt, daß der Korrekturwert C Y durch einen Bewertungs- oder Maßstabfaktor multipliziert wird, bevor er algebraisch zu dem überholten Koeffizienten addiert wird.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem eine universelle Konvergenz der Entzerrerkoeffizienten auf ihre richtige Einstellung erreicht werden kann, ist der Entzerrer so konstruiert, daß die Korrekturen für die Koeffizienten entsprechend der unten folgenden Gleichung durchgeführt werden. In diesem Falle erfolgt eine gewisse Mittelung der Daten, um ihren Einfluß auszuschalten, unmittelbar nach der Bewertung (also nach der Zuordnung der Gewichte), wobei außerdem viel mittels eines kleinen Maßstabfaktors bewirkt wird, wenn die Koeffizienten einjustiert werden.

Die Gleichung für dieses Ausführungsbeispiel lautet: cY = l/K Σ (ZY - D, ) Y, . (c)

cY ist ein Korrekturfaktor für den i-ten Abgriff, wenn der Entzerrer eine mit Abgriffen versehene Verzögerungsleitung enthält. Der obere Index gibt den laufenden oder v-ten Schritt der Korrekturfaktorbildung aus dem Ausgangssignal des Entzerrers. an.

Die Mittelung der Daten nach der Bewertung (Zuordnung der Gewichte) wird durch den Paktor l/K angegeben. Wie groß K gewählt wird, hängt davon ab, welcher Grad von Mittelung vor der ■

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-5-

EinJustierung der Koeffizienten für die jeweilige Anwendung gewünscht wird, ab, es gehen auch noch andere Konstruktionsparameter ein. Der Wert von K steht in einer Beziehung zur Anzahl der mit Gewichten versehenen Fehlerwerte in der Summe.

Die Entzerrerausgangsfehlerwerte sind durch den Ausdruck (Z^ - D, ) gegeben, in dem Z^ die tatsächlichen Entzerrerausgangsproben und D_k die Darstellungen der gewünschten Entzerrerausgangswerte auf der Basis der quantisierten Entscheidungen bedeuten.

Die Gewichte sind durch den Term Y₁ . gegeben, der zeigt, daß die Gewichte direkt als Entzerrereingangsproben genommen werden.

Wenn die obigen Gleichungen mit den Gleichungen im Hauptpatent verglichen werden, sieht man, daß die Terme (Z^ ~^D^ der obigen Gleichung (a) zusammen mit der durch den Term l/K gegebenen nachfolgenden Mittelwertbildung die gleiche Punktion hat wie die Gleichung (3) des Hauptpatentes, und daß die Terme Y_k_j_ zusammen mit der durch l/K bewirkten nachfolgenden Mittelwertbildung dieselbe Punktion hat wie die Gleichung (5)·

In der Praxis, ist es wünschenswert, die Daten vor der Übertragung mit einem Verwürfler willkürlich oder statistisch zu machen, so daß der Entzerrer auf eine konstante Einstellung konvergiert, die ein Optimum für ein beliebiges Datenformat darstellt.

Hinsichtlich der Allgemeingültigkeit der Erfindung muß berücksichtigt werden, daß das oben erwähnte Bewerten bzw. mit Gewichten versehen verallgemeinert werden muß, um zu berücksichtigen, daß die gesamte Anzahl der Abgriffe nicht geradzahlig zu sein braucht, daß der Hauptabgriff nicht in der Mitte sein muß oder daß andere gewünschte Ansprechverhalten verwendet werden können, daß die Anzahl der für irgend eine Korrektur verwendeten Fehlerwerte nicht 2n+l zu sein braucht und schließlich sogar daß die unmittelbare Verwendung der unentzerrten Eingangsproben als Gewichte oder Bewertungsfaktoren in manchen Fällen

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nur eine der Möglichkeiten darstellt, die zur Bildung der Gewichte oder Bewertungsfaktoren verwendet werden können.

Die allgemeine Gleichung für einen Entzerrer gemäß der Erfindung bei Verwendung von Proben des dem Entzerrer zugeführten unentzerrten Eingangsstromes für die Bewertung oder Gewicht bildung, mit der eine universelle Konvergenz des Abgleichoder EinjustierungsVorganges erreicht werden kann, lautet:

⁰I^{= f}i^{1/K ι ^f2 ^(z£ - v Vi>

in welcher f, und f« ungerade, monotone, nichtabnehmende Funktionen sind, die jeweils Null sind, wenn ihr Argument den Wert Null hat. Vorzugsweise ist sowohl f-,(x) = x und f~(x) = X, für die Erfindung in ihrer allgemeinsten Form stellt dies jedoch keine absolut notwendige Bedingung dar.

Wenn ein kleiner Maßstabsfaktor verwendet wird, können zu den Koeffizienten auch dann noch Korrekturwerte addiert werden, wenn der Einfluß der Anwesenheit von Daten nicht statistisch auf ein vernachlässigbares Maß herabgesetzt worden ist. Der | kleine Maßstabsfaktor gewährleistet nämlich, daß die Einstellung der Koeffizienten nicht ungebührlich gestört wird und die nach- j folgenden Korrekturen mitteln den Einfluß der Daten bald heraus. , Mit anderen Worten gesagt, erfolgt die Summierung der mit Gewichten versehenen Fehlerterme inhärent durch die Addition auf- \

einanderfolgender Korrekturwerte zu den Koeffizienten. i

Wenn Proben der unentzerrten Eingangsdaten die Gewichte j bilden oder in diese eingehen, lautet gemäß der Erfindung die i Formel für diese Korrekturwerte wie folgt:

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert, es zeigen:

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Fig. 1 ein verallgemeinertes Blockschaltbild zur Erläuterung, wie bei der vorliegenden Erfindung die Bewertung bzw. Zuordnung der Gewichte erfolgt;

Fig. 2 ein grundsätzliches Blockschaltbild eines adaptiven Entzerrers in Form eines Digitalfilters;

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eines adaptiven Entzerrers;

Fig. 4 ein Blockschaltbild eines vollständigen Übertragungssystems, das eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung enthält;

Fig. 5 ein Blockschaltbild einer gegenüber Fig. 4 abgewandelten, allgemeineren Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 6 eine graphische Darstellung des Impulsansprechverhaltens eines Entzerrers, das zu einem bevorzugten Typ gewünschter Ansprechverhalten gehört, und

Fig. 7 ein allgemeines Blockschaltbild für einen Entzerrer, dessen Ansprechverhalten zu dem in Fig. 6 dargestellten bevorzugten Typ gehört.

Die in Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung, die mit einer schematisch dargestellten, angezapften Verzögerungsleitung arbeiten soll, enthält ein Tiefpaßfilter 10, das von einem Impulsstrom oder einer Impulsfolge durchlaufen wird. Der unentzerrte Strom von Impulsen Y, die durch das Filter verzerrt worden sind, stellt das Eingangssignal für den Entzerrer 12 dar, der als digitale, angezapfte Verzögerungsleitung angesehen werden soll. Gemäß der obigen Gleichung (a) werden Ausgangsproben Z^ des Entzerrerausgangssignales gebildet und die Korrektur der Koeffizienten ^χ__η···Χ_η erfolgt entsprechend der obigen Gleichung (b).

Gemäß der Erfindung ist eine Entscheidungseinrichtung 16 vorgesehen, die die Entzerrerausgangssignalproben Z_k prüft und eine quantisierte oder "Abrundungs"-Entscheidung bezüglich des Wertes einer Probe fällt. Wenn z.B. angenommen wird, daß der Wert von Z^ über zehn Pegel reicht und es bekannt ist, daß der

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übertragene Wert entweder eine Eins oder eine Null ist, so kann die Entscheidungseinrichtung so ausgelegt sein, daß sie sich bei den ersten fünf Pegeln in der Reihe für den Wert Eins und bei den letzten fünf Pegeln für den Wert Null entscheidet. Diese quantisierte Entscheidung stellt ein Eingangssignal für einen Pehlerrechner 14 dar. Die Entscheidungseinrichtung liefert ferner einen Datenwert auf einer Ausgangsleitung 9 an einen Verbraucher für die Daten oder einen Decoder.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das gewünschte Ansprechen der Wert des ursprünglichen Impulses, der in jedem Augenblick k dem mittleren Abgriff oder Koeffizienten entspricht. Dieser Ansprechwert ist in der Zeichnung mit "..0001000. ." bezeichnet. In diesem Falle ist die Darstellung des gewünschten Ansprechens D, der Wert eines einzigen Impulses und wird direkt auf die Ausgangsleitung 9 gegeben.

Der Pehlerrechner 14 bestimmt die Punktion von Fehlerwerten fp^^Zk " ^Dk^ ¹^ liefert diese Funktion an eine Bewertungsoder Gewichtzuordnungseinheit 18. Dort wird den Fehlerwerten mittels eines Satzes von Gewichten H, . Gewichte zugeordnet, um die Korrekturwerte zu bilden. Wenn die Gewichte die unentzerrten Eingangsproben sind, welche durch eine gestrichelt gezeichnete Abtastanordnung gewonnen wurden, können sie entsprechend der Gleichung (d) errechnet oder entsprechend der Gleichung (e) angewendet werden.

Bei einem adaptiven oder anpassungsfähigen Entzerrer ■ in Form eines Digitalfilters, wie er in Pig. 2 dargestellt ist, werden die von einem Tiefpaßfilter empfangenen Signale bei 8 abgetastet und durch einen Analog/Digital-Umsetzer 11 in Digital-, werte umgesetzt. Anschließend erfolgt die ganze Verarbeitung mit Digitalwerten oder -zahlen. Die unentzerrten Eingangsproben Y_k stellen das Eingangssignal für das Digitalfilter 12 dar, welches entsprechend der Gleichung (a) arbeitet. Die resultierenden Ent- ; zerrerausgangsproben Z^ werden einem zY -Speicher 13 und von : diesem der Entscheidungseinrichtung 16 zugeführt. Diese Einrichtung bildet die quantisierten Datenwerte, die über eine Leitung

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17 einem Empfänger oder Verbraucher zugeführt werden. Unter Benutzung der Entscheidungswerte werden Darstellungen D^ des gewünschten Entzerrerausgangsignales vom Pehlerrechner 14 zur Bildung von Fehlerwerten (Z^ - D^) verwendet und diese der Fehler-Gewichtszuordnungseinheit 18 zugeführt. Diese Einheit arbeitet entsprechend der Gleichung (d) mit f₁ (X) = X und f₂ (X) = X. Die resultierenden Korrekturwerte werden mit einem Maßstabsfaktor dem vom Digitalfilter gehaltenen Koeffizienten gemäß Gleichung (b) zugeführt.

Fig. 3 zeigt weitere Einzelheiten für den Fall, daß die Korrekturfaktoren nicht voll entwickelt sind, bevor sie auf die Koeffizienten X^ gemäß Gleichung (e) angewendet werden. Jeder Term des Korrekturfaktors, der mit Δ0. bezeichnet ist, wird dem entsprechenden Koeffizienten bei Erzeugung zugeführt und erst nach K solcher Korrekturen kann die Wirkung eines vollen Korrekturfaktors wahrgenommen werden. Der Maßstabsfaktor a ist aus den oben erwähnten Gründen klein.

Bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 3 werden die Y^ unentzerrten Proben in einen Y.-Umlaufsspeicher 12ä eingespeist und außerdem einer Gewichtszuordnungseinheit 18a zugeführt. Die Proben Y. werden mit den Koeffizienten X^ von einem X^-Umlaufspeicher 12b in einer Multipliziereinrichtung 12c multipliziert und die Produkte werden in einem Akkumulator 12d akkumuliert. Bei dem dargestellten Beispiel sind 2 N + 1 solcher Koeffizien- j ten vorhanden. Die resultierenden Entzerrerausgangsproben Z^ werden in einen Z_k~Speicher 13 eingegeben und von diesem mit einer Verzögerung um eine Einheit der Entscheidungseinrichtung 16 zugeführt. Während die Daten für den Verbraucher auf der Leitung 17 austreten, werden die aus der quantisierten Entscheidung gebildeten Darstellungen D, , zur Errechnung der Fehlerterme (Z_k_₁ - D^_-1) verwendet, w eiche der Fehler-Gewichtszuordnungseinheit l8a zuge werden. Diese errechnet die Korrekturwerte entsprechend Gleichung (e) und die Korrekturwerte werden dann durch eine Addiereinrichtung 12e nacheinander zu den entsprechenden Koeffizienten X^ addiert.

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In Pig. 4 ist ein Nachrichtenübertragungssystem mit einem Tiefpaßfilter 200 dargestellt, welches die Übertragungsstrecke, z.B. eine Fernsprechleitung, zwischen Sender und Empfänger enthält. Ein Mutteroszillator 202 im Sender und ein spannungsgesteuerter Oszillator 204 im Empfänger liefert ein Hauptfrequenzsignal, z.B. 2,4576 MHz, welches Zähler- und Zeitsteuerungsschaltungen 206 bzw. 208 zugeführt wird.

Auf der Senderseite werden die zu übertragenden Daten mit der Rate 96OO Bits/Sekunde zugeführt. Ein Digital/Analog-Konverter 212 setzt diese Daten in eine achtpegelige Impulsfolge um, wodurch die Impulsfrequenz auf 3_S2 KHz verringert wird. Diese Impulse werden zusammen mit einem Pilotton, z.B. einem sinusförmigen 1,6 KHz-Signal über das Tiefpaßfilter 200 übertragen-. Der Pilotton wird im Empfänger zur Synchronisation des Empfängeroszillators 204 durch eine Phasensynchronisierschleife, welche einen Zähler 216 und einen Phasendiskriminator 218 enthält, verwendet .

Da die übertragenen Datenimpulse mit einer Frequenz von 32OO Impulsen pro Sekunde erzeugt werden, wird ein 3,2-KHz-Signal f_fc für die Festlegung einer Grundperiode T von 1/3200 Sekunden für den Betrieb des Systems verwendet. Durch das Signal f. wird im Empfänger eine Abtastschaltung 252 gesteuert, um eine Probe Y(t = kT) der kontinuierlichen Eingangsprobe Y(t) einmal in jeweils T Sekunden zu liefern. Diese Eingangsprobe enthält i die ursprünglichen Impulse, wie sie durch die übertragungsstrecke j verschmiert oder verzerrt worden sind. Diese Abtastung zu be- ' wirken, wird der 1,6-kHz-Pilotton vom Zähler 216 (der für die j Verwendung im Diskriminator 218 um 90° in der Phase verschoben 1 worden war) in einer Schaltung 220 wieder zurückverschoben, so daß er phasengleich mit dem empfangenen Pilotton ist. Bei der ' Amplitude Null spricht ein Nulldurchgangsdetektor 222 an und be- ! wirkt dann jeweils ein Arbeiten der Abtastschaltung 252. Der Abtastwert Y (t = kT) wird dann durch einen Digital/Analog-Umsetzer 254 in eine binäre Anzeige Y^ der Signalamplitude Y(t) im Augenblick der Abtastung umgesetzt.

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Die Verarbeitung der Daten geschieht in den meisten Fällen mit auslösenden Frequenzen, die Vielfaches der erwähnten Grundfrequenz von 3,2 KHz sind. Die Einrichtungen sind dieselben wie sie in Fig. 3, dargestellt sind. Die Entscheidungseinheit 16 rundet die Z,, um zu den Entzerrerentscheidungen zu gelangen. Wie oben, ist auch bei diesem Ausführungsbeispiel die gewünschte Im- ^: pulsansprache d_k des Entzerrers 1 für k = 0 und 0 für alle anderen Werte von k. Die Darstellungen D, der gewünschten Ansprache sind daher gleich diesen Entscheidungen. Im Fehlerrechner'l4b werden die Werte D, von den Z^. abgezogen und diese werden direkt als Fehlerwerte verwendet.

Die Fehlerwerte werden der Fehlergewichtszuordnungseinheit l8b zugeführt. Die dieser Einheit ebenfalls zugeführten Bewertungsfaktoren oder Gewichte Y^. werden aus dem Y--Speicher entnommen und der Multipliziereinrichtung l8b zugeführt. Die von der Multipliziereinrichtung 18b erhaltenen Korrekturen können einem C^-Speicher 18c zugeführt werden,wie es gestrichelt dargestellt ist. In diesem Falle kann die Mittelwertsbildung vor der Änderung der Koeffizienten X· erfolgen. Bei der ausgezogen gezeichneten Schaltung werden die Korrekturen von der Multipliziereinrichtung 18b direkt dem X^-Speicher zugeführt. In diesem Falle werden die X· sofort geändert, wobei jedoch die jeweiligen Änderungen (durch Wahl eines genügend kleinen Maßstabsfaktors a) so klein gemacht werden, daß die X- durch eine einzelne Korrektur nicht grundlegend gestört werden können; die Mittelwertbildung erfolgt dann bei der wiederholten Korrektur der X^ mit der Zeit.

Die Entzerrer gemäß den Fig. 2, 3 und 4 können als Aus- j führungsbeispiel einer allgemeinen Kathegorie von Entzerrern an- j gesehen werden, bei denen die Korrekturwerte eine allgemeine : Funktion f-^ der Summe von mit Gewichten versehenen, bewerteten Termen sind und die Terme eine allgemeine Funktion f« der Fehler-¹ werte entsprechend Gleichung (d) sind.

Bei den derzeit in Aussicht genommenen Ausführungsbei-

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spielen kann die spezielle Punktion f^ der Summe als ein Konstruktionsparameter angesehen werden, der unter anderem entsprechend den zu erzielenden Konvergenzeigenschaften gewählt wird. Die Punktion f,, der Fehlerwerte wird u.a. in Abhängigkeit vom Typ der Gerätebestückung und dem geforderten Wirkungsgrad gewählt. Die meisten Konstruktionen dürften mit Punktionen f^ und f₂ arbeiten, die mathematisch als ungerade, monotone und nicht abnehmende Punktionen, die jeweils Null sind, wenn ihr Argument Null ist, beschrieben werden können. Eine Realisierung dieser allgemeinen Regel ist in Fig. 5 dargestellt. Die durch f^ und fp definierten Punktionen werden durch Funktionsrechnungseinheiten I8d und 18c in Verbindung mit einem Akkumulator 15 errechnet. Man beachte, daß wenn f^ durch f^(x)=x und fp.durch f_?(x)=x definiert sind, diese Gleichung zur Gleichung (c) wird.

Die Realisierung der Gleichung (d) kann z.B. durch Wahl anderer Punktionen vereinfacht werden, wenn auch dabei andere Eigenschaften verlorengehen können. Es sei z.B. ein Ausführungsbeispiel erwähnt, bei dem fp(x) gleich dem Vorzeichen von χ ist. Das Blockschaltbild in Fig. 4 stellt dieses Ausführungsbeispiel dar, wenn man einfach anstelle der richtigen Multipliziereinrichtung 18b eine Einrichtung verwendet, die in Abhängigkeit vom Vorzeichen der Größe (Zv. -D_k) eine Multiplikation mit plus oder minus Eins bewirkt.

Für eine rasche anfängliche Einstellung des Entzerrers vor der Sendung von Daten wird ein bekanntes, statistisch erscheinendes Bezugssignal anstelle von willkürlichen Daten verwendet. Dies kann eine bekannte Datenfolge oder ein einfaches Testsignal, das unabhängig von der Datenquelle erzeugt wird, um- \ fassen. Auf der Empfängerseite erzeugt ein mit dem Sender synchronisierter Bezugssignalgenerator eine Wiedergabe des bekannten Signales als Ersatz für die Werte D_k während der anfänglichen Einstellung. Während diese bekannten Signale verwendet werden, können die Korrekturfaktoren vor ihrer Anwendung auf die Koef- j

fizienten voll gebildet werden und man kann einen verhältnismäßig! großen Maßstabs faktor verwenden. Nach dieser anfänglichen Einlauf j-

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periode von einem Bruchteil einer Sekunde wird der Sender auf den normalen Betrieb umgeschaltet und der Maßstabsfaktor wird auf seinen normalen Wert zurückgeführt. Der Entzerrer justiert sich dann während des Betriebes selbst weiter ein.

Andere wünschenswerte, für Fernsprechleitungen geeignete Entzerreransprachen

Bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen war angenommen worden, daß die gewünschten Entzerrerausgangsproben entsprechend einem isolierten Testimpuls alle Null sind mit Ausnahme einer mittleren Probe, deren Wert Eins ist. Selbstverständlich stellt dies ,nur eine von vielen wünschenswerten Ansprachen dar, die mit Erfolg verwendet werden können.

Bei vielen Pernsprechleitungen treten in erheblichem Maße kurzzeitige Phasenschwankungen auf. Bei der übertragung über Pernsprechleitungen muß das Datensignal vor seiner übertragung einem Träger aufmoduliert werden und der Träger muß auf der Empfängerseite für die Demodulation wiederhergestellt werden. ,

Wenn der Entzerrer für eine Ansprache ausgelegt ist,,, mit der Ausnahme der mittleren Probe immer Null ist, muß er ein Datenimpulsspektrum in einem Frequenzband haben, das den Träger überlappt. Dies erfordert, daß zur Wiedergewinnung des Trägers eine sehr schmale und daher träge Phasensynchronisations- : schleife verwendet werden muß, bei der die Gefahr besteht, daß der Träger ungenau wiederhergestellt wird und dadurch eine übermäßige Fehlerhäufigkeit in den Ausgangsdaten auftritt.

Diese Schwierigkeit kann dadurch vermieden werden, daß man den Entzerrer für eine gewünschte Ansprache auslegt, welche eine Null im Datenimpulsspektrum zuläßt. Das übertragene Datenimpulsspektrum wird so geformt, daß es diese Nullstelle aufweist und daß es für ein Frequenzband um diese Nullstelle kleine Werte hat; die Trägerfrequenz wird dann auf die Nullstelle gelegt. Man kann auf diese Weise eine wesentlich breitbandigere und daher viel schneller ansprechende Phasensynchronisations-

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schleife verwenden.

Die allgemeine Regel, die dies möglich macht, besteht ; darin, daß die gewünschte Ansprache mindestens zwei von Null verschiedene Proben enthält und daß die Summe.der gewünschten Pro- \ ben gleich Null ist.

Der Entzerrer kann insbesondere so konstruiert sein, daß die gewünschte Ansprache aus lauter Nullen besteht mit der Ausnahme eines Wertes +1 für eine Probe in der Nähe der Mitte, auf die eine Null und dann eine -1 für die nächste Probe folgen. Bei einem Entzerrer mit elf Abgriffen sähe dann also die Ansprache, wenn ein einzelner Testimpuls durch den Entzerrer läuft, folgendermaßen aus: 000010-10000. Um aus dieser gewünschten Ansprache Nutzen zu ziehen, wird als Filter 10 ein Bandfilter verwendet und die Ansprechgeschwindigkeit der Phasensynchronisationsschleife wird um etwa den Paktor 100 erhöht, d.h. die Bandbreite wird um etwa den Paktor 100 vergrößert. Wegen der Nullstellen im Impulsspektrum ist es dann möglich, mit 4800 Impulsen pro Sekunde (im Gegensatz zu 3200 Impulsen pro Sekunde) zu arbeiten und der Pilotträger wird dann auf 2,88 kHz gelegt. ;

Weiteren Nutzen kann man aus der obenerwähnten gewünsch- ^! ten Ansprache dadurch ziehen, daß man den zeitbestimmenden Pilotton auf eine zweite Nullstelle des Impulsspektrums legt, die.sich; bei der Frequenz 0,48 kHz befindet. Bei diesen Verhältnissen ist j es dann möglich, das zeitbestimmende Pilotsignal mit einer wesentlich schnelleren Phasensynchronisationsschleife wiederzuge- j winnen und dementsprechend Instabilitäten der Leitung viel ge- j nauer zu folgen. I

Für eine Konstruktion des Entzerrers gemäß Fig. 2, die i gemäß dieser Ansprache arbeitet, erhält die Gleichung (a) die | folgende spezielle Form: j

⁰I =^1/K 5 ^{zk - <vw> \-i <^h>

wobei für diesen speziellen Fall D^ das Datenausgangssignal der Entscheidungseinrichtung im k-ten Zeitpunkt ist.

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Eine andere gewünschte Ansprache, die zur Ausschaltung rascher Phasenschwankungen geeignet ist, besteht in einem Ausgangssignal, das immer Null ist, mit der Ausnahme, daß eine Probe in der Nähe der Mitte den Wert +1 hat, auf diese Probe drei Nullen folgen und die nächste Probe dann den Wert -1 hat, also 00010000- ; 1000 (also d_Q =1, dj. = -1 und alle anderen d- = 0). '

Der Vorteil dieser gewünschten Ansprache besteht darin, daß das entsprechende Impulsspektrum eine Nullstelle in der Mitte des Spektrums aufweist, auf die Pilotton gelegt werden kann, wodurch e±e genauere Messung der Phasenschwankungen möglich wird. Für einen Betrieb mit dieser Ansprache kann man leicht sehen, daß die Gleichung h sich lediglich durch Ersatz des Gliedes ^Dk-2 ^{durcJl D}k-4 ändert.

Ein weiterer Gesichtspunkt ergibt sich hinsichtlich der vorliegenden Entzerrer aus der Ermittlung einer Klasse von gewünschten Ansprachen für den Entzerrer, die die Form d = 1, d. = - — für N Werte von J, wobei J positiv und N größer als 1 ist, hat. Solche Ansprachen ergeben ganz allgemein ein besseres Betriebsverhalten und sie können zu günstigeren Lösungen von gewissen Problemen, z.B. Resynchronisation, Vereinfachung von ; digitalen Multiplexoperationen und Beherrschung der oben erwähnten Phasenschwankungen führen.

Ein insbesondere hinsichtlich der Phasenschwankungsproblemes geeignetes Ausführungsbeispiel hat eine gewünschte An- ; spräche von ungefähr einer Hälfte Nullen, einer Probe mit dem Wert 1 in der Nähe der Mitte, auf die abwechselnd Nullen und Werte - - folgen^ also:00000010 - 1/4 0 - 1/4 0 -1/4 0 -1/4. Ein solcnes Impulsspektrum ist in Fig. 6 dargestellt und die erforderlichen Änderungen der Gleichung für diese Ansprache ergeben sich aus den obigen Ausführungen. Um bei dieser Klasse von Ansprachen eine im Abstand von den Rändern liegende Nullstelle im Spektrum zu erzeugen, können mehr Nullen zwischen den von Null verschiedenen Ausgängen eingefügt werden.

Fig. 7 ist ein allgemeines Blockschaltbild eines Entzerrers für die oben angegebene Klasse von gewünschten Ansprachen.

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Ein solcher Entzerrer ist insbesondere für die Verwendung mit Fernsprechleitungen geeignet.

Die gewünschte Ansprache für den Entzerrer 12a in Fig. 7 ist

d_o = 1

d. = -α für J> 0 und gerade J w

d. = 0 für J <0 und

J '

für J >0 ungerade.

Die Entscheidungseinrichtung 16 bildet für einen Datenausgang

on

D, = eine Entscheidung basierend auf Z₁-E _n , * · * J=A-J⁰J"

Der Fehlerrechner l4c bildet dann Fehlerwerte, die er dem Entzerrer zuführt, entsprechend der Gleichung

2N ;

\-\- <^Dk * * Vjty

J — ■*·

Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird eine gewünschte Ansprache gewählt, die eine oder mehrere Nullstellen innerhalb des Datenimpulsspektrums ergibt und auf diese Null- j stellen werden Pilottöne gelegt, die in den Zeitwiederherstellungsschaltungen verwendet werden, um Gruppierungen der Ausgangsdaten-^ bits zu erzeugen. Die Empfänger-Zeitwiederherstellungsschaltungen werden in einem solchen Falle dann so ausgeführt, daß sie eine Synchronisation auf eine Frequenz bewirken, die gleich der Differenz der beiden oder zweier Pilottonfrequenzen ist, also z.B. 1,2 kHz. Man erhält auf diese Weise ein 1,2-kHz-Signal, das zur Bildung von acht Bitgruppierungen des empfangenen 9600-Bit/sec-Datensignals und damit zum multiplexen und entmultiplexen von bis! zu acht einzelnen langsameren Datenströmen verwendet werden kann,

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Die obige Diskussion dürfte also klargemacht haben, daß die Verwendung von gewünschten Ansprachen, die mindestens zwei Nullproben enthalten, die durch mindestens zwei Nullproben voneinander getrennt sind, zu Impulsspektren führt, die Nullstellen in der Mitte des Bandes haben und dementsprechend zur Vereinfachung von Multiplexoperationen und anderen Operationen in Verbindung mit der Wiedergewinnung der Daten verwendet werden können.

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Claims

Patentansprüche

1. Adaptiver Entzerrer mit einer Anzahl veränderlicher Koeffizienten zur Filterung eines Impulsstromes, mit einer Schaltungsanordnung, die während der Entzerrung Fehlerwerte im Ausgangssignal des Entzerrers bestimmt und zur Verringerung der Fehlerwerte sukzessive Korrekturwerte zu den Koeffizienten addiert, nach Patentanmeldung P 15 49 097.8, gekennzeichnet durch eine auf das Entzerrerausgangssignal ansprechende Entscheidungseinrichtung (16), die quantisierte Werte erzeugt, um hieraus die gewünschten Entzerrerausgangswerte zu errechnen; eine Anordnung (14, 14a, 14b) zur Bestimmung von Fehlerwerten als Differenz zwischen diesen quantisierten Werten und entsprechenden Abtastwerten des Entzerrerausgangssignales; und eine Schaltungsanordnung (18, 18a, l8b, 18c, l8d, l8e, l8f) zur Bildung von Korrekturwerten als Summen von bewerteten, mit Gewichten versehenen Fehlerwerten.

2. Entzerrer nach Anspruch 1, dadurch ge- ' kennzeichnet, daß die die Korrekturwerte bildende Schaltungsanordnung (18) bei der Bildung der Korrekturwerte für die Koeffizienten entsprechend der Gleichung :

el - _fl{ i/k ι f₂ Cz^ - o_k) Y_11-1)

arbeitet, wobei

cY einen Korrekturwert für den i-ten Koeffizienten im Entzerrer,

ν den augenblicklichen Schritt in der Folge von Korrekturen, ;

^ und f₂ ungerade, monotone, nichtabnehmende Funktionenj die jeweils Null sind, wenn ihr Argument Null ist, K ein Konstruktionspitrameter,

(Z^v-D. ) den Entzerrerausgangsfehler beim k-ten Zeit-

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inkrement,

z7 den Entzerrerausgang im k-ten Zeitinkrement, D, eine Darstellung des gewünschten Entzerrerausgangswertes in k-ten Zeitinkrement und

Y, . das Gewicht oder den Bewertungsfaktor für den Entzerrerausgangsfehler im k-ten Zeitinkrement sowie die unentzerrte Datenprobe im (k-i)-ten Zeitinkrement bedeuten.

3. Entzerrer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß er die Form eines Digitalfilters hat, welches eine Anordnung (12a) zur Gewinnung und Speicherung von Proben (Y_k_^) des Entzerrereingangssignales und eine digitale Schaltung (12b, 12c, 12d) zur Verarbeitung der Eingangsproben und Erzeugung von Ausgangsproben (Z^) enthält.

4. Entzerrer nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß er die Korrekturwerte mit f_x(x)=x bildet.

5. Entzerrer nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß er die mit Gewicht bzw. Bewertungsfaktoren versehenen Terme mit f«(x)=x bildet.

6. Entzerrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung (l8a) Teile von Korrekturwerten bildet, daß diese Korrekturwertteile den entsprechenden Koeffizienten zugeführt werden und daß die Summierung der mit Gewichten versehenen Terme inhärent durch die Aktion von aufeinanderfolgenden Korrekturwertteilen zu den Koeffizienten erfolgt.

7· Entzerrer nach Anspruch 6, dadurch ge- j kennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung so auf- ' gebaut ist, daß sie die Korrekturwertteile für die Koeffizienten entsprechend der Gleichung

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l- ^(Zk "Wi

bildet, wobei

c7 ein Korrekturwertteil für den i-Koeffizienten im Entzerrer,

ν den gegenwärtigen Schritt in der Folge von Korrekturen,

(Z^ -D. ) den Entzerrerausgangsfehler beim k-ten Zeitinkreraent,

z7 den Entzerrerausgang beim k-ten Zeitinkrement,

IC

Ο, eine Darstellung des gewünschten Entzerrerausgangswertes beim k-ten Zeitinkrement und

Y, _. das Gewicht für den Entzerrerausgangsfehler beim k-ten Zeitinkrement und gleichzeitig die unentzerrte Datenprobe beim (k-i)ten Zeitinkrement
bedeuten.

8. Entzerrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem gewünschten Ansprechverhalten, das bewirkt, daß jede Entzerrerausgangsprobe proportional zum Wert eines einzelnen Impulses im Impulsstrom ist, dadurch gekennzeichnet, daß die quantisierenden Entschadungen der Entscheidungseinrichtung (16) direkt als Darstellungen des gewünschten Entzerrerausgangs verwendet werden.

9· Entzerrer nach einem der Ansprüche 1 bis 7 mit einem gewünschten Ansprechverhalten, das bewirkt, daß jede Entzerrerausgangsprobe eine Summe von Werten proportional der laufenden Datenprobe und einer oder einer bestimmten Gruppe von vorangehenden Datenproben umfaßt, und mit einer Entscheidungseinrichtung (16, l^c in Fig. 7),die die laufende Ausgangsprobe und frühere Entscheidungen bezüglich des Wertes vorangehender Datenimpulse für die Entscheidung bezüglich des gesendeten Wertes des laufenden Datenimpulses verwendet, dadurch gekennzeichnet, daß im Entzerrer die Darstellung des ge-

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wünschten Entzerrerausgangswertes als Summe von Werten proportional zu den Entscheidungen für die laufende Datenprobe und der entsprechenden vorangehenden Datenproben gebildet wird.

10. Entzerrer nach Anspruch 9 für die Verwendung mit einem modulierenden Sender, der eine Anordnun g zum Einsetzen eines Pilottones in eine Nullstelle aufweist, dadurch gekennzei chnet, daß das gewünschte Ansprechverhalten des Entzerrers Nullstellen im Impulsspektrum aufweist, in die der Pilotton eingesetzt wird und daß ein Empfänger vorgesehen ist, in dem der Pilotton zur Demodulation des übertragenen Signales verwendet wird, um Einflüsse von Phasenschwankungen im Entzerrerausgangssignal zu verringern.

11. Verfahren zum Entzerren eines Impulsstromes unter Verwendung eines Entzerrers insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Anzahl von veränderlichen Koeffizienten zur Bildung eines Entzerrerausgangssignales, bei welchem die Koeffizienten während der Entzerrung korrigiert werden, indem Fehlerwerte im Empfängerausgangssignal bestimmt werden und den Koeffizienten sukzessive Korrekturwerte hinzuaddiert werden, um die Pehlerwerte zu verringern, dadurch gekennzeichnet, daß Entscheidungen auf der Basis des Entzerrerausganges gefällt werden, um Darstellungen der gewünschten Ausgangswerte zu bilden, daß Pehlerwerte als Differenz zwischen den Darstellungen und entsprechenden Werten des Entzerrerausgangssignales bestimmt werden und daß die Korrekturwerte als Funktionen der mit Gewichten versehenen Pehlerterme gebildet werden.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewichte direkt als Proben des Entzerrereingangsstromes gewonnen werden.

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