DE10007752A1 - Verfahren zur Anpassung eines Entscheidungspegels bei der Umwandlung eines analogen Signals in ein digitales Signal und digitaler Empfänger - Google Patents
Verfahren zur Anpassung eines Entscheidungspegels bei der Umwandlung eines analogen Signals in ein digitales Signal und digitaler EmpfängerInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anpassung von Entscheidungspegeln bei der Umwandlung eines mehrpegeligen analogen Signals in ein Digitalsignal und einen digitalen Empfänger. Als Startbedingung sind eine bestimmte Pegeldifferenz zwischen zwei Pegeln und auch ein erster logischer Zustand vorgegeben, den das analoge Signal zu Beginn der Datenübertragung einnimmt. Ein zweiter logischer Zustand wird daran erkannt, daß sich der Pegel des analogen Signals um mehr als die Pegeldifferenz ändert. Es wird dann fortlaufend ein Entscheidungspegel berechnet, der zwischen den Pegeln des ersten und zweiten logischen Zustands liegt.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anpassung von Entscheidungspegeln bei der
Umwandlung eines analogen Signals in ein Digitalsignal, und einen digitalen Empfänger,
die insbesondere für ein optisches oder induktives Datenübertragungssystems geeignet
sind, bei dem ein analoges Datensignal übertragen wird, das mindestens zwei ver
schiedene logische Zustände annehmen kann, die sich in ihren Pegeln unterscheiden.
Aus der EP 0 540 359 A2 ist ein digitaler Detektor für ein vierpegeliges pulsamplituden
moduliertes (4PAM) Signal bekannt, der zur Unterscheidung der vier Pegel eine Logik
schaltung mit drei Entscheidungspegeln aufweist, die er einerseits an den Ausgangs
pegel einer ihm vorgeschalteten Empfangsschaltung und andererseits fortlaufend an
schwankende Übertragungsbedingungen anpaßt. Der dazu verwendete Algorithmus ist
nicht offenbart. Das 4PAM-Signal wird durch einen A/D-Wandler digitalisiert, wobei die
Pegel des 4PAM-Signals innerhalb des Konvertierungsbereichs des A/D-Wandlers liegen
müssen, damit kein Überlauf auftritt.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein einfaches Verfahren anzugeben, mit dem
Entscheidungspegel für die Umwandlung eines analogen Datensignals in ein Digitalsignal
während der Datenübertragung an schwankende Signalpegel angepaßt werden können,
sowie einen digitalen Empfänger zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß es ohne voreingestellte
Werte für die logischen Pegel arbeitet. Allerdings sind als Startbedingung bestimmte
Pegeldifferenzen zwischen den einzelnen Pegeln vorgegeben, und auch ein erster
logischer Zustand, den das Datensignal zu Beginn der Datenübertragung darstellt. Ein
zweiter logischer Zustand wird daran erkannt, daß sich der Pegel des analogen Signals
um mehr als die Pegeldifferenz ändert. Aus den Pegeln der beiden logischen Zustände
wird ein Entscheidungspegel berechnet, der zwischen diesen Pegeln liegt. Nachdem die
Pegel des ersten und zweiten logischen Zustands und der Entscheidungspegel bestimmt
sind, werden diese Pegel fortlaufend an die schwankenden Übertragungsbedingungen
angepaßt.
Bei einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im digitalen
Empfänger das analoge Datensignal mehrmals innerhalb einer Bitzeit abgetastet und ein
logischer Pegel aus dem Mittelwert der während einer Bitzeit gewonnenen Abtastwerte
gebildet. Zu Beginn der Datenübertragung wird der zweite logische Zustand daran
erkannt, daß sich zwei aufeinanderfolgende Mittelwerte von Abtastwerten um mehr als
die Pegeldifferenz unterscheiden. Der Entscheidungspegel wird dann aus den Pegeln des
ersten und zweiten logischen Zustands berechnet, die durch Mittelwertbildung bestimmt
sind. Danach erfolgt die fortlaufende Anpassung der Pegel anhand der fortlaufend aus
den Abtastwerten bestimmten Mittelwerte.
Ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitender digitaler Empfänger braucht
nicht auf den Pegel der jeweiligen Übertragungsstrecke eingestellt zu werden, da er sich
selbsttätig anpaßt. Er weist beispielsweise einen A/D-Wandler auf, der das analoge
Datensignal fortlaufend abtastet und digitalisiert, sowie ein Rechenwerk zur Berechnung
von Entscheidungspegeln und mehrere Register zur Speicherung von digitalisierten
Abtastwerten und Entscheidungspegeln bzw. Pegeldifferenzen.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird zunächst für den Fall beschrieben, bei dem im
analogen Datensignal nur zwei logische Pegel, nämlich HIGH und LOW, erkannt und
unterschieden werden müssen, und daher auch nur ein Entscheidungspegel vorhanden
ist, der während der Datenübertragung angepaßt werden muß. Es wird davon ausgegan
gen, daß während der Datenübertragung kein Pegel außerhalb des A/D-Bereichs auftritt.
Die als Startbedingung vorgegebene Pegeldifferenz zwischen dem LOW- und HIGH-Pegel
wird nachfolgend mit dU bezeichnet, und der logische Zustand des Datensignals soll zu
Beginn der Datenübertragung HIGH sein, dem der HIGH-Pegel UHIGH entspricht.
In einem ersten Schritt wird der erste Abtastwert U als UHIGH gespeichert, und ein
Entscheidungspegel E = UHIGH - dU berechnet und gespeichert.
Dann wird in einem zweiten Schritt der zweite Abtastwert U mit dem gespeicherten
Entscheidungspegel E verglichen. Ist der zweite Abtastwert U größer oder gleich dem
gespeicherten Entscheidungspegel E, dann wird der zweite Abtastwert U als UHIGH
gespeichert und es wird ein neuer Entscheidungspegel E = UHICH - dU berechnet und
gespeichert. Sind auch die folgenden Abtastwerte U größer oder gleich dem jeweils
zuletzt gespeicherten Entscheidungspegel E, werden die Abtastwerte als UHIGH gespeichert
und jeweils der entsprechende neue Entscheidungspegel E = UHIGH - dU berechnet
und gespeichert. Ist jedoch entweder der zweite oder einer der folgenden Abtastwerte
U kleiner als der gespeicherte Entscheidungspegel E, dann wird der neue Abtastwert U
als ULOW gespeichert, und es wird ein neuer Entscheidungspegel E = ½(UHIGH + ULOW)
berechnet und gespeichert.
In allen folgenden Schritten wird der nächste Abtastwert U mit dem zuletzt gespeicher
ten Entscheidungspegel E verglichen und, wenn er größer oder gleich dem zuletzt
gespeicherten Entscheidungspegel E ist, als UHIGH gespeichert, ansonsten aber als ULOW
gespeichert. In beiden Fällen wird ein neuer Entscheidungspegel E = ½(UHIGH + ULOW)
berechnet und gespeichert.
Der oben beschriebene Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in der einzigen
Figur dargestellt, wobei unter dem ersten Wert U bzw. nächsten Wert U entweder
Abtastwerte oder Mittelwerte von Abtastwerten zu verstehen sind.
Wenn als Startbedingung der logische Zustand des Datensignals zu Beginn der Daten
übertragung nicht wie beschrieben HIGH sondern LOW sein soll, dem dann der LOW-
Pegel ULOW entspricht, wird im ersten Schritt der erste Abtastwert U als ULOW gespei
chert, und der Entscheidungspegel E = ULOW + dU berechnet und gespeichert. Die
folgenden Schritte ändern sich in naheliegender Weise entsprechend.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch zur Anpassung von Entscheidungspegeln bei
der Umwandlung eines analogen Signals mit mehr als zwei Pegeln in ein Digitalsignal
geeignet. Erfolgt die Datenübertragung beispielsweise mit einem dreipegeligen Analog
signal, wird man als Startbedingung vorteilhafterweise den mittleren logischen Pegel
wählen, und zwei Pegeldifferenzen dU' und dU" festlegen, mit denen ausgehend vom
mittleren logischen Pegel zwei Entscheidungspegel E' und E" berechnet werden, die
zwischen dem mittleren und dem oberen bzw. unteren logischen Pegel liegen.
Als Kriterium für die Übertragungsqualität kann die Differenz zwischen dem HIGH-Pegel
und dem LOW-Pegel berechnet und angezeigt werden. Eine betragsmäßig große Diffe
renz weist auf eine hohe Übertragungssicherheit hin und umgekehrt. Ferner weist bei
einer optischen Übertragungsstrecke ein sich im Laufe der Zeit gegenüber einem Refe
renzpegel verändernder Entscheidungspegel auf eine zunehmende Verschmutzung des
optischen Sende- und/oder Empfangselements hin, die ebenfalls angezeigt werden kann.
Claims (11)
1. Verfahren zur Anpassung eines Entscheidungspegels bei der Umwandlung eines
mehrpegeligen analogen Signals in ein Digitalsignal, bei dem als Startbedingung
eine bestimmte Pegeldifferenz zwischen zwei Pegeln und auch ein erster logischer
Zustand vorgegeben sind, den das analoge Signal zu Beginn der Datenübertragung
einnimmt, wobei ein zweiter logischer Zustand daran erkannt wird, daß sich der
Pegel des analogen Signals um mehr als die Pegeldifferenz ändert, und bei dem
dann ein Entscheidungspegel berechnet wird, der zwischen den Pegeln des ersten
und zweiten logischen Zustands liegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das analoge Datensignal mehrmals innerhalb einer Bitzeit abgetastet und die
Pegel der logischen Zustände aus den Mittelwerten der während einer Bitzeit
gewonnenen Abtastwerten berechnet werden, und daß der zweite logische Zu
stand daran erkannt wird, daß sich zwei aufeinanderfolgende Mittelwerte von
Abtastwerten um mehr als die Pegeldifferenz unterscheiden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß fortlaufend die Pegel des ersten und zweiten logischen Zustands bestimmt
werden und daraus fortlaufend ein Entscheidungspegel berechnet wird, der zwi
schen den Pegeln des ersten und zweiten logischen Zustands liegt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Differenz zwischen dem HIGH-Pegel und dem LOW-Pegel als Kriterium für
die Übertragungsqualität berechnet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Differenz zwischen dem Entscheidungspegel und einem Referenzpegel als
Kriterium für eine Verschmutzung eines optischen Sende- und/oder Empfangselements
einer optischen Übertragungsstrecke berechnet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Übertragungsqualität und/oder Verschmutzung angezeigt wird.
7. Digitaler Empfänger zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorher
gehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß er einen A/D-Wandler zur Abtastung und Digitalisierung eines analogen Signals
sowie mehrere Register zur Speicherung von digitalisierten Abtastwerten aufweist.
8. Digitaler Empfänger nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß er ferner ein Rechenwerk zur Berechnung von Entscheidungspegeln und von
Mittelwerten von Abtastwerten aufweist.
9. Digitaler Empfänger nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Rechenwerk ferner als Kriterium für die Übertragungsqualität die Differenz
zwischen dem HIGH-Pegel und dem LOW-Pegel berechnet.
10. Digitaler Empfänger nach Anspruch 9 oder 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Rechenwerk außerdem als Kriterium für die Verschmutzung eines opti
schen Sende- und/oder Empfangselements die Differenz zwischen dem Entschei
dungspegel und einem Referenzpegel berechnet.
11. Digitaler Empfänger nach Anspruch 10 oder 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß er eine Anzeigeeinrichtung für die Übertragungsqualität und/oder die Ver
schmutzung aufweist.
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