DE1902692C3 - Automatischer Effektivwert-Transversalentzerrer für ein Nachrichtenübertragungssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen automatischen Effektiv-Transversalentzerrer für ein Nachrichtenübertragungssystem, mit einer mit Abgriffen versehenen Verzögerungsleitung und je einem an jedem Abgriff angeschlossenen Dämpfungsglied, das durch je einen Korrelator unter der Steuerung eines Fehlersignals automatisch einstellbar ist, mit je einem in der Sende- und der Empfangsstelle vorgesehenen Generator für pseudozufällige Signale, die miteinander synchronisiert sind, mit einem Bezugsfilter in der Empfangsstelle, das mit dem dortigen Generator für pseudozufällige Signale verbunden ist, und mit einem Differenzverstärker, dessen beide Eingänge an das Bezugsfilter bzw. über einen Summierer an die Dämpfungsglieder zur Erzeugung eines Fehlcrsignals angeschlossen sind. Hierbei beruht der Ausdruck »Effektivwert« auf einer Definition der Fehlergröße als quadratischem Mittelwert der Abweichungen.

Die durch lineare Verzerrung des Informationsflusses 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- und Fernschreib-Vermittlungsnetzwerken s die Steuerung der linearen Verzerrung nur an den einzelnen Verbindungsleitungen ausgeführt. Änderungen zwischen Verbindungsleitungen und Änderung der Anzahl hintereinandergeschalteter 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 neuer Zeit für synchrone, digitale Datenübertragungssysteme durch die Verwendung von Transversalfiltern praktikabel geworden. Bei solchen Systemen wird die Entzerrung vor der Nachrichten-Datenübertragung durch einen iterativen Korrelationsprozeß unter Verwendung einer Testimpuls-Reihe bewerkstelligt mit dem Ergebnis, da3 das Impulsansprechverhalten des Kanals zu diskreten Absatzmomenten entzerrt wird.

Dieser Entzerrung-Voreinsteüprozeß ist neuerdings verallgemeinert worden, derart, daß eine automatische Entzerrung für einen Übertragungskanal unabhängig von dem auf diesem Kanal benutzten Signalformat, d. h. für nichtsynchrone Nachrichten, erhalten werden kann.
Dieses verallgemeinerte System ist im einzelnen in dem Artikel »An Automatic Equalizer for General-Purpose Communication Channels« von R.W. Lucky und

H. R. R u d i η in »The Bell System Technical Journal«, November 1967 (Band XLVI, Nr. 9, S. 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 Bezugsfilters, das ein bestimmtes Ansprechverhallen 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 Testsignals 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 angepaßt zu sein. Die Genpratojen für pseudozufällige Wörter werden dann aus der Übertragungsschaltung herausgenommen, um

die Übertragung der Informationssignale zu ermöglichen.

Aus Bell System Technical Journal, 1966, Seiten 255-286 ist ein anpaßbarer Entzerrer für digitale Nachrichtenübertragungssysteme bekannt, bei dem das Impulsansprechverhalten des verzerrenden Kanals nur zu synchronen Abtastmomenten entzerrt wird, und zwar unter Benutzung der übertragenen Nachrichtensignale.

Bisher erfolgte die Entzerrung durch die Verwendung

t>0 von Transversalfiltern, bei denen ein Signal einer mit Abgriffen versehenen Verzögerungsleitung zugeführt wird und das Ausgangssignal aus einer Summierung der an den verschiedenen Abgriffen auftretenden Signale

erhalten wird, Jeder Abgriff ist mit einem variablen Vervielfaehungs- oder Dämpfungsglied versehen, um die Verzerrung des Signals infolge seiner Übertragung über die Übertragungsstrecke zu kompensieren. LJm die Dämpfungsglieder des Transversalfilters einzustellen, werden eine Mehrzahl Testimpulse, die das Übertragungsmedium durchquert haben und dementsprechend verzerrt worden sind, durch das Transversalfilter während einer anfänglichen Einstellperiode vor der eigentlichen Nachrichtenübertragung hindurchgeschickt. Beruhend auf einer Bestimmung der bei solchen Abtastmomenten vorhandenen Verzerrungen, wie diese den verfügbaren Abgriffen an dem Verzögerungsleitungsteil des Transversalfilters zugeordnet sind, können die allen Abgriffen zugeordneten Dämpfungsglieder manuell eingestellt werden, bis die an den Abtastmomenten erreichte Verzerrung auf einen Betrag reduziert ist, der kleiner ist als die Größe des gewählten Einstellinkrementes. Diese Art der Entzerrung ist auf synchrone Information beschränkt. Eine bekannte Anordnung dieser Art (beschrieben in »The Bell System Technical journal«, November 1967, S. 2179 bis 2208) ist darauf beschränkt, die Steuersignale vor der Übertragung der Nachrichtensignale zu übertragen. Daher kann mit dieser bekannten Anordnung eine Änderung der Verzerrungsbedingungen in der Übertragungsstrecke während der Nachrichtenübertragung nicht erkannt und korrigiert werden. Es ist ferner bekannt (deutsche Auslegeschrift 12 44 247), die üblichen Fernsehsynchronisiersignale durch spezielle Test- oder Steuersignale zu jo ersetzen und diese Signale zur Steuerung des Entzerrers zu benutzen. Diese gesonderten Steuersignale werden nicht dauernd übertragen, sondern nur während kurzer Augenblicke vor der Übertragung der Bildsignale für jede Bildzeile oder für jeden Bildrahmen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Entzerrer während der Nachrichtenübertragung kontinuierlich einstellen zu können. Die gestellte Aufgabe wird durch die in dem Patentanspruch gekennzeichnete Kombination gelöst.

Wenn das Jystem fortfährt, Pseudozufallswort-Testsignale zu erzeugen, nachdem die anfängliche Einstellung des Transversalentzerrers entsprechend den Lehren des obengenannten Artikels durchgeführt worden ist und das Informationssignal dem sendeseitig erzeugten Wort überlagert wird, enthält das Entzerrer-Steuersignai nicht langer nur die Differenz oder das Fehlersignal, das von dem Vergleich der entsprechenden sende- bzw. empfangsseitig erzeugten Wörter resultiert, sondern auch Has einem Fehlersignal überlagerte Informationssignal. Nachdem die anfängliche Entzerrung bei vorhandenem oder fehlendem Informmationssignal bewerkstelligt worden ist, wird die Differenz zwischen den beiden Zufallswort-Testsignalen, welche zur Korrelation mit den zeitlich auseinanderliegenden empfangenen Signalwerten im Entzerrer erforderlich sind, in der Größe ausreichend klein sein, um nicht die informationstragende Komponente zu beeinträchtigen. 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 Fehlerkompnente wird nun von der 6> Informationskompoiiente getrennt durch Verzögern des Ausgangssignals des Differzverstärkers um eine oder mehrere Pseudo-Zuiallswort-Perioden. Die Fehlerkomponente ändert sich gegenüber der Pseudo-Zu-FaHs-Wort-Periode langsam, während das Informationssignal im allgemeinen aperiodisch ist. Deshalb wirci wenig, wenn überhaupt eine, Korrelation zwischen dem verzögerten Informationssignal und den derzeit an den Abgriffen des Entzerrers erscheinenden Abtastwerten vorhanden sein. Es wird jedoch weiterhin praktisch der gleiche Korrelationsgrad zwischen der Fehlerkomponente als solcher und den Testsignalwerten an den Enlzerrerabgriffen vorhanden sein, wie dies bei fehlendem Informationssignal der Fall sein würde. Die Abgriffsdämpfungsglieder können daher an jegliche langsame zeitliche Änderungen in der Kennlinie des Kanalansprechverhaltens anpaßbar ansprechen.

Es ist ein Merkmal der Erfindung, daß der voreingestellte automatische Entzerrer für allgemeine Übertragungszwecke anpaßbar gemacht werden kann durch

1 Überlagern eines Informationssignals beliebigen Formaies auf die übertragenen periodischen Teststignale,

2. Auslöschen des übertragenen Tcstsipnals aus dem Ausgang des Entzerrers durch Subtrahieren eines empfangsseitig angepaßt erzeugten Testsignals hiervon, während das Informationssignal beibehalten wird, und

3. Verzögern des Differenzsignals durch ein Vielfaches der Testsignal-Periode, um die Entzerrersteuerschaltungen gegenüber der Gegenwart des Informationssignals blind zu machen..

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

Die Zeichnung zeigt ein Grundbanddatenübertragungssystem mit einem automatischen Effektiv;vert-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 Trägerfrequenzverschiebung, 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-Übertragungs"i;,s!eme anwendbar ist.

Der als Beispiel für Grundbandbetrieb dargestellte Effektivwert-Entzerr.er weist einen ersten Pseudo-Zufalls-Generator 11 am sendeseitigen Ende eines Übertragungskanals 13 auf, ferner einen übereinstimmenden zweiten Pseudo-Zufallswort-Generator 20 auf der Empfangsseite des gleichen Übertragungskanals und — ebenfalls auf der Empfangsseite — eine mit Abgriffen versehene Verzögerungsleitung 14, einstellbare Dämpfungsglieder 16, die an jeden Abgriff der Verzögerungsleitung angeschlossen sind, einen Summierverstärker 17, der die Ausgänge der Dämpfungsglieder 16 kombiniert, einen Korrelator 15, der an die Verzögerungsleitung 14 zur Steuerung der entsprechenden DämDfuneselieder 16 angeschlossen ist. ein an den

Ausgang des /weiten Wortgenerators 20 angeschlossenes Bc/ugsfilter 23. einen Differenzverstärker 19, der als Umgänge die Ausgänge des Summierverstärkers 17 b/w. des Bezugsfilters 23 besitzt, und als Ausgang die f ehlerabweichung in den jeweiligen Ansprechverhalten des Kanals und Entzerrers gegenüber dem Ausgang des ersten Wortgeneralors sowie des Bezugsfilters gegenüber dem Ausgang des zweiten Wortgenerators. Es sei angenommen, daß der erste und zweite Wortgenerator synchronisiert sind durch eine Kreuz-Korrelation ihrer jeweiligen Ausgänge durch Servoschleifmethoden. Hs sollte sich des weiteren verstehen, daß die Verzögerungsleitung 14 mit weiteren Abgriffen zur Verbesserung der Genauigkeit der [Entzerrung versehen weiden kann.

Der voreingestellte automatische Effcktiv-Kanalentzerrer arbeitet derari. 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 Quadrates der Differenz zwischen den Kanal- und Bezugsfilter·Frequenzkennlinien (vgl. S. 2181 bis 2189 des obigen Artikels). Für die dargestellte Ausführungsform wird die Fehierabweichung im Ausgang des Differenzverstärkers 19 mit jedem einzelnen Verzögerungsleitungsabgnffsausgang in einem Korrelator-Multiplikationsglied 15 in Korrelation gebrach;, um Steuersignale auf den Leitungen 25 zu erzeugen, die die Dämpfungsglieder 16 s(j lange langsam einstellen, bis diese Steuersignale praktisch die Spannung Null erreichen.

Bei dem vorangestellten Entzerrer nach dem obigen Artikel werden die Pseudo-Zufallswort-Testsignale wahrend einer Zeitspanne erzeugt, die erforderlich ist. um alle Dämpfungsglied-Steuersignale auf praktisch Null vor der Nachrichtenübertragung zu bringen. Ein Pseudo-Zufallswort-Generator erzeugt sich wiederholende Wortmuster, die aus binären Bits zusammengesetzt sind, weiche 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 Pseudo-Zul'allswort-Generatoren aus der Schaltung entfernt, nach dem die anfängliche Entzerrung ausgeführt worden ist. und die Entzerrereinstellungen werden dann ungestört belassen. Eine Nachrichtensignalquelle 10 wird sodann an die Sendeseite des Kanals 13 an Stelle 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 Korrektoren 25 sind während der Nachrichtenübertragung über einen zeitlich invarianten Kanal nicht erforderlich.

Für eine anpaßbare Entzerrung werden die Wortgeneratoren il und 20 nach der anfänglichen Entzerrung in Betrieb gehalten. Das Bezugsfilter 23, der Differenzverstärker ISi und die Korrelatoren 15 verbleiben gleichfalls in der Schaltung. Drei bedeutsame Modifikationen werden in der gesamten Entzerreranordnung beim Obergang vom vcreingestellten auf den anpaßbaren Betrieb gemacht Bei einer ersten Modifikation wird die Nachrichtensignalquelle 10 mit dem Eingang des Kanal 13 parallel zum ersten Pseudo-ZufyJlswort-Generator 11 über die lineare Kombinationsfchaltung 12 verbunden, die ein 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 Entzerrer-Summierverstärkers 17 am Anschluß 18 angeschlossen, sondern — als eine zweite Modifikation — 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 Differenzialverstärkcrs 19 erscheint, wenn es den übertragenen Wort-1 estsignalen

in überlagert ist. Für den üiffernzverstärker 19 erscheint das informationsführende Signal nur als starkes Rauschen und hat vernachlässigbare Wirkung auf die während des anfänglichen Betriebs erreichte Synchronisation zwischen den Sender- und Empfänger-Tcsisignal-

Ii Wörtern. Andererseils erscheint das Fehlersignal für den Nachrichtenempfänger 22. solange die Fehlerdiffcren/ zwischen den beiden Testsignalcn klein ist. nur als schwaches Rauschen, und es treten keine unüblichcn Schwierigkeiten bei der Rekonstruktion des Information führenden Signals auf. Deshalb ist keine Abänderung des üblichen Nachrichtcnempfängers selbst erforderlich.

Wenn das unkompensiertc Fehlersignal jedoch mit dem überlagerten Informationssignal den Korrelatoren 15 zugeführt wird, sind die Ergebnisse Selbstvernichtung. Beim Versuch, das Signal am Ausgang des Differenzve^rstärkers 19 bezüglich der Ausgänge eines jeden Abgriffs der Verzögerungsleitung 14 zu minimalisieren. neigen die Dämpfungsglieder 16 da/u, auf ihre

so maximalen Werte hochzulaufen. Dieses resultiert aus dem I !instand der übersteuernden (overpowering) Korrelation zwischen der entzerrten Informationssignalkomponente im Ausgang des Differenzverstärkers und der nicht entzerrten Informationssignalkomponente. die an den Verzögerungsleitungsabgriffen erscheint. Eine echte Entzerrung würde daher unter diesen Umständen ersichtlich unmöglich sein.

Es wurde jedoch gefunden, daß die Kn--elaioren 15, gegenüber dem informationsführenden .Signaltcil des

■•ο Gesamtausgangssignals des Differenzverstärkers 19 durch eine verblüffend einfache Maßnahme effektiv blind gemacht werden können. Ein Mittel /um Erhalt der notwendigen Unabhängigkeit des Entzerrers von seiner rauschbehafteten Umgebung umfaßt die Einfü-

^ir> gung — als eine dritte Modifikation — eines langen Verzögerungsintervalls 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 Län~e 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 »Rausch«-Abtast werten auf der Verzögerungsleitung 14 und der »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

so und zwischen Testwörten 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 Schwierigkeil erfüllt

Andererseits ist weil die Zeitverzögerung des Netzwerks 21 genau der Testwort-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 empfängerseitigen Testwörlern, nicht beeinträchtigt. Die Wirkungen des »Rauschens« auf die Genauigkeit der Korrelationsprodukte kann beliebig kleingemacht werden durch genügendes Großmachen der Integrationszeitkonstanten der L.jrrelatoren 15.

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

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 gerade Weg und ist die bevorzugte Alternative. Die erforderlichen Methoden für die dann notwendige Analog/Digital-Umsctzung sind allgemein uckäiiiii.

Zusammengefaßt ist eine Methode zum Erhalt einer anpaßbaren Entzerrung von sich zeitlich ändernden Übertragungskaniilen beschrieben worden. Ein bekanntes Testsignal wird bei einem Wert unterhalb des Wertes eines gleichzeitig übertragenen Informationssignals beliebigen Typus oder Formates derart übertragen, daß keines der Signale das jeweils andere beeinträchtigt. Das übertragene Testsignal wird vom empfangenen Signal durch ein empfiingerseitig erzeugtes übereinstimmendes Testsignal entfernt, das durch ein praktisch ideales Bezugsfilter hindurchgeschickt worden ist, um einen Rest übrigzulassen, der ein Maß der tatsächlichen Kanalverzerrung ist. Dieser Rest hat keine nennenswerte Wirkung auf den Informalionssignalieil des insgesamt empfangenen Signals. Gleichzeitig wird der Entzerrereinstellmechanismus gegenüber dem Informationssignal blindgemacht durch Verzögern des empfangenen Signals um einen fixierten Betrag, der durch die Periode eines sich wiederholenden Testsignals besiiiiimi lsi.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch;

   Automatischer Effektivwert-Transversalentzerrer für ein Nachrichtenübertragungssystem, mit einer mit Abgriffen versehenen Verzögerungsleitung und je einem an jedem Abgriff angeschlossenen Dämpfungsglied, das durch je einen Korrelator unter der Steuerung eines Fehlersignais automatisch einstellbar ist, mit je einem in der Sende- und der Empfangsstelle vorgesehenen Generator für pseudozufällige Signale, die miteinander synchronisiert sind, mit einem Bezugsfilter in der Empfangsstelle, das mit dem dortigen Generator für pseudozufällige Signale verbunden ist, und mit einem Differenzverstärker, dessen beide Eingänge an das Bezugsfilter bzw. über einen Summierer an die Dämpfungsglieder zur Erzeugung eines Fehlersignals angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Entzerrer zur kontinuierlichen Einstellung während der Nachrichiejübertragung die Kombination folgender Merkmaie aufweist:

   a) die beiden Generatoren (11, 20) für pseudozufällige Signale arbeiten während der Nachrichtenübertragung dauernd,

   b) in der Sendestelle ist eine Kombinationsschaltung (12) zum dauernden Kombinieren der Nachrichtensignale und der pseudozufälligen Signale und zum dauernden Aussenden der Kombination dieser Signale vorgesehen,

   c) die Nachrichtensignale werden am Ausgang des Differenzverstärker (19) abgenommen,

   d) es ist ein Zeitverzögerungsnetzwerk (21) zwischen dem Ausgang des Differenzverstärkers (19) und den Korreiatoren (15) vorgesehen, welches das Fehlersignal zur Steuerung der an die Abgriffe der Verzögerungsleitung (14) angeschlossenen Dämpfungsglieder (16) von den Nachrichtensignalen trennt.