DE1902692A1

DE1902692A1 - Automatischer Effektivwert-Transversalentzerrer

Info

Publication number: DE1902692A1
Application number: DE19691902692
Authority: DE
Inventors: Erich Port; Kretzmer Ernest Rudolf; Rudin Jun Harry Rudolph
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1968-01-23
Filing date: 1969-01-21
Publication date: 1969-08-07
Also published as: NL6900957A; FR1603683A; BE727110A; NL153048B; DE1902692C3; US3508172A; SE344398B; GB1258131A; JPS4935861B1; DE1902692B2

Description

190269?

Western Electric Company Incorporated E,R,Kretzmer 25-6-4

New York, N. Y., 10007, USA

Automatischer Effektivwert-Transversalentzerrer

Die Erfindung bezieht sich auf einen automatischen Effektivwert-(mean-square)Transversalentzerrer, der an zeitliche Änderungen in den Frequenzansprechverhalten-Kennlinien eines Übertragungsmediums während der tatsächlichen Nachrichtenübertragung anpaßbar ist. Der automatische Effektivwert-Transversalentzerrer weist eine mit Abgriffen versehene Verzögerungsleitung und ein an jeden Abgriff angeschlossenes Dämpfungsglied auf, das durch einen Korrelator unter der Steuerung eines Fehlersignals automatisch einstellbar ist.

Die durch lineare Verzerrung auf den Informationsfluß in einem Übertragungskanal bedingte Beschränkung ist allgemein bekannt. Bisher sind die Wirkungen dieser Verzerrung ausgeglichen worden durch die Verwendung manuell eingestellter Entzerrungs- oder Kompensationsnetzwerke. Die Einstellung dieser Netzwerke ist jedoch für den Benutzer einer vermittelten Nachrichtenbedienung ein zu umständlicher Prozeß, der jedesmal, wenn eine neue Verbindung hergestellt ist, durchzuführen ist. Deshalb wird bei den derzeitigen Fernsprech-

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und Fernschreib-Vermittlungsnetzwerken die Steuerung der linearen Verzerrung nur an den einzelnen Verbindungsleitungen ausgeführt. Änderungen zwischen Verbindungsleitungen und Änderung der Anzahl hintereinander geschalteter Verbindungsleitungen führen zu Kanälen mit schwankenden Eigenschaften. Eine niedrigere Verzerrung kann durch Entzerren der Gesamtverbindung erreicht werden.

Die Automatische Entfernung oder Entzerrung der linearen Verzerrung ist in neuerer Zeit für synchrone digitale Datenübertragungssysteme durch die Verwendung von Transversalfiltern praktikabel geworden. Bei solchen Systemen wird die Entzerrung vor der Nachrichtendaten-Übertragung aurch einen iterativen Korrelationspr^eß unter Verwendung einer T es timpuls-Reihe bewerkstelligt mit dem Ergebnis, daß das Impuls ansprechverhalten des Kanals zu diskreten Abtastmomenten entzerrt wird.

Dieser Entzerrungs-Voreinstellprozeß ist neuerdings verallgemeinert worden deart, daß eine automatische Entzerrung für einen Übertragungskanal unabhängig von dem auf diesem Kanal benutzten Signalformat, d. h. für nichtsynchrone Nachrichten, erhalten werden kann.

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Dieses verallgemeinerte System ist im einzelnen in dem Artikel "An Automatic Equalizer for General-Purpose Communication Channels" von R. W. Lucky und H. R. Rudin in Bell System Technical Journal, November 1967 (Band XLVI, Nr. 9, Seiten 2179 bis 2208) beschrieben und untersucht.

Hiernach wird ein !transversalfilter mit zeitlich auseinanderliegenden Abgriffs-Dämpfungsgliedern vor der Nachrichtenübertragung eingestellt, um das Frequenzverhalten eines verzerrenden Übertragungskanals zu entzerren, und zwar durch einen Vergleich der Ansprechkurven des Kanals und eines Ber zugsfilters, das ein bestimmtes Ansprechverhalten für identische pseudo-zufällige Test-Wörter, die auf der Sendeseite bzw. Empfangsseite des Kanals erzeugt werden, hat. Das von diesem Vergleich resultierende Differenzsignal wird seinerseits mit zeitlich auseinanderliegenden Abtastwerten des den Entzerrer durchquerenden Test-Signals in Korrelation gebracht, um Steuersignale für die einzelnen Abgriffs-Dämpfungsglieder oder -Multiplikationsglieder zu erhalten. Ist die Kanalansprechverhalten-Kennlinie zeitlich invariant, so werden sich die Dämpfungsglieder auf optimale Werte herabstufen, die die kompensierte Kennlinie des Kanalansprechverhaltens veranlassen, dicht an die spezielle Kennlinie des Bezugsfilters an-

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gepaßt zu sein. Die Generatoren für pseudo-zufällige Wörter werden dann aus der Übertragungsschaltung herausgenommen, um die Übertragung der Informations signale zu ermöglichen.

Anpaßbare Entzerrer für digitale Nachrichtenübertragungssysteme sind bereits vorgeschlagen worden. In solchen Systemen wird das Impuls ansprechverhalten des verzerrenden Kanals nur zu synchronen Abtastmomenten entzerrt« Es können daher nur digitale Datensignale bei einer bestimmten synchronen Übertragungsgeschwindigkeit entzerrt werden. Das Frequenzverhalten des verzerrenden Kanals wird dadurch nicht in einer Weise entzerrt, die die Übertragung von Nachrichtenwellen, in unsynchronisierter oder analoger Form erlauben würde.

Erfindungsgemäß werden nun die vorstehenddn Schwierigkeiten f dadurch gelöst, daß der Entzerrer während der Nachrichtenübertragung kontinuierlich und anpaßbar einstellbar ist und die Kombination folgender Merkmale aufweist: jeweils angepaßte und synchronisierte Generatoren für pseudo -zufällige Wörter an den Sende- und Empfangs stellen des Übertragungs systems; eine Kombinier schaltung zum Kombinieren der Nachrichtensignale und der pseudo-zufälligen Signale am Sender; ein Bezugsfilter, das mit dem Generator für pseudo-zufällige Signale an der

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Empfangsstelle verbunden ist; einen Differenzverstärker, der an das Bezugsfilter und an die Dämpfungsglieder zur Wiedergewinnung der Nachrichtensignale und zur Erzeugung eines Fehlersignales angeschlossen ist; und ein Zeitverzögerungsnetzwerk, das zwischen dem Differenzverstärker und dem Korrelator zum Trennen des Fehlersignals von den Nachrichtensignalen zur Steuerung der an die Abgriffe der Verzögerungsleitung angeschlossenen Dämpfungsglieder gelegen ist.

Wenn das System fortfährt, Pseudozufallswort-Testsignale zu erzeugen, nachdem die anfängliche Einstellung des Trans versalentzerrers entsprechend den Lehren des obengenannten Artikels durchgeführt worden ist, und das Informations signal dem sendeseitig erzeugten Wort überlagert wird, enthält das Entzerrer~Steuersignal nicht langer nur die Differenz oder das Fehlersignal, das von dem Vergleich der entsprechenden Sendebzw, empfangsseitig erzeugten Wörter resultiert, sondern auch das einem Fehlersignal überlagerte Informations signal. Nachdem die anfängliche Entzerrung bei vorhandenem oder fehlendem J^ Informations signal bewerkstelligt worden ist, wird die Differenz zwischen den beiden Zufallswort-Testsignalen, welche zur Korrelation mit den zeitlich auseinanderliegenden

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empfangenen Signalwerten im Entzerrer erforderlich sind, in der Größe ausreichend klein sein, um nicht die informay tionstragende Komponente zu korrumpieren. Deshalb ist das Informationssignal mit üblichen Mitteln wiedergewinnbar, die an den Ausgang des Differenzverstärkers, statt an den Ausgang des Summierverstärkers, der Bestandteil des Entzerrers selbst ist, angeschlossen sind.

Die Zur Steuerung der Entzerrer-Dämpfungsglieder notwendige Fehlerkomponente wird nun von der Informationskomponente getrennt durch Verzögern des Aus gangs signales des Differenzverstärkers um eine oder mehrere pseudo-Zufalls wo rt~Periode. Die Pehlerkomponente ändert sich gegenüber der Pseudo zuf alls wort-Periode langsam, während das informations signal im allgemeinen aperiodisch ist. Deshalb wird wenig, wenn überhaupt eine, Korrelation zwischen dem verzögerten Informations signal und den derzeit an den Abgriffen des Verzerr er s erscheinenden Abtastwerten vorhanden sein. Es wird jedoch weiterhin praktisch der gleiche Korrelationsgrad zwischen der Pehlerkomponente als solcher und den Testsignalwerten an den Entzerrerabgriffen vorhanden sein, wie dieses bei fehlendem Informations signal der Fall sein würde. Die Abgriffsdämpfungsglieder können daher an jegliche langsame zeitliche Änderungen in der Kennlinie des

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Kanalansprechverhalten anpaßbar ansprechen.

Es ist ein Merkmal der Erfindung, daß der voreingestellte automatische Entzerrer für allgemeine Übertragungs zwecke anpaßbar gemacht werden kann durch 1. Überlagern eines Informations signals beliebigen Formates auf die übertragenen periodischen Testsignale, 2. Auslöschen des übertragenen Testsignals aus dem Ausgang des Entzerrers durch Subtrahieren eines empfangsseitig angepaßt erzeugten Testsignals hiervon, während das Informations signal beibehalten wird, und 3. Verzögern des Differenzsignals durch ein Vielfaches der Testsignal-Periode, um die Entzerr er Steuerschaltungen gegenüber der Gegenwart des Informations signals blind zu machen.

Im folgenden ist die Erfindung anhand-der Zeichnung im einzelnen beschrieben, deren einzige Figur das Blockschaltbild einer Ausführungsform des automatischen Effektivwert-Entzerrers zeigt, der erfindungsgemäß dahingehend modifiziert ist, daß er während der Nachrichtenübertragung anpaßbar und dauernd einstellbar ist.

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Die Zeichnung zeigt ein Grundbanddatenübertragungssystem mit einem automatischen Effektivwert-Entzerrer, der erfindungsgemäß dahingehend modifiziert .ist, daß er dauernd und anpaßbar während der Nachrichtenübertragung arbeitet. Die nachfolgende Beschreibung erfolgt ohne Erwägung der untergeordneten Methoden für Fehlerbewertung, Kompensation der Träfe gerfrequenzverschiebung, Korrektion der Trägerphasenverschiebung und Umsetzung der Nachricht und Testsignale auf ein Trägerpaßband sowie Rückumsetzung hiervon, um die Zeichnung zu vereinfachen und auf das erfindungswesentliche einzuschränken. Die vorstehend genannten Methoden sind im einzelnen in dem oben angegebenen Artikel beschrieben. Es versteht sich jedoch, daß die Erfindung sowohl auf Grundband- als auch auf Trägerpaßband-Übertragungssysteme anwendbar ist.

Der als Beispiel für Grundbandbetrieb dargestellte Effektivwert-Entzerrer weist einen ersten Pseudozufallswort-Generator am sendeseitigen Ende eines Übertragungskanals 13 auf, ferner einen übereinstimmenden zweiten Pseudozufallswort-Generator 20 auf der Empfangs seite des gleichen Übertragungskanals und - ebenfalls auf der Empfangsseite - eine mit Abgriffen versehene Verzögerungsleitung 14, ein einstellbares Dämpfungsglied 16, das an jeden Abgriff der Verzögerungsleitung ange-

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schlossen ist, einen Summierverstärker 17, der die Ausgänge der Dämpfungsglieder 16 kombiniert, einen Korrelator 15, der an die Verzögerungsleitung 14 zur Steuerung der entsprechenden Dämpfungs glieder 16 angeschlossen ist, ein an den Ausgang des zweiten Wortgenerators 20 angeschlossenes Bezugsfilter 23, einen Differenzverstärker 19, der als Eingänge die Ausgänge des Summierverstärkers 17 bzw. des Bezugsfilters 23 besitzt, und als Ausgang die Fehlerabweichung in den jeweiligen Ansprechverhalten des Kanals und Entzerrers gegenüber dem Ausgang des ersten Wortgenerators sowie des Bezugsfilters gegenüber dem Ausgang des weiten Worgenerators. Es sei angenommen, daß der erste und zweite Wortgenerator synchronisiert sind durch eine Kreuz-Korrelation ihrer jeweiligen Ausgänge durch Servoschleifmethoden. Es sollte sich des weiteren verstehen, daß die Verzögerungsleitung 14 mit weiteren Abgriffen zur Verbesserung der Genauigkeit der Entzerrung versehen werden kann.

Der voreingestellte automatische Effektivwert-Kanalentzerrer arbeitet derart, daß das gesamte mittlere Fehlerquadrat, das sowohl von der linearen Verzerrung als auch von zufälligem Rauschen auf dem Übertragungskanal herrührt, minimalisiert wird. Das mittlere Fehlerquadrat bedeutet das Integral des

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Quadrates der Differenz zwischen den Kanal- und Bezugsfilter-Frenquenzkennlinien (vergl. Seiten 2181 - 2189 des obigen Artikels). Für die dargestellte Ausführungsform wird die Fehlerabweichung im Ausgang des Differenzverstärkers mit jedem einzelnen Verzögerungsleitungsabgriffsausgang in einem Korrelator-Multiplikationsglied 15 in Korrelation gebracht, um Steuersignale auf den Leitungen 25 zu erzeugen, die die Dämpfungsglieder 16 solange langsam einstellen, bis diese Steuersignale praktisch die Spannung Null erreichen.

Bei dem voreingestellten Entzerrer nach dem obigen Artikel werden die Pseudozufallswort-Testsignale während einer Zeitspanne erzeugt, die erforderlich ist, um alle Dämpfungsglied-Steuersignale auf praktisch Null vor der Nachrichtenübertragung zu bringen. Ein Pseudozufallswort-Generator erzeugt sich * wiederholende Wortmuster, die aus binären Bit zusammengesetzt sind, welche innerhalb der Periode eines sich über eine große Anzahl von Bitintervallen erstreckenden Wortes zufällig zu sein scheinen, aber von Wort zu Wort identisch sind. Bei dem voreingestellten Entzerrer werden die Pseudozufallswort-Generatoren aus der Schaltung entfernt, nachdem die anfängliehe Entzerrung ausgeführt worden ist, und die Entzerrereinstellungen werden dann ungestört belassen. Eine Nachrichten-

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signalquekke 10 wird sodann an die Sendeseite des Kanals 13 anstelle des Wortgenerators 11 angeschlossen, und ein Nachrichtenempfänger 22 wird mit dem Ausgang des Summierverstärkers 17, beispielsweise beim Anschluß 18, angeschlossen. Das Bezugsfilter 23, der Differenzverstärker 19 und die Korrelatoren 25 sind während der Nachrichtenübertragung über einen zeitlich invarianten Kanal nicht erforderlich.

Für eine anpaßbare Entzerrung werden die Wortgeneratoren und 20 nach der anfänglichen Entzerrung in Betrieb gehalten. Das Bezugsfilter 23, der Differenzverstärker 19 und die Korrelatoren 15 verbleiben gleichfalls in der Schaltung. Drei bedeutsame Modifikationen werden in der gesamten Entzerreranordnung beim Übergang vom voreingestellten auf den anpaßbaren Betrieb gemacht. Bei einer ersten Modifikation wird die Nachrichtensignalquelle 10 mit dem Eingang des Kanals 13 parallel zum ersten Pseudozufallswort-Generator 11 über die lineare Kombinations schaltung 12 verbunden, die eine Paar Trennwiderstände oder ein Summierverstärker sein kann. Soll der Entzerrer sowohl für anfängliche als auch anpaßbare Entzerrung verwendet werden, so wird der Nachrichtenempfänger 22 nicht an den Ausgang des Entzerrersummierverstärkers 17 am Anschluß 18 angeschlossen, sondern - als eine zweite Modifikation <

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am Ausgang des Differenzverstärkers 19. Es sei daran erinnert, daß das Information führende Signal der Quelle 10 nicht nur im Ausgang des Summierverstärkers 17 sondern ebenso im Ausgang des Differenzverstärkers 19 erscheint, wenn es den übertragenen Wort-Testsignalen überlagert ist. Für den Differenzverstärker 19 erscheint das informationsfühk rende Signal nur als starkes Rauschen und hat vernachlässigbare Wirkung auf die während des anfänglichen Betriebs erreichte Synchronisation zwischen den Sender- und Empfänger-Tests ignalWörtern. Andererseits erscheint das Fehlersignal für den Nachrichtenempfänger 20, solange die Fehlerdifferenz zwischen den beiden Testsignalen klein ist, nur als schwaches Rauschen und es treten keine unüblichen Schwierigkeiten bei der Rekonstruktion des Information führenden Signals auf. Deshalb ist keine Abänderung des üblichen Nachrichtenempfängers selbst erforderlich.

Wenn das unkompensierte Fehlersignal jedoch mit dem überlagerten Informations signal den Kbrrelatoren 15 zugeführt wird, sind die Ergebnisse Selbstvernichtung. Beim Versuch, das Signal am Ausgang des Differenzverstärkers 19 bezüglich der Ausgänge eines jeden Abgriffs der Verzögerungsleitung 14 zu minimalisieren, neigen die Dämpfungsglieder 16 dazu, auf ihre

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maximalen Werte hochzulaufen. Dieses resultiert aus dem Umstand der übersteuernden (overpowering) Korrelation zwischen der entzerrten Informations Signalkomponente im Ausgang des Differenzverstärkers und der nichtentzerrten Informationssignalkomponente, die an den Verzögerungsleitungsabgriffen erscheint. Eine echte Entzerrung würde daher unter diesen Umständen ersichtlich unmöglich sein.

Es wurde jedoch gefunden, daß die Korrelatoren 15 gegenüber dem informationsführenden Signalteil des Gesamtausgangssignals des Differenzverstärkers 19 durch eine verblüffend einfache Maßnahme effektiv blind gemacht werden können. Ein Mittel zum Erhalt der notwendigen Unabhängigkeit des Entzerrers, von seiner rauschbehafteten Umgebung umfaßt die Einfügung - als eine dritte Modifikation - eines langen Verzögerungsintervalles zwischen den Ausgang des Differenzverstärkers 19 und den Eingang zu den Korrelatoren 15, wie dieses durch den mit Zeitverzögerungsnetzwerk bezeichneten Block 21 dargestellt ist. Die Verzögerung des Netzwerks 21 wird auf die Länge des Pseudo-zufälligen Testsignalwortes oder auf ein Vielfaches hiervon eingestellt. Als Ergebnis dieser langen Verzögerung können die Korrelatoren 15 nicht mehr eine Korrelation zwischen den ⁿRausch"-Abtastwerten auf der Verzögerungsleitung 14 und

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den "Rausch"-Abtastwerten, die im Ausgang des Differenzverstärkers 19 erscheinen, feststellen. Das "Rauschen" ist in der Hauptsache der informationsführende Signalteil, der während der Periode eines Testwortes und zwischen Testwörtern vergleichsweise zufällig ist. Das einzige Erfordernis ist, daß die Länge des Testwortes, und folglich die Verzögerung des Netzwerkes 21, länger ist als die Impulsansprechzeit des Kanals. Dieses letztere Erfordernis wird ohne Schwierigkeit erfüllt.

Andererseits ist, weil die Zeitverzögerung des Netzwerks 21 genau der Ziestwort-Wiederholungsperiode gleicht, die Korrelation zwischen den verzerrten Testsignalen an den Abgriffen der Verzögerungsleitung 14 und den echten Fehlersignalen, d.h. die Differenz zwischen den sendeseitigen und empfänger seitigen Testwörtern, nicht beeinträchtigt. Die Wirkungen des "Rauschens" auf die Genauigkeit der Korrelationsprodukte kann beliebig klein gemacht werden durch genügendes Großmachen der Integrationszeitkonstanten der Korrelatoren 15.

Das Zeitverzögerungsnetzwerk 21 kann auch in den Ausgang des Summierverstärkers 17 mit gleichem Effekt eingeschaltet werden.

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ts ¹^

Die für das Netzwerk 21 erforderliche lange Verzögerung kann auf Analog-Weise nur mit Schwierigkeit genau erhalten werden. Die Verwendung von vielstufigen digitalen Schieberegistern für das Netzwerk 21 ist jedoch der grade Weg und ist die bevorzugte Alternative. Die erforderlichen Methoden für die dann notwendige Analog/Digital-Umsetzung sind allgemein bekannt.

Zusammengefaßt, ist eine Methode zum Erhalt einer anpaßbaren Entzerrung von sich zeitlich ändernden Übertragungs kanälen beschrieben worden. Ein bekanntes Testsignal wird bei einem Wert unterhalb des Wertes eines gleichzeitig übertragenen Informationssignales beliebigen Typus oder Formates derart übertragen, daß keines der Signale das jeweils andere korumpiert. Das übertragene Testsignal wird vom empfangenen Signal durch ein empfängerseitig erzeugtes übereinstimmendes Testsignal entfernt, das durch ein praktisch ideales Bezugsfilter hindurchgeschickt worden ist, um einen Rest übrig zu lassen, der ein Maß der tatsächlichen Kanalverzerrung ist. Dieser Rest hat keine nennenswerte Wirkung auf den Informationssignalteil des insgesamt empfangenen Signals. Gleichzeitig wird der Entzerrereinstellmechanismus gegenüber dem Informations signal blind gemacht durch Verzögern des empfangenen Signals um einen fixierten Betrag, der durch die Periode eines sich wiederholenden Testsignals bestimmt ist.

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Claims

PATENTANSPRUCH

Automatischer Effektivwert-Transversalentzerrer für ein Nachrichtenübertragungssystem, mit einer mit Abgriffen versehenen Verzögerungsleitung und einem an jedem Abgriff angeschlossenen Dämpfungsglied, das durch einen Korrelator unter der Steuerung eines Fehlersignals automatisch einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Entzerrer während der Nachrichtenübertragung kontinuierlich und anpaßbar einstellbar ist und die Kombination folgender Merkmale aufweist! jeweils angepaßte und synchronisierte Generatoren (11, 20) für pseudozufällige Signale an den Sende- und Empfangs stellen · eines Systems,

eine Kombinierechaltung (12) zum Kombinieren der Nachrichtensignale und der pseudozufälligen Signale am Sender, ein Bezugsfilter (23), das mit dem Generator für pseudo zufällige Signale (20) an der Empfangs stelle verbunden ist, einen Differenzverstärker (19), der an das Bezugsfilter (23) und an die Dämpfungsglieder (16) zur Wiedergewinnung der Nachrichtensignale und zur Erzeugung eines Fehlersignales angeschlossen ist, und

ein Zeitverzögerungsnetzwerk (21), das zwischen dem Differenzverstärker (19) und dem Korrelator (15) zum Trennen des Fehler-

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signals von den Nachrichtensignalen zur Steuerung der an die Abgriffe der Verzögerungsleitung (14) angeschlossenen Dämpfungsglieder (16) gelegen ist.

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