DE1537626A1 - Verfahren zur selbsttaetigen frequenzabhaengigen Leitungs- und/oder Echoentzerrung von UEbertragungsleitungen der Nachrichtentechnik und Schaltungsanordnung zur Durchfuehrung des Verfahrens - Google Patents

Description

Dipi.-Ing.Heinz Ciaessen 1537628

Patentanwalt
7 Stuttgart-1
Postfach 3141

ISE/Reg.3799

L.S.Moye-2

STAlDARD EIECi¹RIC CORPORATION, KBW YORK

" Verfahren zur selbsttätigen frequenzabhängigen Leitungs-■ und/oder Bclioentzerrung von Übertragungsleitungen der Nachrichtenteehnik und Schaltungsanordnung zur Durch führung des Verfahrens"

Die Priorität der Anmeldung Hr.210/67 vom 3.Januar 1967 in Großbritannien wird in Anspruch genommen.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur selbsttätigen frequenzabhängigen Leitungs- und/oder Echoentzerrung von Über tragungsleitungen der Nachrichtentechnik und auf Schaltungsan Ordnungen■zur Durchführung des Verfahrens.

'Übertragungsleitungen der nachrichtentechnik weisen meistens für das zu übertragende Frequenzband frequenzabhängige Eigenschaften auf, deren Einfluß durch sogenannte Entzerrer ausgeglichen wird. Da sich die Übertragungseigenschaften aber auch über die Zeit ändern, genügt nicht ein einmaliger Ausgleich sondern es muß in gewissen Fällen ein solcher Entzerrer in seiner Einstellung veränderbar sein, um diese zeitlichen Änderungen auch ausgleichen zu können;

Als Entzerrer werden netzwerke eingesetzt, die in Bezug auf den zu entzerrenden Übertragungsweg den umgekehrten Dämpfungsverlauf aufweisen, sodaß an ihrem Ausgange der Signalverlauf mit dem des ausgesendeten Signales wieder übereinstimmt. Bei zeitlichen Änderungen der Übertragungaeigensehaften der Leitung muß also ein Entzerrer .

nachgeregelt werden, wenn nicht die auftretenden Änderungen vernach-Iu. ein

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29.12.67 -2-

Dr.Le/AS

Erfolgt aber z.B. eine Übertragung von Daten über eine aus Teilnehme rleitungen vermittlungstechnisch aufgebaute Verbindung,so muß eine Entzerrung des Verbindungsweges erfolgen, wenn die leitungseigenschaften für eine möglichst schnelle Datenübertragung ausgenutzt werden sollen.

Die vorliegende Erfindung setzt sich daher zur Aufgabe ein Verfahren zur selbsttätigen - frequenz abhäng ig en Leitungsund /oder Echoentzerrung von Übertragungsleitungen der ITachrichtentechnik anzugeben, bei dem bei zeitlichen Änderungen der Übertragungseigens chaften der Leitung kein Haciistellen des Entzerrers von Hand notwendig ist, vielmehr jeweils selbsttätig ein Abgleich des als Entzerrer eingesetzten Anpassungsnetzwerkes erfolgt.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mittels eines Korrelator^ durch Kreuzkorrelation aus Eingangs- und Ausgangssignal der zu entzerrenden Leitung sowie aus dem Ausgangssignal eines zur Entzerrung eingesetzten, in seinen Eigenschaften elektrisch, einstellbaren Anpassungsnetzwerkes die !Correlations koffizienten ermittelt und mit diesen das Anpassungsnetzwerk eingestellt wird, wobei das entzerrte Signal dem Ausgang des Anpassungsnet zwerkes. entnommen wird.

Zur Durchführung des erfindun^sgemäßen Verfahren wird eine Schaltungsanordnung eingesetzt, die so aufgebaut ist, daß in einer. !Correlator, bestehend aus eines ersten Kettenschaltung orthogonaler Netzwerke und mit den Ausgängen jedes Kettengliedes verbundener erster Eingänge erster Ilultiplikationsstufen und diesen nachgeschalteten Integrationsstufen, die Korrelationskoeffizienten durch Kreuzkorrelation aus dem Eingangssignal'und einem ?ei_lersignal '. y (t) abgeleitet werden, daß diese Korrelationskoeffizienten zur Einstellung eines Anpassungsnetzwerkes, bestehend aus einer zweiten Kettenschaltung orthogonaler netzwerke und mit den Ausgängen jeden Kettengliedes verbundener erster Eingänge ,zweiter Hultiplikationsstufen und diesen nachgeschalteter Additionsstufen, dadurch verwendet werden, daß sie den zweiten Eingängen der zweiten Ilultiplikationsstuf-n zugeführt werden, daß ferner dem Ausgange einer aus den Additionsstufen gebildeten Kettenschaltung das Ausgangs signal (jt" (t)) entnommen wird, wobei gleichzeitig aus diesem Aus gang ssigna'l (Ji¹¹Ct)) und einem aus dem Ausgangssignal der Übertragungsleitung abge3^ite±en. Leiiaianal ()δ· (t)) in einer Dif-

BAD

ferenzsstufe das Fehlersignal (y (t)) abgeleitet und dieses den zweiten Eingängen der ersten Ilultiplikationsstufen simultan zugeführt wird.

In Fortbildung der Erfindung wird eine Ileiiie von Varianten obiger "Anordnung angegeben.

Die Erfindung soll nun an Hand der Figuren eingehend beschrieben werden«Es zeigen dabei:

Fig.1 ein Blockschaltbild eines selbstabgleichenden Anpassungsnetzwerkes, .

Pig»2 ein Blockschaltbild einer alternativen Lösung mit nur einer Kettenschaltung von orthogonalen Hetz werken,

Pig.3 ein Blockschaltbild eines einzelnen Gliedes der Anordnung nach Figur 2, das vorteilhaft mit inte gri erteil Schaltkreisen zu realisieren ist,

Pig.4 eine Aufstellung der in den Figuren 5···9 ver - ■ wendeten Schaltseichen,

Fig.5 ein einseines in Brückenschaltung realisiertes Hetzwerkglied,

Pig.6 die Zusammenschaltung einseiner Glieder zu einem selbstabgleichenden Anpassungsnetswerk,

Pig.7 den Aufbau eines Pseudo-Sufallsgenerators,

Pig.8 ein digital arbeitendes selbs^aböleichendes An- -passungsnetzwerk,

Pig.9 ein als Entzerrer verwendetes selbstabgleichendes

Anpassungsnetzwerk, ■

Pig. 10einen solchen Entzerrer, bei dem kein Iseudo-Zufallssignal über die Übertragungsleitung mitübertragen wird.

Die Anordnung benötigt für das Anpassungsnetzwerk und für das Ableiten der Einstellkoeffizienten "je eine Anordnung von orthogonalen netzwerken.Die Crthogonalitätsbedingung -für diese netzwerke

ist wie folgt festgelegt.

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■■"■·■■ ■"-■--■ -A-

Jede Anordnung hat einen Eingang und eine Anzahl von Ausgängen, dabei ist das ' Pulsübertragungsverhalten- zwischen dem Eingang und einem Ausgang orthogonal zu dem zwischen dem Eingang und einem anderen Ausgang in dem Sinne, daß, wenn Θ _n ( Γ ) das Impulsübertragungsverhalten zwischen dem Eingang und dem η-ten Ausgang« ist, ^

0 fur /τ?Φη

(D

worin K eine von O verschiedene Konstante ist, die in den meisten praktischen Fällen gleich 1 ist.

Auf Grund dieser Orthogonalitätsbedingung ist der Kreuzkorrelationskoeffizient zwischen einem Signal y (t) und dem Signal x (t) am η-ten Ausgang der orthogonalen ITetzwerksanordnung der m-te Transformationskoeffizient der Kreuzkorrelationsfunktion des Signales y (t) und des Eingangssignales χ (t) entsprechend der Transformationsgleichung

-Cu

Wenn als orthogonale lietzwerksanordnung eine Verzögerungsleitung eingesetzt wird, kann die Transformation durch einen Abtastvorgang ersetzt werden, wobei die Abtastproben der Kreuzkorrelationsfunktion des Eingangssignales x(t) in Bezug auf die Verzögerungsleitung und das Differenzsignäl Signal y (t) dann die Transformationskoeffizienten ersetzen,

Bei der in Figur 1 dargestellten Anordnung steht am Punkt A eines linearen Netzwerkes das Signal χ (t) und am Punkte B das Signal x'(t) an· Das eine Signal unterscheidet sich von dem anderen durch die Beeinflussung» die es beim Durchlaufen des lletzwerkes erfährt,wobei in dieser Figur die Übertragungsrichtung nicht festgelegt ist« Ein selbstabgleichendes Anpassungsnetzwerk h'(T) soll nun die Eigenschaften haben, daß sein Ausgangsaignal x"(t) so weitgehend wie möglich mit x'(t) übereinstimmt« Dieses wird durch derartiges jüidern der von den Ausgangssignalen des !Correlators abhängigen Eingangssignalen a_n der Steueranschlüsse des Anpaseungsnetswerkes erreicht, 'daß der quadratische Kittelwert der Abweichung von x*(t) gegenüber x"(t) seinen Hinimalbertrag aufweist. Unter Verwendung der gleichen Eingangssignale a_ f ür die Steueranschlüsse eines zweiten AnpaBsungs-

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BAD ORIGINAL

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netzwerkes kann ein von den Signalverhältnissen des ersten unabhängigen Anpassungsnetzwerk mit gleichem Übertragungsverhalten eingestellt werden. ,

In den Figuren einschliesslich der Figur 1 sei nun stets x(t) das Eingangssignal, x'(t) das Leitsignal und x»(t) das Ausgangssignal.

Das in Figur 1 dargestellte selbstabgleichende Anpassungsnetzwerk besteht aus zwei Hauptteilen, einem Korrelator 1 und einem Anpassungsnetzwerks. Das Eingangssignal x(t) liegt einmal an dem einen Eingang -des !Correlators 1 und weiterhin an dem Eingang der als Anpassungsnetzwerk 2 dienenden zweiten orthogonalen Netzwerksanordnung. Im Korrelator ist ^eäes der Ausgang 4- jedes Kettengliedes der ersten orthogonalen Netzwerksanordnung mit dem einen Eingang je einer Multiplikationsstufe 5' verbunden.Am zweiten Eingang des Korrelators 1 liegt das Differenzsignal y(t) zwischen dem Leitsignal x^f(t) und dem Ausgangssignal x"(t). Dieses Differenzsignal y(t) wird dabei als weiterer Faktor den anderen Eingängen der Hultiplikationsstufen 5 eingegeben, deren Ausgangssignale je einer Integrationsstufe 7 zugeführt werden.Der Korrelator 1 bestimmt auf diese V/eise die Transformationskoeffizienten der Kreuzkorrelationsfunktion von x(t) und

y(t).

Das Ati&a.3svüig3netz\feYk 2 besteht wiederum aus einer orthogonalen Netzwerksanordnung .An ihrem Eingang 9 liegt das Signal x(t) und die Ausgänge ihrer Abgriffspunkte sind mit dem einen Eingang je einer Multiplikationsstufe 10 verbunden, an deren anderen Eingängen jeweils die Integrationsstufenausgänge (7) des Korrelators 1 liegen.Die Ausgangssignale dieser Ilultiplikationsstufen werden über Summiereinrichtungen zum Ausgangssignal x"(t) zusammengesetzt, das dem einen Eingang einer Differenzsstufe 12 zugeführt wird, an deren anderem Eingang das Leitsignal x'(t) liegt.Der Ausgang dieser Stufe liefert das Fehlersignal y(t) für den Korrelator 1·

Figur 2 zeigt nun ein nach den bisher beschriebenen Prinzipien mit orthogonalen Netzwerksanordnungen aufgebautes selbstabgleichendes Anpassungsnetzwerk, bei dem nur eine einzige orthogonale Netzwerkanordnung verwendet wird und bei der die Signale an ihren Abgriffen sowohl den außerdem mit dem Fehlersignal y(t) beaufschlagten Multiplikationsstufen H des Korrelators als auch mit den einen Eingängen der Multiplikationsstufen 15 des Anpassungsnetzwerkes, an deren

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anderen Eingängen die Ausgänge der Integrationsstufen 16 des !Correlators liegen.

Das Impulsübertragungsverhalten dieser Netzwerke kann durch eine Reihe von orthogonalen Funktionen ausgedrückt werden, so daß

worin Q das Kroenecker O ist,
mn

& = 1 für m = η )

nm _{) (4)}

X =0 für m Φ η ) mn

Das Impulsübertragungsverhalten des Anpassungsnetzwerkes bestimmt sich hieraus zu:

wobei I (t) das Ausgangssignal des η-ten Integrations'gliedes zur Zeit ist.

Für die Anordnung nach Figur 2 ergibt sich hieraus:

x'tt)-JUw · f*#-d· 4,<v·^φ

<*(t-tj ZJSV'WJTj.ar (7)

Unter Berücksichtigung von Gleichung (5) ergibt sich

Es ist nicht beweisbar, daß ein Anpassungsprozeß vorliegt, also die Funktion über eine gewisse Zeit zu einem Endwert konvergiert. Da die Signale x(t) und x'(t) keiner stetigen Funktion folgen, sondern Signale mit statistischer Verteilung sind, ist der Begriff Konvergenz nur im statistischen Sinne nach Art eines durchschnittlichen Konfergenzverhaltens sinnvoll.Es soll durch Betrachtung des Anpassungs -

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BAD ORäGSNAL

Prozesses zur Zeit, bei der das Anpassungsfilter der Übertragungsfunktion h¹ ( Γ, t) folgt und die Feillerfunktion y(t) ist, unter statistischen Gesichtspunkten und bei einer Seit (t + /dt), bei der die Übertragungsfunktion h¹ ( V, t) + Af)' ( V, t) und die Fehlerfunktion y(t) + 4y(t) ist, dieses bewiesen werden.Es soll gezeigt werden, daß die Fouriertransforuation von y(t) für alle die Frequenzen gegen 0 geht·, bei denen auch die entsprechende Komponente des Leistungsspektrums von x(t) gegen 0 geht.

Die Ausgangssignale I_n der Integrationsstufen sind:

j ({] m yr/Yft'J · Ije ft-τ) @,fr) - dr · df' (9 y

Sie ändern sich in einer Zeit J^ t uia:

Δΐ(ϋ ^s 0'y#)frtt-r)* @„ft) ■ ^r ⁽¹⁰⁾

Dieses ist ein Komentanwert für I_n(^) zur Zeit t und ist eine Punktion von x(t) und y(t). Die Mittelwerte sind dabei aber nicht funktionell von y(t) oder x(t) abhängig.

(11)

Aus Gleichung 6 kann nan die liittelwertsdiiferens von x'(t) daraus bestimmen, wenn man einmal den Anpassungsprozeß bei der Zeit t oder einer anderen Zeit t„= A% abbricht.

Durch Umordnen und Ersatz einer der zwei verschiedenen mit T be-

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seichneten Variablen durch <5* erhält man:

r ν

Um hieraus

eliminieren, sei

M*)

gesetzt, dann ergibt sich

(16)

t⁹·

(17)

hieraus ergibt sich unter Berücksichtigung von Gleichung 3

(18)

und ferner

Die Summe in Gleichung 15 wird zu χ (t - f ) und so

ψ (im, -JrJyM/xtf'-t) rfi*) Jr- tf'

Durch Umordnung ergibt sich hieraus:

T^

-r'

Das Integral über t' auf der rechten Seite der Gleichung 21 ist die Kreuzkorrelationsfunktion von y und x. .

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Zunächst soll nun die Fourier Transformation γόη Gleichung 23 durchgeführt werden. Die FotWfier Transformation einer Kreuzkorrelationsfunktipn von zwei Funktionen ist gleich dem Produkt der Foxrrier " Transformation der einen-Funktion mit dem komplex konjugierten Wert der Fotttiier Transformation der anderen, verzögerten Funktion, d.h.

7?CO) ■ /θ,/ (24)

Die Fourier Transformation von einem Integral Über mehrere unabhängige Veränderliche ist das Produkt der Funktionen mit mehreren Veränderlichen.

Hierdurch ergibt sich:

Υί (25)

Weil aber y (t) = x' (t) - x» (t) · (26)

ist, ist x'(t) nicht von den Ausgangssignalen der Integrations .-glieder funktionell abhängig, so daß x'(t) = 0

AYm--ΔΧ7ω) $Xfr)Ytojr<»j ₍₂₇₎

(Q)*A (W/ ist das Leistungsspektrum von χ (t)»Setzt man dieses 'gleich ~2^(Cj) ergibt sich:

Aus Gleichung 28 geht also hervor, daß das Durchschnittsergebnis eines für eine weitere Zeit Jt durchgeführten AnpassungsVorganges in einer Verringerung des Fehlerspektrums proportional zu seiner und der Größe des Leistungspektrums des Einganssignales x(t) ist.

Da keine Einschränkungen für die Wahl von x(t) und x^! (t) gemacht wurden, können dieses auch von einander unabhängige Variable mit •statistischer Verteilung sein. Es kann also mittels des Filters eine statistisch verteilte Variable x(t) in eine andere x^f(t) überführt werden.Dabei muß berücksichtigt werden, daß h¹ (T ) «

909884/0716 auch keimen

_BA0

Einschränkungen unterliegen darf, daß sich, h¹ ( T" ) über einen beliebigen Zeitbereich erstrecken kann, wenn χ (t) in x¹ (t) überführt werden soll. Allerdings müssen für T aus physikalischen Gründen die Grenzen 0 und oo ausgeschlossen werden.

Bei den vorangehenden Ausführungen waren ganz allgemein ortho gonale Netzwerke betrachtet worden. Diese können aus L/C-Kreisen, oder Netzwerken, deren Impulsübertragungsverhalten oder Impulsverzögerungsverhalten der Laguerre- oder Legendre-Funktion folgt, bestehen, netzwerke mit Laguerre- oder Legendre-Verhalten sind leichter mit konzentrierten Schaltelementen aufzubauen, während die Realisation von Verzögerungsleitungen in Digitaltechnik einfach durchzuführen ist. Digitaltechnik ist z.B. vorteilhaft für Stufenan Ordnungen, wie sie in Pig β 5 dargestellt sind. Da nur v/enige Verbindungsleitungen zu den benachbarten Stufen benötigt werden, ist eine Ausbildung als integrierter Schaltkreis vorteilhaft. Jede dieser Stufen enthält ein Verzögerungsglied oder ein Schieberegister, zwei Hultiplikationsstufen, eine Integrationsstufe und eine Additionsstufe. Ob dabei eine oder mehrere solcher Stufen auf einem Schaltkreis untergebracht werden, die Anzahl der Anschlußpunkte bleibt dabei gleich.

In Pig.5 ist eine Anordnung für ein selbstabgleicliendes Anpassungsnetzwerkelement dargestellt, bei dem die Charakteristik des benötigten Netzwerkes durch eine mäßige Anzahl von Laguerre Polynomen bestimmt wird, die sich für eine statistische Berechnung des Steuersignals hinreichend langsam ändern, aber doch schnell genug, um'auftretenden Änderungen folgen zu können.

Wenn mittels eines selbstabgleichenden Anpassungsnetzwerkes ein Übertragungskanal entzerrt werden soll, ist die benötigte Änderungsgeschwindigkeit der ITetzwerkeigenschaften hinreichend klein.Wenn allerdings für Daten- oder Sprachübertragung eine aus Teilnehmerleitungen aufgebaute Verbindung entzerrt.werden soll, so muß die Einstellung extrem schnell erfolgen, da jetzt nicht nur die Zeit des Verbindungsaufbaues, sondern auch die der Entzerrereinstellung für eine zu fiiedenstellende Übertragung verloren geht»

Figur 5 zeigt eine in ihrer Wirkungsweise der Figur 3 entsprechende Einheit. Es entsprechen die gestrichelt eingerahmten Teile der Figur

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jeweils einer Einrichtung der Figur 3. Es entspricht das Laguerre Netzwerk 22 dem Verzögerungsnetzwerk 17, die statistische Multiplikationsstufe 25 der Multiplikationsstufe 18, der Zweirichtungszähler 24 der Integrationsstufe 19, und ,die Stufe 23 entspricht der MuItiplikationsstufe 20 und der Additionsstufe 21 zusammen. ■Die Arbeitsweise der einzelnen Stufen sei jetzt beschrieben.

laguerre Netzwerke

laguerre Hetzwerke bilden ein Mittel, um unter sich gleichartige Netzwerkelemente zu einer Kettenschaltung in der Weise zusammenzuschalten, daß die Ausgänge der einzelnen Kreise abwechselnd zueinander orthogonal sind. Die Laguerre netzwerke können, wie in Fig.5 gezeigt, in der herkömmlichen Analogtechnik realisiert werden.Wenn die orthogonalen Netzwerke z.B. mit Legendre Netzwerken realisiert werden, so läßt sich keine Kettenschaltung aus unter sich gleichartigen Kreisen mehr aufbauen, da die zwar in gleicher Weise aneinandergereihten Kreise untereinander unterschiedliche Komponenten aufweisen.Trotzdem aber die Komponenten von Stufe zu Stufe unterschiedlich sirid, lassen sich hiermit untereinander gleiche Bau gruppen mit solchen anderen orthogonalen Netzwerken für ein selbstabgleiehendes Filter erstellen.

-Das in Figur 5 dargestellte Laguerre Netzwerk ist ein mit gegengekoppelten Operationsverstärkern (26,2?) aufgebautes lineares Netzwerk, das folgendes komplexes Prequenzübertragungsverhalten zwischen Eingang und n-tem Ausgang aufweist:

L_n ( Φ ) _{für n =} o, _1f2 .... _{t (29)}

(p + jco ) + 1

hierin ist:

P= ¹ . (30)

Der gewünschte Frequenzbereich wird durcii die Kondensatoren 01 und G2 bestimmt. Hierbei ist C1 ein fest eingebauter Kondensator, dessen Wert der höchsten benötigten Frequenz entspricht, 02 dagegen ein extern zuschaltbarer Kondensator, mit dem sich die gewünschte Frequenz einstellen läßt. Widerstände mit gleichen Widerstandswerten sind hier mit Rt Tszw.R2 bezeichnet.

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Statistische Hultiplikationsstufe

Da das Ausgangssignal der IIultiplikationsstufen ( 5 bzw.14 bzw.18) integriert wird, und da für sich nur langsam verändernde Übertragungswege auch nur eine geringe Einstellgeschwindigkeit benötigt wird* kann das Produkt aus dem Fehlersignal und dem Ausgangssignal des orthogonalen Netzwerkes in einer stochastischen Hultiplikationsstufe ge- ^-bildet werden, wie sie von Jaspers und Ghu in der britischen Patent- ^l schrift 1 031 982 zur Berechnung von Korrelationsfunktionen und von B.R. Gaines in der britischen Patentanmeldung Hr.08971/66 für Multiplikationsvorgänge in statistisches* arbeitenden Computern beschrieben wurden.Das Fehlersignal weist statistische Verteilung auf.Das Ausgangssignal des orthogonalen Netzwerkes wird durch Vergleich mit einem als Bezugssignal dienenden Signal eines Pseudozufallsgenerators' in der Vergleichsstufe 30 in ein Signal mit statistischer Verteilung umgewandelt. Wenn zu irgendeinem Zeitpunkt das Ausgangssignal X_r des orthogonalen Netzwerkes größer ist als der gleichzeitige Augenblickswert des Bezugssignales, gibt der Komparator an seinem Ausgang eine "1", ist X kleiner als das Bezugssignal, dann gibt er eine "0". Die Y/ahrscheinlichkeit für das Auftreten der "1" am Auagang ist gegeben durch:

ϋ $

Ey O) = r ' (31)

worin +y die Spitzenabweichung zwischen Signal und Bezug ist. Ähnlich ist die Wahrseheinlich.ke.it für den Wert "1" bei der statistischen. Form des Fehlersignales gegeben durch

(32)

wenn das Felilersignal y ist. .

Die beiden Signale mit statistischer Verteilung liegen an den Eingängen einer exclusiven ODER-Schaltung, die an ihrem Ausgang eine "1" gibt, wenn an einem und nur an einem Eingang eine "1" ansteht. Die './ahrscheinliciikeit für das Auftreten einer "1" am Ausgang der exlusiven GDSE-Schaltung ist gegeben durch

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fcoj ρ,

. r

* ■■ I ■ Il IM

/ Λ si ^ s\ A Λ

wobei + xy die Spitzenatweiohung des Produktes xy ist. Durch Vergleich mit den Gleichungen für P__ (1) und P„(1) geht hervor, daß dieses die statistische Form von - x y ist»

Zweirichtungszähler

Der Integrationsprozeß wird mit Hilfe eines ZweirichtungsZählers durchgeführt. Jedesmal, wenn ein Taktimpuls an den Zähler angelegt wird, wird der Zählwert in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal der statistischen Hultiplikationsstufe erhöht oder erniedrigt, und zwar wird er erniedrigt, wenn das Ausgangssignal eine "1" ist, und erhöht, wenn es eine ¹¹O" ist.

Der sich bei K Taktimpulsen einstellende Mittelwert ist

+ K . S_0/fi (0) ~ K 2_O/> (1) (34)

und bezogen auf χ und y
Nittl.Zählwert

(35)

-oo -OO

Dieses ist das Integral über das Produkt der beiden unabhängigen Veränderlichen χ und y.

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Der Aufbau des Zweiriehtungsbinärzählers ist völlig konventionell und kann beispielsweise einem' Handbuch über den Einsatz von integrierten logischen Schaltkreisen entnommen werden.

Kombinierte Ilultiplikations- und Additionseinrichtung (Fig»5:25)

In einem Operationsverstärker wird das Ausgangssignal des benachbarten Filterelementes und das Signal des eigenen orthogonalen lietzwerkes verarbeitet. Der Signalteil des eigenen Iletzwerkes wird durch ein binär abgestuftes Widerstandsnetzwerk (35) eingestellt, das durch analog betätigte Schaltstufen (34) durch die hauptwertbestimmenden Digits der Zäülstufe (24) gesteuert wird.Durch Zufügen eines konstanten Teiles des Ausgangssignales der orthogonalen Netzwerkes zu dem positiven Eingang des Operationsverstärkers erhält man eine komplexe Multiplikation.

Zusammenschaltung der einzelnen Filterglieder zum selbstabgleichenden Anpassungsnetzwerk _________

Figur 6 zeigt, wie eine Anzahl solcher Filterelemente (36,37) mit-

Anp*ts*t»9sn*ti**/i

einander verbunden werden, um hieraus ein selbstabgleiauenaes zu bilden.Hicht eingezeichnet sind dabei die Yersorgungsspannungsleitungen, die aber in gleicher Weise von Einxieit zu Einheit durchgeschleift werden können wie z.3. die Taktimpulse. Hierbei kann das Verdrahten der einzelnen Anpassungsnetzwerkelemente mittels Sanmelschienen, wie bei in der Technik gedruckter Schaltungen aufgebauten Iloduln allgemein üblich, erfolgen, es können aber, wie in Fig.6 dargestellt, die Anschlußpunkte ankönnend und abgehend einzeln herausgeführt sein, so dan so auch Einzelverdrahtimg möglich ist.

Mit dem ersten Filterelement der Kette ist ein Komparator 44 verbunden, der das Fehlersignal von der analogen in die statistisch"verteilte Form umwandelt'. Hierbei wird das Fehlersignal als Differenz zwischen dem Leitsignal und dem Ausgangssignal erhalten, wobei diese Differenzbildung in dem Komparator 44 selbst durch geeignete Anschaltung an einen hierfür eingesetzten gegengekoppelten Operationsverstärker mitübernommen werden kann«,

Taktimpulse werden einmal an die Filtergliederkette und weiterhin an zwei Pseudozufallsgeneratoren 46 und 47 angelegt.Diese erzeugen jeweils zwischen zwei Taktimpulsen in der Amplitude gleichbleibende Signale, wobei die Amplitudenfolge einer statistischen Verteilung

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unterliegt und die Amplitude beider Generatoren zueinander in keinem funktioneilen Verhältnis stehen.Die Wahrscheinlichkeit für eine in Bezug auf die Signalamplituden, mit denen das Ausgangssignal der Generatoren 46 und 47 verglichen wird, gleichmäßige Verteilung der Amplitudenwerte ist als gegeben zu be ■ trachten·

Figur 7 zeigt nun eine Realisationsmöglichkeit eines solchen Pseudo-Zufallsgenerators, der quantisiert abgestufte Ausgangssignale mit gleicher Wahrscheinlichkeit des Auftreten der einzelnen Amplitudenstufen liefert. Eine Anzahl von als Rauschquellen 48...50 eingesetzter Zenerdioden wird so mit Komparatorschaltungen 51...53 verbunden, daß diese entweder den Ausgangspegel 0 oder einen hiervon abweichenden mit gleicher Auftrittswahrscheinlichkeit liefern.Bistabile Schaltkreise 54 ...56 ta/sten bei jedem Taktimpuls die Komparatorschaltungen 51...53 ab. Die Ausgangssignale der bistabilen Schaltkreise 54...56 werden dann mit Hilfe von binär abgestuften Widerständen 57 und eines Operationsverstärkers 53 dekodiert.Bei jedem Taktimpuls werden die Schaltkreise durch die Komparator schaltungen 51·».53 eingestellt, so daß eine binäre Zufallszahl von N-Digits markiert wird, die bis zum nächsten Taktimpuls erhalten bleibt. Durch die Dekodierung erhält man einen von 2 möglichen Pegelwerten, wobei für ein Einstellen der einzelnen Werte gleiche Wahrscheinlichkeit besteht.

Aufbau der selbstabgleichen Anpassnetzwerkelecente

Die beschriebenen Anordnungen wurden im '.iinblick auf den Einsatz von integrierten Schaltkreisen gestaltet. Jedes Anpassungsneizwerkselement kann aus einer Anzahl von integrierten logischen Schaltkreisen, integrierten linearen Schaltkreisen sowie einer Anzaiil von Kondensatoren und Widerständen realisiert v/erden. Es soll nicht da-

9/&Φ9 ^^^p j^Af_a

ran gedacht werden, das ganze »elenent mit herkömmlichen Bauteilen (!Transistoren, Dioden usw.) auf zubauen.Ebenso ist nicht prinzipiell daran gedacht, dieses völlig als einen einzigen integrierten Schaltkreis aufzubauen, da es aus einer Kombination von analog und digital arbeitenden netzwerken besteht. Ss kann dagegen ' zur'Zeit gut,wie in Fig. 5 durch die gestrichelten Einrahmungen angedeutet, aus mehreren speziellen, teilweise einander entsprechenden integrierten Bausteinen aufgebaut werden·

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Alternative Ausbildungsformen

Die vorhergehend beschriebene Realisationsmöglichkeit ist zweck - , ·· mäßig für die Fälle, in denen das gewünschte Impulsübertragungs-· verhalten durch Laguerre- oder ähnliche Netzwerke realisiert werden kann und dabei die Änderung^sgeschwindigkeit so niedrig liegt, daß ' ihr mit der beschriebenen statistischen Ermittlung gefolgt werden .

kann. Für andere Einsatzfälle können andere.,Ausführungsformen der .;^.__

einzelnen netzwerke eingesetzt werden. Die sich hierbei ergebenden Möglichkeiten, das beschriebene Anpassungsnetzwerk abzuändern, sind so zahlreich, daß sie nicht erschöpfend aufgeführt werden können. Allgemein ausgedrückt, es kann eine Ausführungsform eines orthogonalen Netzwerkes mit einer anderen Ausführung einer Multiplikation stufe bzw. eine Ausführung der Ilultiplikationsstufe mit einer anderen Ausführungsform einer Integrationseinrichtung usw. zusammengeschaltet werden, einzige Einschränkung- dabei ist nur, daß der mit einander verbundene Ausgang bzw.Einang zweier solcher Stufen für gleiche Arbeitsweise, also für analoge oder für digitale Signalverarbeitung ausgelegt ist. Da einige Stufenarten nun analoge in di- ·· :. .gitale Signale oder digitale in analoge Signale umwandeln, kann auch keine Aufteilung in analoge und digitale Bauteile erfolgen.Es sollen nun einige zweckmäßige Ausführungen der einzelnen Bauteile be schrieben werden.

Orthogonale Hetzwerke .

Hierfür können eine Anzahl von Operationsverstärker enthaltende Netzwerke mit Allpaßverhalten des Phasenganges, ähnlich den be schriebenen Laguerre-lletzwerken eingesetzt werden. Solche Netzwerke sind im Kapitel 19 des Buches von Y.W.Lee "Statistical Theory of Communications" New York 1960 beschrieben.Diese weisen die Konfiguration von Kettenschaltungen auf und liefern, wenn sie mit Operationsverstärkern aufgebaut sind, an ihrem Ausgange Analogsignale.

Es können auch Bandpässe in Form gedämpfter Resonanzkreise eingesetzt werden.Diese werden dann nicht in Kaskade als Kettenschaltung geschaltet, sondern ihre Eingänge liegen parallel. Auch die Ausgänge dieser Bandpässe liefern Analogsignale.

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■■-'■.-.- BAD ORiGiNAL . . ■■ '

Die einzig zweckmäßige Form eines orthogonalen Netzwerkes, das an seinem Ausgange digitale Signale liefert, ist eine digitale Verzögerungsleitung.Diese wird gebildet aus einer Reine von parallelen Sollieberegistern, deren Eingänge mit den den verschiedenen Digits entsprechenden Ausgängen eines Analog-Digital-Parallelwandlers verbunden sind. Die Ausgänge aufeinanderfolgender Stufen der Schieberegister liefern dabei die gewünschten orthogonalen Signale.

Erste Multiplikationastufe

Die als statistische Multiplikationseinrichtung beschriebene Multiplikationsstufe muß zwei sich schnell ändernde Signale miteinander multiplizieren können. Da jedoch ihr Ausgangssignal integriert wird, erhält man nicht sämtliche Momemtanwerte des Produktes, sondern nur einen quantisierten Mittelwerk. Hierzu kann auch vorteilhaft eine kombinierte Pulslängen- und Amplitudenmodulation eingesetzt werden.

Eine. Abtastimpulsfolge wird dabei durch das eine Eingangssignal in der Pulshöhe und durch das andere Eingangssignal in der Puls breite moduliert. Der Flächeninhalt der so entstehenden Impulse ist proportional dem gewünschten Produkt, jedoch enthält der so gebildete PulSzug eine Reihe von Oberwellen, die in dem Produkt selbst nicht enthalten sind.

Dieses würde eine Rolle spielen, wenn eine solche Anordnung als Modulator eingesetzt würde, im vorliegenden Falle ist es aber infolge der nachfolgenden Integration nicht störend. Alle diese Multi plikationss-tuf en der einzelnen Hetzwerkelemente haben einen Eingang gemeinsam. Da die Pulslängenmodulation aufwendiger wie- die Amplitudenmodulation ist, wird sie zweckmäßigerweise außerhalb der einzelnen Netzwerkelemente vorgenommen und das längenmodulierte Signal den gemeinsamen Eingängen zugeführt, so daß innerhalb jedes Elementes nur die Amplitudenmodulation mit dem Ausgangssignal des orthogonalen Netzwerkes vorgenommen wird.Integrierte logarithmische Verstärkerbausteine sind bereits listenmäßig erhältlich. Es ergibt sich hieraus die Möglichkeit des Aufbaues einer auf dem Logarithmus beruhenden Multiplikationssi>ufe, bei der von jedem Eingangssignal der Logarithmus gebildet wird, diese Logarithmen dann addiert werden und von ihrer . Summe dann wieder als Ausgangswert der numerische Wert gebildet wird.-Solch eine Anordnung kann als einziger integrierter Baustein realisiert

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Die anläßlich, der Figur 5 beschriebene zweite Ausgangsmultiplikationgstufe kann auch als erste Hultiplikationsstufe verwendet werden, wenn das orthogonale netzwerk Ausgangswerte in digitaler Porm liefert und dabei das Signal für den anderen Eingang in analoger Porm zur Verfügung steht, bzw, umgekehrt bei analogem Ausgangssignal des orthogonalen Netzwerkes und digitaler Porm des anderen Eingangssignales durch entsprechende Umwandlung.

Wenn sowohl das orthogonale Netzwerk digitale Ausgangssignale liefert und auch das Signal für den anderen Eingang in digitaler Porm zur Verfügung steht, können auch herkömmliche digitale Multiplikationseinrichtungen eingesetzt werden. Dieses ist aber verhältnismäßig aufwendig, wenn nicht allein nur wenige, bestimmende Digits miteinander multipliziert zu werden brauchen. In gewissen Pällen kann es ausreichen, wenn als Paktoren allein das hauptbestimmende Digit jedes Signales verwendet wird. In diesem Palle kann die Multiplikationsstuie aus einer exklusiven ODER-Schaltung bestehen, deren Eingängen das hauptbestimmende Digit, ζ.3. die Polarität der Signale, zugeführt wird. ■

Integrator

Wenn das Eingangssignal des Integrators digitale Porm aufweist, muß ein übliches digitales Addierwerk eingesetzt werden. V/enn das Eingangssignal nur aus einem einzelnen binären Digit wie bei der statistischen Multiplikation oder der Ilultiplikation des hauptbestimmenden Digits besteht, kann hierfür ein Zweirichtungszähler oder ein langzeitanalogintegrator ( z.B. liiller-Integrator) verwendet werden. Bei analogem Eingangssignal muß immer ein langzeit-Analog-Integrator eingesetzt werden.

Zweite (Ausgangs-) Hultiplikationsstufe

Die Anforderungen an diese Hultiplikationsstufe bestehen darin, daß durch sie das vom orthogonalen Netzwerk kommende Eingangssignal nicht verzerrt wird. Pur das andere - vom Integrator kommende- Eingangssignal braucht nicht gefordert zu werden, daß es streng linear entsprechend seiner Größe einwirkt, sondern die durch dieses Signal bewirkte Änderung braucht nur stetig zu sein.Es braucht dabei auch nicht die Möglichkeit schneller Signaländerungen berücksichtigt

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zu werden. Das sind die gleichen Forderungen, die auch für die Pegelregelung gestellt sind und berücksichtigt werden müssen. Es kann also ein für die Pegelregelung vorgesehener Verstärker, wie man ihn z.B. bei der automatischen Pegelregelung einsetzt, verwendet werden, wenn man Vorsorge trifft für ein mögliches Auftreten von Hultiplikationsfaktoren mit negativen Vorzeichen.

Pur Analog-Oomputer sind·· photoelektrische Multiplikatoren erhältlich, die den an die zweite Multiplikationsstufe zu stellenden Anforderungen genügen. Diese weisen einen ersten Eingang für einen Frequenzbereich von 0... 20 kHz und einen zweiten Eingang für einen Frequenzbereich von 0...100 Hz auf.Diese Multiplikatoren reichen also für Anwendungsfälle aus, bei denen das Signal die obere Frequenzgrenze von 20 kHz nicht übersteigt.

Andere Multiplikatoren benutzen Anordnungen, bei denen Widerstände in Abhängigkeit von der Temperatur oder der auffallenden Lichtintensität in ihrem W$rte verändert werden.Auch diese Einrichtungen können als zweite Multiplikationsstufe verwendet werden, wenn die Steuerparameter, wie Temperatur, Licht usw. vom Integratorausgang beeinflußt werden. Allerdings sind sie für die Ausbildung als kleiner Baustein in einem selbstabgleichenden Netzwerkelement weniger geeignet.

aus gangs-Additionsstufe

Bei vielen Anwendungsfällen kann die Additionsstufe mit der Kultiplikationsstufe vereinigt werden.Anderenfalls kann sie durch einen ν Operationsverstärker realisiert werden.

Aufbau des selbstabgleichenden Filters unter Einsatz weiterer konventioneller Bauelemente

Wenn auch die Konfiguration des selbstabgleichenden Filters sehr geeignet für eine Realisation mittels integrierter Schaltkreise ist, so sind doch keinerlei Vorurteile gegen einen Aufbau vorhanden, der integrierte Schaltkreise mehr oder weniger vermeidet. Pur eine solche Binrlchtung kann z.B. eine Ringverzögerungsleitung eingesetzt werden, um das Signal zu verzögern, wobei die hierbei erzielbare Gesamtver- * Bögerung gleich der längsten gewünschten Verzögerung gewählt wird. Ia,digitaler Form für jede Abtastperiode an den Eingang angelegte

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Abtastproben treten am Ausgang in rascher Folge nacheinander auf und der I-Iultiplikationsvorgang kann mit hoher Geschwindigkeit mittels nur zv/ei er KuI tiplikations stufen anstatt zweier je !filter aufrufe durchgeführt werden« -

In Figur 7 ist wieder x(t) das Eingangssignal des selbstabgleiclienden Filters,, x¹(t) ist das Leitsignal. Beide Signale werden abgetastet? und ihre Abtastwerte durch Analog-Digitalwandler in digitale Form überführt. Hierbei können die Digitalsignale je nach der gewünschten Arbeitsgeschwindigkeit parallel- oder seriencodiert sein, die Konfiguration der Figur 3 wird hierdruch'nicht betroffen.In die Verzögerungsleitung 61 eingegebene digitale Abtastwerte zirkulieren in dieser dadurch, dai4 sie vom Ausgang auf den Eingang zurückgeführt werden. 'Jird ein neuer Abtastwert zur gleichen Zeit an den Eingang angelegt, bei dem am Ausgang ein älterer auftritt, so wird letzterer nicht zurückgeführt, sondern durch den neuen Abtastwert ersetzt. Auf diese ',reise., wird bei jeder Abtastperiode der Abtastwertzug in der Verzögerungsleitung; aufgefrischt und läuft so nur unverändert während einer Abtastperiode um,

Y/enn also vor der Auffrischung II Abtastwerte gespeichert wurden, wird uiese Folge von J-Abtasxwerten dem einen Eingang einer Multiplikationsstufe (62) in'der Reihenfolge vom letzten bis zum ersten zugeführt. An den: anderen I-Iultiplikationsstuf eneingang wird der ' letzxe Abtastwert des pe^lersignales während .'der ganzen Abtastperiode dauernd angelegt. Die ivuifciplikationsstufe ist so eine Hochgeschv/indigkeitsiaultiplikationseinrichtung, an deren Ausgange nacheinander die Produkte der Abtastwerte mit dem Fehlersignal so auftreten, als wenn sie an den Ausgängen der vielen Kultip.likationsstufen des vielstufigen selbsteinstellenaen Filters nach Fig.2 simultan auftreten würden.

In die zweite Verzögerungsleitung (63) werden nun die ϊί-Produkte eingegeben und zirkulieren durch Rückführung des Ausgangssignales auf den Eingang.-!Durch Einfügen einer Additionsstufe im Eingangskreis werden die rückgeführten Ausgangssignale zu den Eingangssignal en addiert. . " ■ ;

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An den Eingang der Multiplationsstufe (64) wird nun an den einen Eingang die Folge von H"-Abtastwerten des Eingangssignales, wie sie der ers-ten Verzögerungsleitung (61) zugeführt werden, und an den anderen Eingang das Eingangssignal der zweiten Verzögerungsleitung (63) gelegt. Diese beiden Signale werden miteinander multipliziert und die "Folge der Produkte wird in einem digitalen Speicher (65) addiert. Wenn die während einer Abtastperiode anfallenden Produkte addiert sind, wird ihre Summe in ein Ausgangs-Scliieberegister (66) eingespeichert. All dieses geschieht, bevor die nächsten Abtast werte von Eingangs- und Leitsignal eingegeben werden.

Aus der Differenz der im Ausgangs-Schieberegister eingespeicherten Werte und den Abtastwerten des Leitsignales wird das Pehlersignal ermittelt, während die in einein Digital-Analogwandler (67) dekodierte Folge der Speicherwerte nach Durchlaufen eines Tiefpasses das Ausgangssignal x^M(t) bildet.

Die Art der bei dieser alternativen Anordnung vorgenommenen Signalverarbeitung stimmt mit einer entsprechenden vielstufigen Anordnung, bei der als orthogonalen Netzwerke Verzögerungsleitungen benutzt werden, überein, jedoch wird hier jeder Prozeß, wie Addition,Subtraktion und Multiplikation usw. durch eine einzige-Einrichtung im Zeitmultiplex anstatt von mehreren Einrichtungen, und zwar einer je Stufe, im Wegemultiplex durchgeführt.

Diese Ausführungsart ist vorteilhaft für ein selbstabgleichendea Anpassungsnetzwerk, wenn die Signale nur einen genügend niedrigen Prequenzinhalt aufweisen, die Abtastgeschwindigkeit damit klein gegenüber der Arbeitsgeschwindigkeit der digitalen Kreise gewählt werden kann und wenn sich bei der vielstufigen Ausführung eine zu große Stufenzahl ergeben würde.

Bei dieser Variante bereitet alleinig die Realisation der Verzögerungsleitung gewisse Schwierigkeiten, wenn die Abtastperiode groß wird. Unter Annanme einer vorgegebenen festen Arbeitsgeschwindigkeit der digitalen Kreise, ist die mögliche Zahl der verzögert zu speichernde Abtastwerte bei fester Verzögerungszeit proportional der Länge der Abtastperiode,mit der das Signal abgetastet werden muß, und ent sprechend muß bei fester Abtastperiode die Verzögerungszeit länger

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werden,· um mehr Abtastwerte verzögert zu speichern. Hit im Handel erhältlichen akustiscnen Verzögerungsleitungen lassen sich ca.1000 binäre Digits spei ehe rn.Y/enn je eine Verzögerungsleitung für jedes Digit eines Parallel Codes vorgesehen wird, kann ein selbstab gleichendes Filter damit aufgebaut we,rden, daß in seinem Impulsübertragungsverhalten einen Vielstufenfilter mit 10.00 Einzelstufen entspricht. Wenn nur zwei Verzögerungsleitungen eingesetzt werden und für die Codierung der Abtastwerte der Signale ein Seriencode mit 10 Digit verwendet wird,- so entspricht das so aufgebaute selbstabgleichende Filter einen Vielstuf enfilter mit 1.00 Stufen.

Multiplikation nur der hauptwertigen Digits

Es ist für die erste_ llultiplikationsstufe bereits, eine Anordnung beschrieben worden, bei der mittels einer exclusiven GDSlL-S cualtung nur als das hauptwerti e Digit des Signales seine I-olarität ausgewertet wird. Sine Verfeinerung dieser i'etLode besteht darin, ein Signal abzuleiten, bei dem nicht nur das Vorzeichen sondern auch die Größenordnung der Amplitude mit dem-wirklichen Produkt übereinstimmt. Es seien die Signale ■ χ und ~j ausgedrückt durci. ein Digit, daß ihre Polarität bestimmt, und eine Anzahl von weixeren Digits, die ihre Amplitude kennzeichnen.Hierbei sei in Gegensatz zur üblichen Schreibweise eine negative Zahl als Xouplenent der gleichen positiven Zahl dargestellt, also +7 = 00111; -7 = 11001. Mittels einer ezclusiven ODER-Schaltung kann die Polarität des Produktes ζ aus der Polarität der Jaktoren χ und y als ein Digit bestimmt .werden, daß dann an eine der Amplitude entsprechende binäre Stelle gesetzt wird, worin

Γ = m + η - 1 . '. ■

ist, worin m die Stelle des hauptkennzeichnenden Digits von Λ* und η uie entsprechende von γ ist. Als Beispiel diener

x=+ 00010110

y = - 00001011

Z= -000000011110010 .

Die Approximation ζ von ζ hat dann negative Polarität und die Stellenzahl 8, also ·

z¹ = - 000 000 011 110 010

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Diese Hultiplikationsart wird so durchgeführt, daß, wie bereits beschrieben, mittels einer exklusiven ODER-Schaltung u'ie Polarität festgestellt und diese dazu benutzt wird, um die Sühlrichtung in einem Zähler festzulegen.Jedoch wird der 'Jaktinpuls dabei nicht auf die erste Stufe des Zählers sondern entsprechend der Amplitude des Signales in die r-te Stufe eingesp'eichert.

Der Einsatz von solchen selbstabgleichendeii netzwerken zum Ausgleich zeitvariante Kanäle für die übertragung digitaler Signale ist bereits behandelt worden.Yfenn über eine l'elephonleitung eine Datenübertragung mit hoher Übertragungsgeschwindigkeit erfol/en soll, muß ein selbstabgleicuender Entzerrer, dar bei jeden neuen Verbindungsaufbau der hierdurch bedingten Änderung der Lbertragungseigenscnaften folgt, eingesetzt v/erden. Ähnlich muJ aber auch ein Entzerrer selbstabgleichend sein, wenn sich die Übertragungseir^risei-aften eines fest zugeordneten Kanals mit der Seit ändern. In Pig.9 ist nun eine Anordnung dargestellt, in der gezeigt wird, wie ein oelbataL-gleicheiides Anpassungsnetswerk als leitungsentserrer eingesetzt wird. Abgesehen von der .zwischen" der Signaljuelle x¹ (t) und der Ter_i:leichsein --richtung 69 liegenden Verzögerungsleitung Ί^Λα ist ^ie Anordnung konfigurationsgleich ^er In Figur 1 dargej teilten Anordnung.Ais Leitsignal dient das in der Verzöjirun^s^eitun^: 2d verzögerte Kanaleingangsüignal. Als lineares 1,ätzwerk A-B der Figur 1 dient der Übertragun_t;:3kanal selbst. Der Ausgsai^ des selbstabgleichend en Filters ist der gevOiacnte Ent zerr eraus^ranj. Für die fcljenaen Jetracixtungen sei berücksiuhtigt, ^a3 dio c-rthü_t;o;:ale:, l-.etzwerke des selbstab gleichenden Anpass-.;n_c;snetzwerl;es seibat eine gewisse Verzögerung aufweisen. '

Der zu entzerrende Übertragungskanai habe ein Inpulsübertragungsverhalten h" (T) und der Signalflui erfolge von ::' (6) nach x(t). Es ist also

⁼ J

■+eo

(36)

und

χ' {*)=Jx{t-t)h'{r)dr (37)

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Ohne Einfügen einer Verzögerung Td ist es nicht möglich x" (t) gleich χ (t) zu machen. Also

y (t) = x' ( t-T_d) - x» (t) (38) ,

Es sei angenommen, daß durch Einfügen einer gewissen Verzögerung zwischen x'(t) und der Vergleichseinrichtung 69 ein Impulsübertragungsverhalten ■

h' ( V ) φ 0 (39)

für T₁^ T^ t₂ und endlicheWerte von T₁ und T₂ erzielt werden kann.

Für einen vollständigen Leitungsausgleich müßte allerdings nun f/j» - oo und Tp = + oo sein, da T bei Signalen mit Zufallsverteilung beliebige Werte annehmen kann. Liegt T * und f« nahe bei T , ist h¹ (T) so klein, daß am Ausgang kein praktisch verwertbarer Effekt erzielt wird.

Für diese Entzerrer müßte am einspeisungsfernen Ende der verzerrenden Übertragungsleitung sowohl unverzerrtes Eingangssignal als auch verzerrtes Ausgangssignal zur Verfügung stehen,wobei das unverzerrte Eingangssignal im allgemeinen nicht zu erhalten ist. Da aber über einen nicht ausgeglichenen Übertragungskanal keine Datenübertragung erfolgen kann, muß während der Abgleichszeit ein Pseudo-Zufallssignal übertragen und das gleiche Pseudo-Zufallssignal auch örtlich erzeugt werden. Die beiden Zufallssignale sind zur Abtastzeit mittels einer üblichen Phasendetektoranordnung phasensynchronisiert. Während der übrigen Zeit braucht die Synchronisation nicht phasenstarr zu sein, da Phasenfehler sich wie eine zusätzliche Verzögerungsleitung in der Anordnung und wie eine zusätzliche Verzögerung im Ausgangssignal auswirken. Diese Verzögerung würde aber das Einfügen einer unerwünschten zusätzlichen Verzögerungsleitung zur Folge haben, was aber vermieden werden kann. Bei einem hinreichend langen Pseudo-Zufallssignal wird zu gewissen Zeiten die in der Anordnung zur Verfugung stehende Verzögerungszeit ausreichen,sodaß das Filter mit der Einstellung beginnt, wobei die Integrationsglieder der höherzahligen Netzwerkelemente ihren Einstellwert O nicht verändern.Dieses ist der Fall, da die Einstellung so erfolgt, daß h" (T) ein gewisser

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Teil einer mit der Länge des Pseudo-Zufallssignales periodischen Wiederholung von h¹ (V) ist. Wenn dabei die Phase des Pseudo-Zufallssignales verändert wird, kann dabei auch die für eine optimale Ausnutzung der vorhandenen Netzwerkverzögerungen benötigte Phase eingestellt werden.

Ein solcher selbstabgleichender Entzerrer wird also mittels eines selbstabgleichenden Anpassungsnetzwerkes und Pseudozufallsgeneratoren aufgebaut. Hierbei wird der Eingang des zu entzerrenden Kanals mit dem Ausgangssignal des ersten Pseudozufallsgenerators beaufschlagt. Das Ausgangssignal des Übertragungskanals wird dem Eingang des selbstabgleichenden Anpassungsnetzwerkes zugeführt, dessen Ausgang das entzerrte Signal liefert. Das Leitsignal wird von einem zweiten Pseudo-Zufallsgenerator ähnlich dem ersten geliefert, dessen Ausgangsphase sich relativ zu dem Ausgang des ersten einstellen läßt, damit die in dem selbstabgleichenden Anpassungsnetzwerk selbst zur Verfugung stehenden Verzögerungen optimal ausgenutzt werden können. Bei fest zugeordneten und nur langsam zeitvarianten Übertragungsleitungen oder in zwar vermittlungstechnisch aufgebauten, aber sich in ihren Übertragungseigenschaften dabei nicht sehr verändernden Leitungen tritt eine verzögerte Version des an dem Leitungseingang anliegenden Signales am Ausgang des Detektors 72 auf. Dieses macht es möglich, das selbstangleichende Anpassungsnetzwerk als selbstabgleichenden Entzerrer einzusetzen, ohne daß ein besonderes Pseudozufallssignal über den Übertragungskanal übertragen werden muß. In Figur 10 ist der Aufbau dieser Anordnung dargestellt.

Das Ausgangssignal des Detektors 72 dient als Leitsignal für das selbstabgleichende Anpassungsnetzwerk. Da das Kanaleingangssignal bis dahin den Übertragungskanal,das Anpassungsnetzwerk und den Detektor durchlaufen muß, ist das Ausgangssignal des Detektors 72 gegenüber dem Kanaleingangssignal um eine Zeit T zeitverzögert. Wenn die Verzögerungszeit T_ die gewünschte Zeitverzögerung Td des Leitsignales übersteigt, muß auch das zum Korrelatorteil des seIbstabgleichenden Anpassungsnetzwerks führende Signal T - Td verzögert werden. Die Anordnung nach Fig. 10 unterscheidet sich also gegenüber den vorher beschriebenen durch das Einfügen dieser Verzögerungsleitungen.

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Da nun das Eingangssignal für das orthogonale netzwerk des Korrelatorteiles verzögert ist, das für das Anpassfilter dagegen nicht, kann nicht mehr wie in Figur 2 dargestellt, die gleiche Kette orthogonaler Netzwerke für beide Teile verwendet werden. Wenn allerdings das orthonale Netzwerk aus Verzögerungsleitungen besteht, können Teile der Verzögerungsleitungen für Korrelator- und Anpass— filterteil gemeinsam benutzt werden, allerdings sind dann korrespondierende erste und zweite Kultiplikationsstufen nicht mehr wie bisher mit dem gleichen Verzögerungsleitungsabgriff verbunden.

Bei der in Figur 10 beschriebenen Anwendung eines selbstabgleichenden Anpassungsnetzwerks für einen selbstabgleichenden Entzerrer ist der Übertragungskanalausgang unverzögert mit dem Eingang der orthogonalen ftetzwerkkette des Anpassungsnetzwerks und verzögert mit dem Eingang der orthogonalen I'ietzwerkkette des Korrelators verbunden. Der Ausgang des Anpassungsnetzwerks liegt am Eingang des Detektors, dessen Ausgang das gewünschte Signal in digitaler Form liefert, das außerdem das eine Eingangssignal des !Comparators ist, als dess.en anderes Eingangssignal das verzögerte Ausgangssignal des Anpassungsnetzwerks dient.

Wenn die Anpassung einmal erfolgt ist und die .Datenübertragung begonnen hat, können zeitlich langsame Änderungen der Übertragungseigenschaften auftreten.Dieses kann zugelassen werden, da der Ausgang des Detektors eine !fachbildung, der originalen Eingangssignale mit vernachlässigbaren Fehler jedoch einer zusätzlichen Verzögerung liefert.

Bei stark mit Geräuschen behafteten Übertragungskanalen ist eine Vorverzerrung des Hutzsignales vorteilhaft. Wenn das auf der Empfangsseite des Übertragungskanales anstehende Störgeräusch gleichmäßige Spektralverteilung über das Übertragungsband aufweist, wird zweckmäßig das Hutζsignal auf .der Sendeseite bereits so vorverzerrt, daß es auf der Empfangsseite der Übertragungsleitung entzerrt,also ohne frequenzabhängige Veränderung seines Spektralinhaltes ankommt. Wenn der Nutzkanal in beiden Übertragungseinrichtungen gleiche Übertragungseigenschaften aufweist, läßt sich dieses leicht durchführen. Hierzu wird auf der Sendeseite zwischen Signalquelle und Übertragunga-

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ISE/Reg.5799 _ -27-

leitung das selbstabgleichende Anpassungsnetzwerk gescnaltet. Das Pseudö-Zufallssignal der Empfangsseite wird auf dem der Übertragungsrichtung entgegengesetzt gerichteten Yfeg zur Sendeseite übertragen und so das Hutzsignal entsprechend den Eigenschaften des Übertragungs- weges vorverzerrt.

7 Blatt vorläufige Zeichnungen mit 10 Pig.
14 Patentansprüche

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Claims (1)

1. ISE/Reg.3799 -28-

   Patentansprüche

   Verfahren zur selbsttätigen frequenzabhängigen Leitungs- und/oder Echoentzerrung von Übertragungsleitungen der Nachrichtentechnik , dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines Korrelators durch Kreuzikorrelation aus Eingangs- und Ausgangssignal der zu entzerrenden Leitung sowie aus dem Ausgangssignal eines zur Entzerrung eingesetzten, in seinen Eigenschaften elektrisch einstellbarenyin passungsnetzwerkes die Korrelationskoeffizienten ermittelt und mit diesen das Anpassungsnetzwerk eingestellt wird, wobei das entzerrte Signal dem Ausgange des Anpassungsnetzwerkes entnommen wird.

   Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Korrelator (1), bestehend aus einer ersten Kettenschaltung orthogonaler Netzwerke (4) und mit den · Ausgängen jedes Kettengliedes (4) verbundener erster Eingänge erster Multiplikationstufen (5) und diesen nachgeschalteter Integrationsstufen (7), die IIorrelationskoeffEienten durch Kreuzkorrelation aus dem Eingangssignal (x(t)) und einem Fehlersignal (y (t)) abgeleitet werden,, daß diese Korrelationskoeffizienten zur Einstellung eines Anpassungsnetzwerkes (2)., bestehend aus einer zweiten Kettenschaltung orthogonaler netzwerke (8) und mit den Ausgängen jeden Kettengliedes (8) verbundener erster Eingänge zweiter Multi plikationsstufen (10) und diesen nachgeschälteten Additionsstufen (11), dadurch verwendet v/erden, daß sie den zweiten Eingängen der zweiten Kultiplikationsstufen (10) zugeführt werden, daß ferner dem Ausgange einer aus den Additionsstufen (11) gebildetsten Kettenschaltung das Ausgangssignal (χ" (t)) entnommen wird, wobei gleichzeitig aus diesem ^usgangcsignal (x^M(t)) und einen aus dem·Ausgangssignal der "übertragungsleitung abgeleiteten Leitsignal (x^J(t)) in einer Differenzsstufe (12) das Pehlersignal'(y(t)) abgeleitet und dieses den zweiten Eingängen der ersten llultiplikationsstufen (5) sirnultan zügefuhrt v,^rird (

   3.Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für den Korrelator und das Anpassungs-

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   netzwerk eine Kettenschaltung orthogonaler Netzwerke (17) gemeinsam verwendet werden, daß das Ausgangssignal der Kettenglieder(13) den ersten Eingängen der ersten und zweiten Multiplikationsstufen (I4 bzw, 15') zugeführt wird, während an den zweiten Eingängen der ersten Multiplikationsatufen das Fehlersignal (y (t)) simultan anliegt, ed, dem zweiten Eingang der zweiten Multiplikati ons stufen (15) das Ausgangssignal der ersten Multiplikationsstufe (14) nach Durchlaufen einer Integrationsstufe (16),zugeführt wird, daß die Ausgangssignale der zweiten Hultiplikationsstufen (15) mittels einer Kette von Additionsschaltungen addiert das Ausgangssignal des Entzerrers bilden, aus dem zusammen mit dem Leitsignal (x^f (t)) in einer Differenzstufe das Fehlersignal (y (t)) für den Korrelator gebildet wird (Figur 2).

   4· Schaltungsanordnung nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet, daß das Fehlersignal (y(t)) durch Differenzbildung zwischen dem Ausgangssignaiydes selbstabgleichenden Anpassungsnetzwerkes (70) und dem nach Verzögerung in einen Verzögerungsleitung (68) aus den Eingangssignal (x^f (t)) abgeleiteten Leitsignal (x¹ (t-Td)^ gewonnen wird (Fig.9).

   5.Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl das dem Korrelatoreingang zugeführte Signal x(t) in einer ersten Ve.rzögeriuigsleitung (76), als auch das dem Komparator(78) \ zugeführte Ausgangssignal (X"(t)) in einer zweiten Verzögerungsleitung (77) um den Betrag T - Td verzögert wird, daß das Fehlersignal (y'(-t-"Q) aus dem verzögerten Ausgangs signal (x"(t-T +Td)_-) und

   dem durch einen Detektor (72) aus dem Ausgangssignal(x"(t)J abgeleiteten leitsignal (χ (t-To) ) gewonnen wird/*Fiß-10J

   6.Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß als orthogonale Netzwerke Laguerre-Netzwerke einge-setzt werden.

   7.Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3,dadurch geknnzeichnet, daß als orthogonale Netzwerke mit Operationsverstärkern aufgebaute Netzwerke mit Allpass verhalt ens des Phasenganges verwendet werden.

   8.Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ala orthogonale Netzwerke Verzögerungsleitungen eingesetzt werden,

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   .. BAD *

   9· Sciialtungsanordnung nach .Anspruch 2 oder 3, dadurcii gekennzeichnet, daß die Baustufen der Anordnung wie orthogonale Kettenglieder, Kultiplikations- und Integrations stuf en usw. in der Technik der integrierten Schaltkreise realisiert sind.

   IQ Verfahren nach Anspruch 1 in Verbindung mit einem oder mehreren der Ansprüche 2...9, dadurch gekennzeichnet, daß bei Übertragung von Analogsignalen und Verwendung digital arbeitender Bausteine in dem als Entzerrer eingesetzten selbstabgleichenden Anpassungsnetzwerk Analog-Digitalwandler (59 »60) und Digital-Analog-V/andler (67) zum Umv/andeln des analogen Signales in die digitale Form und ihre HUckur^ a.ndlung eingesetzt v/erden (Pig.8). ■■■

   . Verfahren nach .Anspruch 1 in Verbindung mit einem oder mehreren der Ansprüche 2...9, dadurch gekennzeichnet, daß bei Übertragung von digitalen Signalen und Verwendung analog arbeitender Bausteine in dem als Entzerrer eingesetzten selbstabgleicaenden- Anpassungsnetzwerk Digital -Analog-'Jandler und Analog-Digital -handler zum Umv/andeln der di_oitalen Signale in ihre analoge i'orm und ihre Rückumwandlung eingesetzt werden.

   12.Verfahren nach .-aispruch 1 in Verbindung mit einem oder mehreren der Ansprüche 2...11, dadurch gekennzeichnet, daß zum schnellen Ausgleich vermittlungstechnisch zusamaengesciialtetef Teilnehmerleitungen für eine schnelle Datenübertragung sendeseitig über den Kanal ein erstes pseudo Zufalls signal eingespeist v/i rd, das mit einem empfangsseitig erzeugten zweiten Pseudozufallssignal korreliert zur schnellen Einstellung des Entzerrers dient.

   13.Verfahren nach Anspruch 1 in Verbindung mit einem oder mehreren ■ der Ansprüche 2... 11 ,.. dadurch, gekennzeichnet, daß bei stark geräuschbehafteten Übertragungskanaälen der Ausgleich als Vorverzerrung bereits sendeseitig erfolgt. .

   14.Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,daß bei Vor- handensein zweier entgegengesetzt gerichteter, gleichartiger Übertragungskanäle zum schnellen Ausgleich vermittlungstechnisch zusammengeschalteter Teilnehmerleitung für eine schnelle Datenübertragung nur empfangsseitig ein Pseudozufallssignal erzeugt, zur, Sendeseite rückübertragen wird und dort zur Einstellungyfrfs

   Vorverzerrer eingesetzten selbstabgleichenden Anpassungsnetzwerkes dient. 9.0 98 847 0 71 6