CH686328A5 - Umschaltbares nicht-dezimierendes/dezimierendes adaptiver Entzerrerfilter. - Google Patents

Description

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Beschreibung

Aus der europäischen Patentanmeldung EP-A 0 305 708 ist ein digitales Dezimierungsfilter bekannt, dessen darin enthaltener Multiplexer mit der Abtastrate der ihm zugeführten Signale betrieben wird, während die an seine Ausgänge anschlosse-nen Signalpfade und die mit diesen verbundenen Teilschaltungen des Filters mit der halben Abtastrate des Eingangssignals betrieben werden.

Ferner ist aus der Dissertationsschrift von Tobias Gebhard Noll an der Ruhr-Universität Bochum, 1989, mit dem Titel «Architektur- und Schaltungsentwurf eines digitalen adaptiven Entzerrers für den Digital-Richtfunk mit lokal systolischen Carry-Save-Arrays in CMOS-Technoiogie», Seite 50, ein Blockschaltbild eines digitalen Zero-Forcing-Entzerrers bekannt, bei dem Filterkoeffizienten von Koeffizienten-Multiplizierern einer Filterschaltung durch Teil-korrelatoren einer Koeffizientennachstellschaltung in Abhängigkeit eines Fehlersignals und eines Ent-scheiderausgangssignals als Bezugssignal nachstellbar sind, um näherungsweise ein Inversfilter zu einem zeitlich sich ändernden Kanal zu bilden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein umschaltbar nicht-dezimierendes/dezimierendes adaptives Entzerrerfilter anzugeben, bei dem die Verdrahtung zwischen einer Koeffizienten-Nachstellschaltung und einer Filterschaltung mit veränderbaren Koeffizienten hinsichtlich der Umschaltung zwischen nicht-dezimierender und dezimierender Betriebsart möglichst für beide Betriebsarten nutzbar ist und nur eine möglichst geringe Zahl von Schaltern bzw. Umschaltern erforderlich ist und bei dem eine möglichst geringe Chipfläche erforderlich ist und eine möglichst geringe Verlustleistung auftritt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Der Patentanspruch 2 ist auf eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung gerichtet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 ein Schaltbild eines erfindungsgemässen Entzerrerfilters mit einer Serial-ln/Parallel-Out-Struk-tur und

Fig. 2 ein erfindungsgemässes Entzerrerfilter mit einer Parallel-In/Serial-Out-Struktur.

In Fig. 1 ist ein umschaltbar nicht-dezimierendes/ dezimierendes adaptives Entzerrerfilter mit N = 11 Koeffizienten gezeigt, das aus einem umschaltbar nicht-dezimieren- den/dezimierenden Filter mit veränderbaren Koeffizienten NDF/DF und einer Koeffi-zientennachstellschaltung CORR besteht, wobei das Filter NDF/DF aus einem Teilfilter TFI und einem weiteren Teilfilter TF2 besteht, die beide eine Serial-In/Parallel-Out-Struktur aufweisen. Das erste Teilfilter TFI besitzt eine Reihenschaltung von Verzögerungsgliedern 1 ... 5 mit der jeweiligen Verzögerungszeit T, wobei l/T der Symbolrate fs entspricht, sechs Koeffizientenmultiplizierer 31 ... 36 für veränderbare Koeffizienten und fünf Addierer 53 ... 57. Das weitere Teilfilter TF2 besitzt eine Reihenschaltung aus vier Verzögerungsgliedern 6 ... 9,

fünf Koeffizientenmultiplizierer 37 ... 41 und vier Addierer 58 ... 61. Das Eingangssignal des Filters TF1 wird dabei im Koeffizientenmultiplizierer 31 mit dem jeweiligen Koeffizienten multipliziert und der Reihenschaltung aus den fünf Verzögerungsgliedern 1 ... 5 zugeführt. Die Signale der Ausgänge der Verzögerungsglieder 1 ... 5 werden in den Koeffizientenmul-tiplizierern 32 ... 36 mit den jeweiligen Koeffizienten multipliziert und das Ergebnis jeweils einem ersten Eingang eines jeweiligen Addierers der Addierer 53 ... 57 zugeführt. Der zweite Eingang des Addierers 53 ist mit dem Ausgang des Koeffizientenmultipli-zierers 31 und die weiteren zweiten Eingänge der Addierer 55 ... 57 sind der Reihe nach jeweils mit einem Ausgang eines jeweiligen Addierers verbunden und der Ausgang des Addierers 57 ist mit einem Eingang eines Addierers 62 beschaltet. Beim Teilfilter TF2 ist entsprechend das Eingangssignal dem Koeffizientenmultiplizierer 37 und die Ausgangssignale der Verzögerungsglieder 6 ... 9 den Koeffizientenmultiplizierern 38 ... 41 der Reihe nach jeweils einzeln zuführbar. Ein erster Eingang des Addierers 58 ist mit dem Ausgang des Koeffizien-tenmultiplizierers 37 verbunden und die ersten Eingänge der weiteren Addierer 59 ... 61 sind jeweils mit einem Ausgang eines vorhergehenden Addierers verbunden und der Ausgang des Addierers 61 ist mit dem zweiten Eingang des Addierers 62 beschaltet, dessen Ausgang den Filterausgang y darstellt. Die zweiten Eingänge der Addierer 58 ... 61 sind jeweils der Reihe nach mit je einem Ausgang der Koeffizientenmultiplizierer 38 ... 41 verbunden. Das Filter NDF/DF besitzt einen Démultiplexer DMUX1, dessen Eingang das Filtereingangssignal x führt, dessen erster Ausgang mit dem Eingang des Filters TF1 und dessen zweiter Ausgang mit dem Eingang eines Umschalters 52 verbunden ist. Der Démultiplexer DMUX1 ist mit der Symbolrate fs umgeschaltbar, das heisst jeder der beiden Schaltzustände des Demultiplexers wird jeweils für die Zeit 1/2*fs angenommen, und seine beiden Ausgänge sind durch einen Schalter S1 überbrückbar.

Im nicht-dezimierenden Betrieb entspricht die verwendete Filter- bzw. Abtastfrequenz der Symbolrate fs (Baud-Rate). Durch diese Abtastung wird in allen praktischen Anwendungen das Abtasttheorem verletzt, was wiederum in hohen Anforderungen an die verwendete Abtastphase resultiert. Im dezimierenden Betrieb wird aus Gründen der vereinfachten Synchronisation die Abtastfrequenz meist der doppelten Symbolrate 2fs entsprechend gewählt und entspricht somit dem Abtasttheorem. Nach der Entzerrungsfilterung kann die Abtastrate meist auf die Symbolrate reduziert werden und die Filteranordnung kann somit als Dezimierungsfilter aufgefasst werden. Der Nachteil liegt hierbei in gewissen unerwünschten Freiheitsgraden bei der Einstellung der Filterkoeffizienten. Die Ausgänge des Demultiplexers DMUX1 sind im nicht-dezimierenden Betrieb durch den Schalter SI überbrückt, das heisst das der Démultiplexer DMUX1 auch wie im dezimierenden Betrieb weiter umgeschaltet werden kann und nicht abgeschaltet werden muss, und der Eingang des Umschalters 52 wird über eine Vorverzögerungsschaltung VI mit dem Eingang des Teilfilters

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TF2 verbunden und die Koeffizientenmultiplizierer 31 ... 36 werden parallel der Reihe nach mit den Koeffizienten C-5 ... Co und die Koeffizientenmultiplizierer 37 ... 41 des Teilfilters TF2 werden der Reihe nach mit den Koeffizienten C1 ... C5 versorgt. Im dezimierenden Betrieb ist der Schalter S1 geöffnet, der Démultiplexer DMUX1 also wirksam, und der Eingang des Umschalters 52 über eine Vorverzögerungsschaltung V2 mit dem Eingang des Teilfilters TF2 verbunden und die Koeffizientenmultiplizierer 31 ... 36 des Teilfilters TFI werden der Reihe nach parallel mit den Koeffizienten C-5/2, C-3/2, ....C5/2 und die Koeffizientenmultiplizierer 37 ... 41 des Teilfilters TF2 mit den Koeffizienten C4/2, C-2/2. ... C4/2 versorgt.

Die Koeffizientennachstellschaltung CORR besteht aus N = 11 Teilkorrelatoren 80 ....90, einer Kette von Verzögerungsgliedern 10 ... 14, einer weiteren Kette von Verzögerungsgliedern 15 ... 18, einem Démultiplexer DMUX2, Umschaltern S3 und S4, einem Schalter S5 und Vorverzögerungsgliedern V3 ... V6. Ein Fehlersignal e ist über den Umschalter 53 entweder über das Vorverzögerungsglied V3 oder über das Vorverzögerungsglied V4 jeweils allen ersten Eingängen der Teilkorrelatoren 80 ... 90 zuführbar. Ein Bezugssignal W ist dem Eingang des Démultiplexera DMUX2 zuführbar, der mit der Symbolrate fs umschaltbar ist. Als Bezugssignal W wird beim sogenannten Zero-Forcing-Verfahren das Ausgangssignal einer Entscheiderschaltung benutzt, die mit dem Filterausgangssignal 7 versorgt wird und beim sogenannten Minimum-Mean-Squa-re-Error-Verfahren wird das Filtereingangssignal x hierfür verwendet. Ein erster Ausgang des Démultiplexera DMUX2 ist mit dem Eingang der Kette von Verzögerungsgliedern 10 ... 14 verbunden, der zweite Ausgang des Démultiplexera DMUX2 ist über den Umschalter S4 entweder über die Vorverzögerungsschaltung V5 oder über die Vorverzögerungsschaltung V6 mit dem Eingang der Kette von Verzögerungsgliedern 15 ... 18 verbindbar und die beiden Ausgänge des Démultiplexera DMUX2 sind im nicht-dezimierenden Betrieb durch den Schalter S5 überbrückt und im dezimierenden Betrieb nicht überbrückt. Der zweite Eingang des Teilkorrelators 80 ist mit dem Eingang der Kette von Verzögerungsgliedern 10 ... 14 und die Ausgänge der Verzögerungsglieder 10 ... 14 sind der Reihe nach jeweils mit einem zweiten Eingang der Teilkorrelatoren 82, 84 ... 90 verbunden. Der Eingang der Kette von Verzögerungsgliedern 15 ... 18 ist mit dem zweiten Eingang des Teilkorrelators 81 verbunden und die Ausgänge der Verzögerungsglieder 15 ...

18 sind der Reihe nach jeweils mit je einem der Teilkorrelatoren 83, 85 ... 89 verbunden. Der Teil-korrelator 80 ist beispielhaft detailliert ausgeführt, wobei die beiden Eingänge des Teilkorrelators 80 die Eingänge eines Multiplizierers M darstellen, dem ein invertierender Verstärker A, ein Addierer 63 und ein Verzögerungsglied 19 nachgeschaltet sind, wobei der Ausgang des Verzögerungsgliedes

19 den Ausgang des Teilkorrelators darstellt und dieser auf den zweiten Eingang des Addierers 63 zurückgeführt ist, so dass sich ein digitaler Integrator ergibt.

Besteht beispielsweise das Fehlersignal e, wie in der Dissertation von Tobias Noll beschrieben lediglich aus einem Vorzeichenbit, so kann jedes Bit des Bezugssignals w anstelle des Multiplizierers M zusammen mit dem Signal e in einer EXOR-Schal-tung verknüpft werden. Die Ausgänge der Teilkorrelatoren 80 ... 90 liefern der Reihe nach die Koeffizienten C-5 bzw. C-5/2, Ci bzw. C-4/2, C4 bzw. C-3/2, C2 bzw. C-2/2, C-3 bzw. C-1/2, C3 bzw. Co, C-2 bzw C1/2, C4 bzw. C2/2, C-1 bzw. C3/2, C5 bzw. C4/2 und Co bzw. C5/2. Hieraus ergibt sich, dass sowohl im nicht-dezimierenden als auch im dezimierenden Betrieb die gleichen Verbindungen zwischen Teilkorrelatoren und Koeffizientenmultiplizie-rern bestehen und keine weiteren Schalter bzw. Umschalter erforderlich sind.

In Fig. 2 ist ein weiteres erfindungsgemässes Entzerrerfilter dargestellt, bei dem lediglich anstelle des umschaltbar nicht-dezimierenden/dezimierenden Filters NDF/DF ein umschaltbar nicht-dezimieren-des/dezimierendes Filter NDF/DF verwendet wird, das ein Teilfilter TF1' und ein Teilfilter TF2' mit jeweils einer für die schaltungstechnische Realisierung günstigeren Parallel-In/Serial-Out-Struktur, und bei dem die Verdrahtung zwischen dem Filter NDF/ DF' und der Koeffizienten-Nachstellschaltung CORR bezüglich der Verdrahtung zwischen dem Filter NDF/DF und der Koeffizienten-Nachstellschaltung CORR gespiegelt ist, wodurch der in Fig. 2 beispielhaft dargestellte letzte Teilkorrelator 90 mit einem ersten Koeffizienten-Multiplizierer 42 für veränderliche Koeffizienten und der in Fig. 2 beispielhaft dargestellte erste Teilkorrelator 80 mit einer letzten Koeffizienten-Multiplizierer 47 des ersten Teilfilters TF1' verbunden ist. Das Eingangssignal des Teilfilters TF1' wird dabei allen Koeffizienten-Multiplizierern 42 ... 47 für veränderliche Koeffizienten und das Eingangssignal des Teilfilters TF2' wird gleichzeitig allen Koeffizientenmultiplizierern 48 ... 52 für veränderliche Koeffizienten zugeführt. Im Teilfilter TF1' ist eine Kette aus Verzögerungsgliedern 20 ... 25 und Addierern 64 ... 68 vorgesehen, wobei die Kette mit dem Verzögerungsglied 20 beginnt und sich jeweils ein Addierer mit nachgeschaltetem Verzögerungsglied der Reihe nach anschliesst. Der Ausgang des ersten Koeffizienten-Multiplizierers 42 ist über das Verzögerungsglied 20 mit einem ersten Eingang des Addierers 64 und jeweils einer der Ausgänge von den Koeffizienten-Multiplizierern 43 ... 47 ist mit einem der zweiten Eingänge der Addierer 64 ... 68 der Reihe nach verbunden. Im Teilfilter TF2' sind wie beim Filter TF1' abwechselnd die Verzögerungsglieder 26 ... 30 und die Addierer 69 ... 72 der Reihe nach vorgesehen, wobei das Eingangssignal des Filters TF2' über den ersten Koeffizienten-Multiplizierer 48 und das Verzögerungsglied 26 auf einen ersten Eingang des Addierers 69 und jeweils ein Ausgangssignal der Koeffizienten-Multiplizierer 41 ... 52 auf einen zweiten Eingang der Addierer 69 ... 72 geführt ist. Den Koeffizienten-Multiplizierern 42 ... 47 des Teilfilters TF1' sind der Reihe nach die Koeffizienten Co, C-1, ... C-5 und den Koeffizienten-Multiplizierern 48 ... 52 des Teilfilters TF2' sind der Reihe nach die Koeffizienten C5, C4, ... Ci im nicht-dezimierenden

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Neben den in der Regel verwendeten Filtern mit ungerader Koeffizientenzahl sind auch Filter mit gerader Koeffizientenzahl denkbar und ein erfindungs-gemässes Filter mit beispielsweise N = 10 ist aus den Fig. 1 und 2 dadurch leicht ableitbar, dass in Fig. 1 der Koeffizienten-Multiplizierer 31 und der Teilkorrelator 80 und in Fig. 2 der Koeffizienten-Multiplizierer 47 und der Teilkorrelator 80 nicht vorhanden sind.

Ein nicht-dezimierendes Filter mit N Koeffizienten kann in zwei ausgangsseitig additiv verknüpfte Teilfilter aufgeteilt werden, wobei das zweite Teilfilter jedoch über eine Vorverzögerungsschaltung, in Fig. 1 und Fig. 2 mit V1 bezeichnet, versorgbar ist. Die Vorverzögerungsschaltung besitzt im allgemeinen Fall eine Vorverzögerungszeit, die sich aus der Summe aller Verzögerungszeiten des ersten Teilfilters und einer weiteren Verzögerungszeit T ergibt. Die Vorverzögerungszeit der Vorverzögerungsschaltung beträgt Int (N/2), wobei Int (x) die nächstgrös-sere ganze Zahl von x bedeutet, wenn die Zahl der Koeffizienten des ersten Teilfilters sich höchstens um einen Koeffizienten von der Zahl der Koeffizienten des zweiten Teilfilters unterscheidet, also eine möglichst symmetrische Aufteilung zwischen beiden Teilfiltern vorliegt. Für das in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellte Filter mit N = 11 Koeffizienten ergibt sich folglich eine Vorverzögerungszeit für die Vorverzögerungsschaltung V1 von 6 T. Im dezimierenden Betrieb wird auf den mit der Symbolrate fs getakteten Démultiplexer DMUX1 abwechselnd das Teilfilter TF1 und das Teilfilter TF2 jeweils für die Zeit von 1/2*fs mit dem Filtereingangssignal x, das die doppelte Symbolrate 2fs besitzt, versorgt, wobei dies beim Teilfilter TF1 direkt und beim Teilfilter TF2 über eine Vorverzögerungsschaltung mit der Verzögerungszeit T/2 erfolgt. Die Vorverzögerungsschaltung V2 in den Fig. 1 und 2 besitzt deshalb ebenfalls die Verzögerungszeit T/2.

In der Koeffizientennachstellschaltung CORR ergeben sich für die Vorverzögerung des Bezugssignals w in den jeweiligen Betriebsarten die gleichen Vorverzögerungszeiten wie bei der Vorverzögerung des zweiten Teilfilters. Dies bedeutet bei der Vorverzögerungsschaltung V5 von Fig. 1 und 2 eine Vorverzögerungszeit von 6 T und bei der Vorverzögerungsschaltung V6 der Fig. 1 und 2 eine Vorverzögerungszeit von T/2.

Das Fehlersignal e ist abhängig von der gewünschten Korrelation zwischen O und NT im nicht-dezimierenden Betrieb und zwischen O und NT/2 im dezimierenden Betrieb frei wählbar. Oftmals wird jedoch eine Vorverzögerungszeit zur Vorverzögerung des Fehlersignals im nicht-dezimierenden Betrieb von (N-Int (N/2)) T und eine Vorverzögerungszeit für das Fehlersignal im dezimierenden Betrieb von (N-Int (N/2)) T/2 gewählt, um sogenannte Vorschwinger in der Impulsantwort eines zu entzerrenden Kanals vor dem Hauptabtastwert und sogenannte Nachschwinger in der Impulsantwort des Kanals in gleicher Weise zu berücksichtigen. Treten im Kanal beispielsweise nur Nachechos auf, so ist es möglicherweise zweckmässig kürzere Vorverzögerungszeiten für das Fehlersignal e zu wählen, um möglichst viele Nachschwinger in die Entzerrung mit einzubeziehen. Für die Vorverzögerungsschaltung V3 in Fig. 1 und Fig. 2 ergibt sich hieraus eine Vorverzögerungszeit von 5T und für die Vorverzögerungsschaltung V4 in entsprechender Weise eine Vorverzögerungszeit von 5T/2.

Claims (2)

Patentansprüche

1. Adaptives Entzerrerfilter

- mit einem ersten Démultiplexer (DMUX1), dem eingangsseitig ein Filtereingangssignal (x) zuführbar ist, der im nicht-dezimierenden Betrieb durch einen Schalter (S1) ausgangsseitig überbrückt und im dezimierenden Betrieb ausgangsseitig nicht überbrückt ist und dessen erster Ausgang über ein erstes Teilfilter (TFI ), das Koeffizientenmultiplizierer (31 ... 36) für veränderbare Koeffizienten besitzt, mit einem ersten Eingang eines Addierers (62) verbunden ist, dessen Ausgang ein Filterausgangssignal (y) führt,

- mit einem ersten Umschalter (S2) durch den entweder, im nicht-dezimierenden Betrieb, der zweite Ausgang des ersten Demultiplexers über eine Reihenschaltung aus einer ersten Vorverzögerungsschaltung (V1) und einem zweiten Teilfilter (TF2), das Koeffizienten-Multiplizierer (37 ... 41) für veränderbare Koeffizienten besitzt, oder im dezimierenden Betrieb, über eine Reihenschaltung aus einer zweiten Vorverzögerungsschaltung (V2) und das zweite Teilfilter auf den zweiten Eingang des Addierers (62) schaltbar ist,

- mit einem zweiten Umschalter (S3), durch den ein Fehlersignal (e) entweder, im nicht-dezimieren-den Betrieb, über eine dritte Vorverzögerungsschaltung (V3) oder, im dezimierenden Betrieb, über eine vierte Vorverzögerungsschaltung (V4) jeweils auf einen ersten Eingang einer Vielzahl von Teilkorrelatoren (80 ... 90) einer Koeffizientennachstell-schaltung (CORR) schaltbar ist,

- mit einem zweiten Démultiplexer (DMUX2), dem eingangsseitig ein Bezugssignal (w) zuführbar ist, der im nicht-dezimierenden Betrieb durch einen Schalter (S5) ausgangsseitig überbrückt und im dezimierenden Betrieb ausgangsseitig nicht überbrückt ist, und dessen erster Ausgang mit einem Eingang einer ersten Kette von Verzögerungsgliedern (10 ... 14) verbunden ist,

- mit einem dritten Umschalter (S4) durch den der zweite Ausgang des zweiten Demultiplexers entweder, im nicht-dezimierenden Betrieb, über eine fünfte Vorverzögerungsschaltung (V5) oder, im dezimierenden Betrieb, über eine sechste Vorverzöge-

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rungsschaltung (V6) mit einem Eingang einer zweiten Kette von Verzögerungsgliedern (15 ... 18) verbindbar ist,

- mit ersten Teilkorrelatoren (80, 82 ... 90), deren jeweiliger Ausgang direkt mit jeweils einem der Koeffizienten-Multiplizierer (31 ... 36) des ersten Teilfilters verbunden sind, um die jweiligen Koeffizienten (C-5, C-4 ... Co bzw. C-5/2, C-3/2, ... C5/2) zu liefern, und deren zweite Eingänge mit Verzögerungsgliedern der ersten Kette von Verzögerungsgliedern verbunden sind,

- mit zweiten Teilkorrelatoren (81, 83 ... 89), deren jeweiliger Ausgang direkt mit jeweils einem der Koeffizienten-Multiplizierer (37, ... 41) des zweiten Teilfilters verbunden ist, um die jeweiligen Koeffizienten (Ci, C2, ... C5 bzw. C-4/2, C-2/2, - C4/2) zu liefern, und deren zweite Eingänge mit Verzögerungsgliedern der zweiten Kette von Verzögerungsgliedern verbunden sind,

- mit einer ersten und fünften Vorverzögerungsschaltung, die eine Vorverzögerungszeit (6T) besitzen, die sich aus der Verzögerungszeit (T) der Verzögerungsglieder in den Teilfiltern multipliziert mit der nächstgrösseren ganzen Zahl der halbierten Koeffizientenzahl (N) ergibt,

- und mit einer zweiten und sechsten Vorverzögerungsschaltung, die eine Vorverzögerungszeit (T/2) aufweist, die der halben Verzögerungszeit T der Verzögerungsglieder in den Teilfiltern entspricht.

2. Adaptives Entzerrerfilter nach Anspruch 1,

- bei dem die dritte Vorverzögerungsschaltung (V3) eine Vorverzögerungszeit (5T) besitzt, die sich aus der mit der Koeffizientenanzahl multiplizierten Verzögerungszeit T vermindert um die Vorverzögerungszeit der ersten Vorverzögerungsschaltung (V1) ergibt,

- und bei dem die vierte Vorverzögerungsschaltung (V4) eine Vorverzögerungszeit (5T/2) aufweist, die der halben Vorverzögerungszeit der dritten Vorverzögerungsschaltung (V3) entspricht.

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