DE1911476B2

DE1911476B2 - Anordnung zur adaptiven Entzerrung der in einem Kanal zur UEbertragung quantisierter Datensignale auftretenden linearen Verzerrungen

Info

Publication number: DE1911476B2
Application number: DE19691911476
Authority: DE
Inventors: Holmes Warwick Harvey
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1969-03-06
Filing date: 1969-03-06
Publication date: 1970-12-03
Also published as: DE1911476A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur adaptiven Entzerrung der in einem zur Übertragung quantisierter Datensignale dienenden Nachrichtenkanal auftretenden linearen Verzerrungen, bei der die Entzerrung in einem dem Nachrichtenkanal nachgeschalteten. Entzerrer erfolgt, der den verzerrten Signalen Korrektursignale zufügt, die über Einstellglieder einer Verzögerungsschaltung entnommen sind.
Bekanntlich treten bei der Übertragung von quantisierten Datensignalen über geeignete Verbindungsstrecken, wie beispielsweise Kabel oder Richtfunkstrecken, Verzerrungen in der zu übertragenden Nachricht deshalb auf, weil der Übertragungskanal Laufzeit- bzw. Dämpfungsverzerrungen aufweist. Aus diesem Grund kommt das Signal auf der Empfangsseite mit einer gewissen Störung an. Es lassen sich diese Störungen dann beseitigen, wenn es gelingt, die Eigenschaften des Übertragungskanals zu ermitteln. Insbesondere kommt es bei der Übertragung digitaler Nachrichten, die bekanntlich als Impulsfolge übertragen werden, darauf an, die durch den Übertragungskanal verzerrten Impulse empfängsseitig wieder zu regenerieren. Durch die Zeitschrift »The Bell System Technical Journal«, April 1965, S. 547 bis 588, ist bereits ein Verfahren zur Bestimmung der Impulsantwort eines Nachrichtenübertragungskänals bekanntgeworden, das darauf hinausläuft, vor Beginn der eigentlichen Übertragung sendeseitig einen Prüftext abzugeben. Dieser Prüftext ist auf der Empfangsseite bekannt, und es wird der dort vorhandene Entzerrer so eingestellt, d'aß die vom Nachrichtenübertragungskanal hervorgerufenen Verzerrungen eliminiert werden können. Während der eigentlichen Nachrichtenübertragung bleibt dann der Entzerrer fest eingestellt. Die bei diesem Verfahren auftretende Schwierigkeit ist vor allem darin zu sehen, daß während der Übertragung des Prüftextes keine Nachricht übertragen werden kann. Es kommt ferner hinzu, daß. der fest eingestellte Entzerren eine Nachregelung der Entzerrung nicht zuläßt, so daß für den Fall, daß sich während der Nachrichtenübertragung die Eigenschaften des Übertragungskanals ändern, empfangsseitig erhebliche' Störungen auftreten können. Zur Überwindung dieser Schwierigkeiten ist es bereits bekanntgeworden, sogenannte adaptive Entzerrer einzusetzen, d. h. also Entzerrer, die in der Lage sind, während der Übertragung der Nachricht sich selbst nachzusteuern. Ein derartiges Verfahren ist bereits durch die Zeitschrift »The Bell System Technical Journal«; Februar 1966, S. 255 bis 286, bekanntgeworden.
Der bekannte adaptive Entzerrer besteht aus einem Transversalfilter, dessen Einstellglieder automatisch eingestellt werden. Die hierzu erforderliche Information wird aus dem übertragenen Datenfluß selbst bezogen. Die Einstellung der Einstellglieder erfolgt schrittweise, so daß zur Erzielung der richtigen Einstellung eine gewisse Mindestzeit nicht unterschritten werden kann. Zur Ermittlung der Richtung, in der die Einstellung der Einstellglieder geändert werden muß, wird nur die Information über die Vorzeichen der ermittelten Schätzwerte der Amplituden der Überschwinger in den einzelnen Abtastzeitpunkten verwendet. Da nach jeder Änderung der Einstellung der einzelnen Einstellglieder die Vorzeichen der Restfehler erneut ermittelt werden müssen, und da mit den somit ermittelten Werten eine erneute Änderung der Einstellglieder veranlaßt werden muß, ist eine gewisse Mindestzeit erforderlich, bis der Entzerrer seine Endeinstellung erreicht. Dies wird insbesondere dann als störend empfunden, wenn es darauf ankommt, Daten möglichst schnell zu übertragen, da dann auch der Entzerrer möglichst bald nach Beginn der Übertragung seine Endeinstellung gefunden haben soll.
Weiterhin ist in der deutschen Auslegeschrift 1272 978 eine Schaltungsanordnung zur Korrektur der Verzerrungen von digitalen Nachrichtensignalen durch Übertragungsmedien begrenzter Frequenzbandbreite angegeben, bei der eine Folge von Prüfimpulsen über das Übertragungsmedium einer angezapften Verzögerungsleitung zugeführt wird. Bei dieser bekannten Einrichtung werden für die Lösung des die Betriebsweise der Verzögerungsschaltung bestimmenden Gleichungssystems Analogrechner verwendet und es werden die Ausgänge der an den Abgriffen der Verzögerungsleitung liegenden Einstellglieder mit einer Summiererschaltung verbunden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den einleitend erwähnten Schwierigkeiten in verhältnismäßig einfacher Weise zu begegnen; insbesondere soll der Aufbau einer Entzerrerschaltung angegeben werden, die eine Einstellung auf den Endwert in möglichst kurzer Zeit gestattet.
Ausgehend von einer Anordnung zur adaptiven Entzerrung der in einem zur Übertragung quantisierter Datensignale dienenden Nachrichtenkanal auftretenden linearen Verzerrungen, bei der die Entzerrung in einem dem Nachrichtenkanal nachgeschalteten Entzerrer erfolgt,. der den verzerrten Signalen Korrektursignale zufügt, die über Einstellglieder einer Verzögerungsschaltung entnommen sind, wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die verzerrten Signale einerseits direkt und andererseits mehrfach zeitverschoben einer Korrelatorbank zugeführt werden, daß deren Ausgangssignale einem Rechner zuge-, führt werden, und daß der Rechner dem Entzerrer zugeordnete Einstellglieder steuert, die zwischen der Verzögerungsschaltung und einem den Einstellgliedern nachgeschalteten Summierer liegen, und daß der Rechner so bemessen ist, daß die Einstellung der Einstellglieder auf ihren erforderlichen Endwert in einem Schritt erfolgt.
Eine verhältnismäßig einfache Instrumentierung läßt sich dadurch erreichen, daß der Rechner und die Verzögerungsschaltung derart bemessen sind, daß der Schätzwert für den Erwartungswert des vom Übertragungskanal verursachten Fehlers zu Null wird und der Schätzwert für den Erwartungswert des Quadrates des vom Übertragungskanal verursachten Fehlers minimal wird, und daß die dem Summierer über die Einstellglieder zugeführten Korrektursignale aus den verzerrten Eingangssignalen gebildet sind.
Eine einfache Instrumentierung läßt sich insbesondere bei digitaler Realisierung dann erreichen, wenn der Rechner und die Verzögerungsschaltung derart bemessen sind, daß der Schätzwert für den Erwartungswert des durch die Einstellfehler der Einstellglieder gegebenen Fehlervektors zu Null wird,.und wenn die dem Summierer über die Einstellglieder zugef ührten Korrektursignale aus den verzerrten Eingangssignalen gebildet sind.
Weiterhin läßt sich eine einfache Instrumentierung auch dadurch erzielen, daß der Rechner und die Verzögerungsschaltung derart bemessen sind, daß der Schätzwert für die Summe der Beträge der in verschiedenen Abtastzeitpunkten gemessenen Abweichungen der Impulsantwort des Übertragungskanals von der idealen Impulsantwort minimal wird, und daß die dem Summierer über die Einstellglieder zugeführten Korrektursignale aus den verzerrten Eingangssignalen gebildet sind.
Eine unabhängige Einstellung der einzelnen Einstellglieder läßt sich dann erreichen, wenn die den Einstellgliedern zugeführten Korrektursignale, mit Ausnahme des zur Entzerrung des Hauptwertes der Impulsantwort dienenden Korrektursignale, aus quantisierten Eingangssignalen gebildet sind.
Die für die optimale Einstellung des Entzerrers benötigten Daten lassen sich verhältnismäßig rasch und genau dadurch ermitteln, daß die von den Korrelatoren der Korrelatorbank zu ermittelnden Schätzwerte für die erforderliche Erwartungswerte mit Hilfe von Fehlersignalen gebildet sind, die sich durch die Abweichung der verzerrten Signale von den zeitlich entsprechend zugeordneten idealen Signalen ergeben.
Weiterhin läßt sich die Einstellzeit noch dadurch verkürzen, daß die in der Korrelatorbank enthaltenen Integratoren eine variable Integrationszeit aufweisen.
Für diesen Fall wird man insbesondere daran denken, zur Steuerung der Integrationszeit den aus den Fehlersignalen gebildeten quadratischen Mittelwert zu verwenden.
Eine Erhöhung der Anzahl der einzelnen Abgleichschritte in einer verhältnismäßig kurzen Zeit läßt sich dadurch erreichen, daß die momentanen Ausgangssignale der in der Korrelatorbank enthaltenen Korrelatoren jeweils aus den während einer unmittelbar vorangegangenen Zeitspanne T vorhandenen Signalen ermittelt werden und daß. die Zeitdauer aufeinanderfolgender Einstellschritte des Entzerrers kleiner als die Zeitspanne T ist.
Bei gleicher Einstelldauer läßt sich eine Erhöhung der Einstellgenauigkeit dadurch erreichen, daß zur Einstellung der Einstellglieder das am Ausgang des Summierers erscheinende verbesserte Signal mitbenutzt wird.
Hinsichtlich der Instrumentierung wird man hierbei insbesondere daran denken, daß das am Ausgang des Summierers auftretende 'Signal einer Entscheidungsschaltung und einem Differenzverstärker zugefülut wird, und daß die an deren Ausgängen abgegebenen Signale der Verzögerungsschaltung zugeführt werden.
Falls verhältnismäßig viele Abgriffe an der Verzögerungsschaltung erforderlich sind, läßt sich eine Vereinfachung der Instrumentierung dann erreichen, wenn nur ein Teil der Abgriffe, insbesondere die im mittleren licreich liegenden Abgriffe, der Verzögerungsschaltung der Einstellung der ihnen jeweils zugeordneten Einstellglieder dienen, während die Einstellung der restlichen Einstellglieder durch ein an sich bekanntes, iteratives Verfahren erfolgt.
Für eine Reihe'von Anwendungsfällen läßt sich eine , einfache Dimensionierung des Rechners dann erreichen, wenn der Rechner derart bemessen ist, daß er den Schätzwert für den Erwartungswert des BetragscIuadrats des Fehlervektors ermittelt, und wenn dieser Schtzwert zur Steuerung der Integrationszeit der in der' Korrelatorbank enthaltenen Integratoren verwendet ist.
Wie später an Hand der F i g. 2 noch erläutert wird, wird bei der Erfindung von der Überlegung ausgep.nngcii, nicht bloß eine reine Vorzeichenbewertung zur i 1 inslcllting der Einstellglieder des Entzerrers zu beiiLitzrn, sondern den gesamten vorhandenen Infor--iiiiiiiiinsllriß:I)adurcli ergibt sich für die richtige Endeinstellung des Entzerrers bei gleicher Einstellzeit eine wesentlich größere Wahrscheinlichkeit als bei bekannten Verfahren, was gleichbedeutend damit ist, daß sich bei kürzerer Einstellzeit eine mindestens gleichwertige Einstellung des Entzerrers ergibt.
An Hand von Ausführungsbeispielen wird nachstehend die Erfindung noch näher erläutert. Es zeigt in der Zeichnung F i g. 1 das Prinzipschaltbild einer vollständigen Entzerrerschaltung, F i g. 2 die Wahrscheinlichkeitsdichte für die Reduzierung des Fehlers, und zwar unter a) nach bekannten Verfahren bzw. unter b) bei Verwendung der erfindungsgemäßen Schaltung, F i g. 3 eine Ausführungsform eines Entzerrers, F i g. 4 ein Beispiel für die Entzerrung der Impulsantwort eines Übertragungskanals mit einer Schaltung nach F i g. 3, F i g. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Entzerrers, F i g. 6 ein weiteres Beispiel für die Entzerrung der Impulsantwort eines Übertragungskanals, F i g. 7a ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Entzerrers, F i g. 7b die Entzerrung der Impulsantwort eines Übertragungskanals bei Verwendung einer Schaltung nach F i g. 7a, F i g. 8 ein Ausführungsbeispiel für einen Integrator.
In der F i g. 1 ist das Prinzipschaltbild einer Entzerrerschaltung gezeigt. Sendeseitig werden die Signale ak abgegeben, die beispielsweise als amplitudenmäßig quantisierte Signale ausgebildet sind. Die sendeseitig abgegebenen Signale durchlaufen den Übertragungskanal 1 und werden wegen der nicht idealen Übertragungscharakteristik des Übertragungskanals Verzerrungen unterworfen, so daß sie am Ausgang des Übertragungskanals als Signale yk erscheinen. Auf der Empfangsseite besteht daher die Aufgabe, die durch den Übertragungskanal verzerrten Signale yk wieder zu entzerren, wozu der gestrichelt umrandete Entzerrer 6 vorgesehen ist. Der Entzerrer selbst besteht aus einer Verzögerungsschaltung 2, einer Korrelatorbank 5 und einem Rechner 3, die mit dem Summierer 7 zusammenarbeiten. Die Verzögerungsschaltung 2 kann beispielsweise in digitaler oder analoger Technik in an sich bekannter Weise ausgebildet sein. Auch sind Kombinationen zwischen digitaler und analoger Technik für. die Realisierung der Verzögerungsschaltung 2 ohne weiteres denkbar. Bekanntlich kann eine Verzögerungsschaltung in digitaler Technik aus einem oder mehreren Schieberegistern bestehen, die selbst wieder aus einzelnen Flip-Flop-Schaltungen aufgebaut sein können. Die Verzögerungsschaltung 2 ist mit Abgriffen 50 bis 53 versehen. Der gestrichelt gezeichnete Abgriff 53 soll lediglich andeuten, daß die Verzögerungsschaltung an sich mit beliebig vielen Abgriffen ausgerüstet sein kann. Die Abgriffe 50 bis 53 enden in der Korrelatorbank 5, die selbst aus einer in der Regel gröberen Anzahl einzelner Korrelatoren besteht. Bekanntlich sind Korrelatoren Schaltungen, die in der Lage sind, zueinander zeitverschobene Funktionen miteinander zu multiplizieren und das so gewonnene Produkt über einen an sich vorgebbaren Zeitraum zu integrieren. Die verzerrten Signale yk werden der Korrelatorbank 5 außer über die Verzögerungsschaltung 2 zusätzlich über eine direkte Leitung 4 zugeführt. Die Ausgänge der in der Korrelatorbank 5 enthaltenen Korrelatoren sind mit den Bezugsziffern 30 bis 34 versehen, und es soll der gestrichelte Ausgang 34 wiederum andeuten, daß in der Regel eine größere Anzahl Ausgänge vorgesehen sind. Die Ausgangssignale 30 bis 34 der Korrelatorbank 5 werden einem Rechner 3 zugeführt, dessen Ausgangsleitungen mit 70 bis 73 bezeichnet sind. Die Ausgangsleitungen 70 bis 73 des Rechners 3 führen zu Einstellgliedern 80 bis 83 die eingangsseitig über die Leitungen 90 bis 93 mit der Verzögerungsschaltung 2 und ausgangsseitig über die Leitungen 60 bis 63 mit dem Summierer 7 verbunden sind. Die gestrichelten Leitungen 63, 73 und 93 sollen selbstverständlich wiederum andeuten, daß dem Rechner so viele Ausgangsleitungen zugeordnet sind, wie Einstellglieder vorhanden sind. Der Rechner 3 ist derart bemessen, daß er in der Lage ist, an die Einstellglieder 80 bis 83 Signale solcher Art abzugeben, daß deren Einstellung auf den zur Entzerrung erforderlichen Endwert in einem einzigen Scluitt erfolgt. Am Ausgang 10 des Summierers 7 erscheinen somit die entzerrten Signale zk.
An Hand der F i g. 2 soll noch das Funktionsprinzip der in F i g. 1 dargestellten Schaltung näher erläutert werden. ' In der F i g. 2 sind die Wahrscheinlichkeitsdichten für die mit zunehmender Zeit abnehmende Verzerrung v in Abhängigkeit von der Zeit t aufgetragen. Die F i g. 2a zeigt die Verhältnisse bei bekannten Anordnungen, während die F i g. 2b die Verhältnisse beim Entzerrer nach der Erfindung verdeutlicht.. Bei bekannten Entzerrern werden die Einstellglieder nach einem Gradientenverfahren schrittweise eingestellt, und zwar erfolgt die Einstellung auf Grund der ermittelten Informationen über die Vorzeichen der in der Impulsantwort des Übertragungskanals in den einzelnen Abtastzeitpunkten enthaltenen Verzerrungsfehler. Bei diesen Entzerrern ist es daher grundsätzlich nicht möglich, die erforderliche Endeinstellung in einem Schritt zu erreichen. Diese Verhältnisse werden in der F i g. 2a verdeutlicht. Es wird hierbei angenommen, daß die Entzerrung zum Zeitpunkt t = 0 beginnt. Die F i g. 2a ist als eine dreidimensionale Darstellung aufzufassen. Die Wahrscheinlichkeitsdichte-Kurven 160 bis 163 sind um ihre Asymptoten um 90° aus der Zeichenebene herausgeklappt zu denken. Die Einstellung des Entzerrers erfolgt beispielsweise entlang der strichpunktierten Linie 15 in kleinen, gleich großen Schritten, und es ist ersichtlich, daß in den Zeitpunkten tr, t2 und t3 die Endeinstellung noch nicht erreicht sein kann, da hierfür mehrere Schritte der Einstellglieder erforderlich sind. Erst im Zeitpunkt t4 ist mit einer der Dichtefunktion 163 entsprechenden Wahrscheinlichkeit die Endeinstellung der Einstellglieder erreicht.
Die F i g. 2b stellt die entsprechenden Verhältnisse bei dem Entzerrer gemäß der Erfindung dar. Auch diese Figur beinhaltet eine dreidimensionale Darstellung derart, daß die Wahrscheinlichkeitsdichte-Kurven 160' bis 163' aus der Zeichenebene um 90° herausgeklappt zu denken sind. In dieser Figur fällt die strichpunktierte Linie 15 mit der Zeitachse zusammen. Das bedeutet, daß infolge der optimalen Ausnutzung der gesamten vorhandenen Informationen nach Vorzeichen und Amplitude schon nach der Zeit t1', beispielsweise mit einer durch die Verteilung 160' gegebenen Wahrscheinlichkeit die richtige Einstellung der Einstellglieder erreicht ist. Die in der Korrelatorbank 5 in F i g. 1 enthaltenen Korrelatoren bilden infolge der' endlichen Integrationszeit Schätzwerte für die tatsäch-

(yücbFql#M«jNthen Signale zur Einstellung der Ein-

stellglieder 80 bis 83. Diese Schätzwerte werden um so genauer, je größer die zur Verfügung stehende Integrationszeit der Korrelatoren ist. Diese Verhältnisse werden in F i g. 2 b verdeutlicht durch die Kurven 161' bis 163', die gegenüber der Kurve 160' eine größere Amplitude für v = 0 und damit eine größere Wahrscheinlichkeitsdichte für die Reduzierung des Verzerrungsfehlers v auf Null aufweisen. Jedoch sind die von den Kurven 161' bis 163' umrandeten Flächen gleich der Fläche unter der Kurve 160', da die Gesamtwahrscheinlichkeit für das Auftreten irgendeines Verzerrungsfehlers stets Eins ist. Für die Kurven 160' bis 163'sind die durch die Punkte t1' bis t4' verlaufenden vertikalen Geraden als Asymptoten verwendet. Es ist ersichtlich, daß die Wahrscheinlichkeit für die Erreichung des richtigen Endzustandes um so größer wird, je größer diese Integrationszeit gewählt wird. Das in F i g. 2b dargestellte Verfahren weist gegenüber dem in F i g. 2a dargestellten Verfahren den Vorteil auf, daß beispielsweise schon nach der Zeit t1' mit einer großen Wahrscheinlichkeit die richtige Endeinstellung der Einstellglieder erzielt wird, während dies beim Verfahren nach F i g. 2a zum Zeitpunkt t1 noch vollkommen unmöglich ist. Das bedeutet, daß in einer großen Anzahl aller vorkommenden Fälle das Verfahren nach F i g. 2b erheblich schneller konvergiert als das in F i g. 2a dargestellte Verfahren.
In Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist im Prinzipschaltbild der F i g. .3 die Verzögerungsschaltung 2 in zwei Teilabschnitte 21 und 22 unterteilt. Dem Teilabschnitt 21 ist eine Entscheidungsschaltung20 vorgeschaltet, der die verzerrten Signale yk zugeführt werden. -Gleichzeitig werden.die verzerrten Signale yk unmittelbar dem Teilabschnitt 22 zugeführt. Die zur F i g. 1 analogen bzw. gleichwertigen Elemente sind wiederum mit den gleichen Bezugsziffern wie in F i g. 1 bezeichnet. Zur besseren Übersicht sind in F i g. 3 die Korrelatorbank und der Rechner nicht eingezeichnet. Das Eingangssignal des Entzerrers besteht aus der abgetasteten Signalfolge yk. Hier und im folgenden wird stets vorausgesetzt, daß die Datenübertragung vom Sender zum Empfänger synchron erfolgt, d. h., daß das Signal am Empfangsort in zeitlichen Abständen abgetastet wird, die dem Abstand zweier aufeinanderfolgender Zeichen entsprechen, und'daß die Phasenlage der Abtastung gegenüber den auf der Empfangsseite ankommenden Signalen so gewählt ist, daß die übertragenen Zeichen bei maximaler Amplitude abgetastet werden. Die Verzögerung zwischen aufeinanderfolgenden Anzapfungen der Teilabschnitte 21 und 22 der Verzögerungsschaltung 2 entspricht ebenfalls diesem Wert. Die Entscheidungsschaltung 20 gibt ein verbessertes Signal ax ab. Die Eingangssignale yk und die Folge ak können auch Mehrstufen-PAM-Signale sein. Bei Übertragung binärer Signale stellt die Entscheidungsschaltung 20 beispielsweise nur fest, ob die einzelnen yk Werte größer oder kleiner als Null annehmen, und bildet gemäß den Vorzeichen der Signale yk entsprechende Signale ak, welche nur Werte +1 oder -1 annehmen können. Die verbesserten Signale ak werden dem Teilabschnitt 21 der Verzögerungsschaltung 2 zugeführt. Dieser Teilabschnitt 21 besteht aus einem oder mehreren digitalen Schieberegistern, da die Signale ak nur endlich viele verschiedene diskrete Werte annehmen können. Der Teilabschnitt 22 der Verzögerungsschaltung 2 besteht ebenfalls aus einer Verzögerungsleitung oder bei digitaler Realisierung aus mehreren Schieberegistern. In dem Teilabschnitt 22 werden direkt die abgetasteten Werte der Signalfolge yk zeitlich verschoben. Die Ausgänge 50 bis 56 der Teilabschnitte 21 und 22 der Verzögerungsschaltung 2 führen zu der in F i g. 3 nicht eingezeichneten Korrelatorbank 5. Die Ausgangssignale der Korrelatorbank werden dem in F i g. 3 ebenfalls nicht eingezeichneten Rechner 3 zugeführt. Die Ausgangssignale des Rechners 3 steuern die Einstellung der Einstellglieder 80 bis 86. Es ist keineswegs notwendig, daß der Entzerrer symmetrisch um den Bezugsabgriff 54 ist. Dies ist hier nur der Übersichtlichkeit halber so angenommen. Wesentlich für das Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 ist es nun, den Rechner 3 und die Verzögerungsschaltung 2 so zu bemessen, daß der Schätzwert für den Erwartungswert des vom Übertragungskanal 1 verursachten, im folgenden noch definierten Fehlers da zu Null wird und der Schätzwert für den Erwartungswert des Quadrates des Fehlers d, minimal wird, und daß die dem Summierer 7 über die Einstellglieder 80 bis 83 zugeführten Korrektursignale aus den verzerrten Eingangssignalen y. bis y-n gebildet sind. Die entzerrte Ausgangssignalfolge ist wiederum mit zk bezeichnet und wird auf folgende Weise erreicht.
Die Redundanz des Signals wird dazu ausgenutzt, daß die Folge ak richtiger ist als die Folge yk. Die Signale ax sollen im folgenden als Idealsignale bezeichnet werden. Der Index k beschreibt die zeitliche Aufeinanderfolge der einzelnen Abtastwerte.
Zu einem bestimmten Zeitpunkt steht am Abgriff 54 des Teilabschnitts 21 der Verzögerungsschaltung 2 beispielsweise das Signal a,' zur Verfügung, am entsprechenden Abgriff des Teilabschnitts 22 liegt das Signal yo, am Ausgang des Entzerrers liegt das Signalzn, während am Ausgang der Entscheidungsschaltung 20 das Signal an und am Entzerrereingang das Signal y" liegt. Der Fehler, der durch die Abweichung des Ausgangssignals zn vom Idealsignal ao gegeben ist, wird mit d, bezeichnet. Deshalb ist wobei ck die jeweilige Einstellung des k-ten Einstellgliedes bedeutet, wenn vom Einstellglied 84 in F i g. 3, beginnend mit k = 0, nach links gezählt wird. Wie aus F i g. 3 entnommen werden kann, gilt eine entsprechende Zuordnung auch für alle ak und yk. Wie Gleichung (1) zeigt, sind die dem Summierer 7 über die Einstellglieder 80 bis 86 zugeführten Korrektursignale direkt aus den verzerrten Eingangssignalen y. bis y-n abzuleiten, wie dies auch aus F i g. 3 zu erkennen ist.
Es sei angenommen; daß die abgetastete Impulsantwort des zu entzerrenden Kanals durch die Werte kf gegeben ist; d. h. ein Signalpuls einer gegebenen Amplitude am Sender liefert die abgetasteten Werte ... k-r, ko, kr, ... am Ausgang des Kanals. Die Zeitfolge ist derart, daß km nach kn eintrifft, wenn m >n ist. Mit k. wird der sogenannte Hauptwert bezeichnet, der den Extremwert der Impulsantwort darstellt.
In der Arbeit »Automatic Equalization for Digital Communication«, »Bell System Technical Journal«, XLIV, 4, S. 547 bis 588, April 1965, von R. W. L u c k y, wird gezeigt, daß die durch den Übertragungskanal verursachte Verzerrung D, definiert werden kann durch Ausgehend von der Annahme, daß D, < 1, folgt aus (1) Die Abgleichkriterien sind (A) : E(do) = 0 (4) und (B): E(d2o) = Minimum, (5) wobei E der Erwartungsoperator ist. Es wird angenommen, daß das Signal und der Kanal stationär im statistischen Sinne sind.
Aus Gleichung (3) erhält man für die durch die Gleichungen (4) und (5) definierten Erwartungswerte: und Hierbei ist 1 genau wie k eine Zählvariable, die von -n bis +n läuft. Mit der Annahme eines stationären stochastischen Signals ist wobei m eine beliebige ganze Zahl ist. Ryy und Rdy sind Auto- bzw. Kreuzkorrelationsfunktionen. Die Gleichungen (6 a) und (6 b) lassen sich mit diesen Symbolen neu schreiben: Unter Anwendung der Abgleichkriterien nach den Gleichungen (4) und (5) ergibt sich unter Verwendung der Gleichungen (8) und (9) das folgende lineare Gleichungssystem für die jeweils zu fordernden Einstellungen ex der Einstellglieder 80 bis 86: Wenn alle y-, Ray- und Ryy-Werte vorliegen, kann dieses Gleichungssystem für die ck-Werte vom Rechner gelöst werden. Hinsichtlich des Gleichungssystems (10) wird darauf hingewiesen, daß dieses nur hinsichtlich einzelner Reihen und Spalten wiedergegeben wurde, also nicht vollständig ist. Das.vollständige Gleichungssystem ergibt sich, wie vorstehend an sich bereits ausgeführt, unter Verwendung der Gleichungen (8) und (9), in Verbindung mit der Anwendung der Abgleichkriterien nach den Gleichungen (4) und (5).
Da in der Praxis die y-, Ray- und Ryy-Werte nicht von vornherein bekannt sind, werden diese Werte durch vom Entzerrer selbst gewonnene - Schätzwerte y-, Ray und Ryy ersetzt. Diese werden mittels der in der Korrelatorbank 5 (vgl. F i g. 1) enthaltenen Korrelatoren gewonnen, die über nur eine begrenzte Zeit T integrieren bzw. korrelieren. Die Verknüpfung dieser Schätzwerte ist für den Rechner 3 außerordentlich leicht zu bewerkstelligen, weil lediglich das durch die Gleichung (10) beschriebene lineare Gleichungssystem zu lösen ist. Nach Lösung des Gleichungssystems (10) kann dann die Einstellung der Einstellglieder 80 bis 86 auf die errechneten Endwerte cx in einem einzigen Schritt erfolgen, wofür nur eine verhältnismäßig kurze Zeit erforderlich ist.
F i g. 4 gibt in maßstabsgerechter Darstellung ein Beispiel für die Leistungsfähigkeit eines Entzerrers nach den F i g. 1 bzw. 3. In der F i g. 4a ist in Abhängigkeit von der Zeit die verzerrte Impulsantwort eines bandbegrenzten Übertragungskanals schematisiert dargestellt. Die in dieser Figur dargestellte Treppenkurve k(t) kann beispielsweise aus der tatsächlich vorhandenen verzerrten Impulsantwort am Ausgang des Übertragungskanals durch Anwendung eines sogenannten Abtast-Haltekreises erzeugt werden. Ein derartiger Abtast-Haltekreis tastet nämlich die Amplitude des verzerrten Signals in regelmäßigen Abständen, die den Abständen der gesendeten Bits entsprechen, ab und hält diesen Wert konstant bis zum jeweils nächsten Abtastzeitpunkt. Das hier gewählte Beispiel für eine verzerrte Impulsantwort enthält einen Vorschwinger, der in F i g. 4a mit k_1 bezeichnet ist. Der Hauptwert des Impulses ist mit k, bezeichnet. Ferner enthält die Impulsantwort noch einen mit k+1 bezeichneten Nachschwinger.
Die entzerrte Impulsantwort wurde für einen Entzerrer mit nur drei Einstellgliedern berechnet, d. h. also für das mittlere Einstellglied 84 und je ein links und rechts benachbartes Einstellglied. Bereits ein der-,al£ig.]@.aufgebauter Entzerrer liefert an seinem Ausgang als Antwort auf die in F i g. 4a dargestellte verzerrte Impulsantwort k(t) des Übertragungskanals die in F i g. 4 b dargestellte entzerrte Impulsantwort h(t). Diese Impulsantwort enthält zwei Vorschwinger, welche mit h_2 und h-1 bezeichnet sind. Der Hauptwert des entzerrten Impulses ist mit,ho bezeichnet. Ferner weist die entzerrte Impulsantwort h(t) zwei mit h+1 und h+2 bezeichnete Nachschwinger auf. Der Hauptwert ha der entzerrten Impulsantwort h(t) liegt sehr nahe bei dem Sollwert +l, wohingegen die Überschwinger h_2, h_1, h+1 und h+2 amplitudenmäßig gegenüber den im verzerrten Signal k(1) enthaltenen Überschwingern k_' und k+1 sehr stark reduziert sind.
F i g. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Entzei'rers, das im prinzipiellen Aufbau dem der F i g. 3 entspricht. Die Verzögerungsschaltung besteht wiederum aus zwei Teilabschnitten 21 und 22', und es ist der Teilabschnitt 22' so ausgebildet, daß an Stelle von 2 n + 1 Abgriffen 4 n -1- 1 Abgriffe möglich sind. Vom Teilabschnitt 22' führen nur die mittleren 2 n + 1 Abgriffe über die Leitungen 90 bis 96 zu den Einstellgliedern 80 bis 86. Die Ausgänge der Einstellglieder 80 bis 86 sind über die Leitungen 60 bis 66 wiederum auf den Summierer 7 geführt, an dessen-Ausgang die Ausgangssignale zk abgenommen werden können. Die mittleren 2 n + 1 Abgriffe des Teilabschnittes 22' sowie die Abgriffe des Teilabschnittes 21 führen wie beim Ausführungsbeispiel der F i g. 1 über die Leitungen 50 bis 56 wiederum zur Korrelatorbank 5, an die sich in der bereits beschriebenen Weise der Rechner 3 anschließt. Von dem dem Einstellglied 80 zugeordneten; mit y. bezeichneten Verzögerungsglied geht weiterhin eine Zuführung zu einer Entscheidungsschaltung 20, deren Ausgang mit dem Eingang des Teilabschnittes 21 der Verzögerungsschaltung 2 verbunden ist. Es werden wiederum die in der Verzögerungsschaltung 2 enthaltenen Signale zu einem bestimmten Zeitpunkt betrachtet. Am Abgriff 54 des Teilabschnittes 21 steht das Signal a, zur Verfügung, am entsprechenden Abgriff des Teilabschnittes 22' liegt y., am Entzerrereingang liegt y,., und am Ausgang des Summierers 7 liegt ZZn. Die Zuordnung der einzelnen Indizes entspricht im übrigen der bereits in Verbindung mit F i g. 3 getroffenen Vereinbarung. Die unmittelbar mit dem Eingang der Verzögerungsschaltung verbundene Leitung 4 sowie die restlichen 2 n + 1 Leitung 57 bis 59, die den dem Mittelabschnitt vor- bzw. nachgeschalteten Gliedern des Teilabschnittes 22' zugeordnet sind, führen ebenfalls zur Korrelatorbank 5. Wesentlich für das Ausführungsbeispiel nach F i g. 5 ist nun, den Rechner 3 und die Verzögerungsschaltung 2 so zu bemessen, daß der Schätzwert für den Erwartungswert des durch die Einstellfehler e_n bis en der Einstellglieder 80 bis 83 gegebenen Fehlervektors e zu Null wird. Dabei weiden die dem Summierer 7 über die Einstellglieder 80 bis 83 zugeführten Korrektursignale aus den verzerrten Eingangssignalen y" bis y-n gebildet.
Die Wirkungsweise der Schaltung nach F i g. 5 läßt sich folgendermaßen erklären.
Für einen gegebenen bestimmten Sidnalfolgeausschnitt y-. . . . y" gibt es eine Einstellung der Einstellglieder 80 bis 86, die diese Folge genau entzerrt, denn die Lösungen c_n bis c" der Matrixgleichung liefern die hierfür erforderlichen gewünschten Ergebnisse. In der Praxis kann dieses Verfahren aber nicht benutzt werden, weil falsche Schätzwerte bi für ai falsche Ausgangswerte zi am Ausgang 10 des Summierers 7 liefern würden. 'Der Index i bedeutet hier wiederum eine Zählvariable. Damit würde sich die Einstellung der Einstellglieder 80 bis 86 bei jedem Taktpuls entsprechend ändern. Deshalb wird die Einstellung der Einstellglieder 80 bis 86 so gewählt, daß die Gleichung (11) im Mittel befriedigt wird. Die richtige Einstellung der Einstellglieder wird durch den Spaltenvektor c = (c_., . . ., c") beschrieben. Der Fehler der Einstellung wird beschrieben durch den Spaltenvektor s = (e-., . . ., En) und ist vom Signa-lfolgeausschnitt y-2% ... y2.. abhängig. Deshalb kann die Gleichung (11) durch die Matrixgleichung y#(c+e)=a (12) ersetzt werden, wobei a = (a-,l, . . . , a") den in Gleichung (11) auftretenden Spaltenvektor darstellt und y die linke Matrix in Gleichung (11) ist.
Aus Gleichung (12) ergibt sich E=y-la-c. (13) Dabei ist y-1 die inverse Matrix von y. Es wird nun c so gewählt, daß der Erwartungswert E(E) = 0 ist, d. h., daß der Fehler im Mittel zu Null wird. Aus Gleichung (13) wird dann c = E(y-la) . (14) Man könnte statt dessen c auch so wählen, daß der Erwartungswert E(eTe) minimal wird. eT ist die aus £ abgeleitete transponierte Matrix. Das Ergebnis ist in beiden Fällen das gleiche.
Bei Verwendung von Gleichung (14) müssen wiederum die Erwartungswerte E(y 1a) durch die mittels der in der Korrelatorbank 5 enthaltenen Korrelatoren ermittelten Schätzwerte E(y-la) ersetzt werden.
Damit wird bewirkt, daß der Schätzwert für den

A&limwxrLdes durch die Einstellfehler a_. bis En

der Einstellglieder 80 bis 83 gegebenen Fehlervektors E zu Null wird. Obwohl nur die mittleren 2 n -f- 1 Abgriffe des Teilabschnittes 22' der Verzögerungsschaltung 2 über die zugeordneten Einstellglieder 80 bis 86 mit dem Summierer 7 und damit mit dem Ausgang 10 des Entzerrers verbunden sind, muß der Teilabschnitt 22' 4 n + 1 Abgriffe 4 und 50 bis 57 besitzen, welche mit der Korrelatorbank 5 verbunden sind, damit die Matrixgleichung (11) im Mittel vollständig befriedigt werden kann.
Der Rechner 3 und die Verzögerungsschaltung 2 lassen sich auch so bemessen, daß der Schätzwert für die Summe der Beträge der in verschiedenen Abtastzeitpunkten gemessenen Abweichungen der Impulsantwort des Übertragungskanals 1 von der idealen Impulsantwort minimal wird. Die dem Summierer 7 über die Einstellglieder 80 bis 83 zugeführten Korrektursignale werden dabei ebenfalls aus den verzerrten Eingangssignalen gebildet. Wie im folgenden noch gezeigt wird, läßt sich@dies in der Weise erreichen, daß bei den in F i g. 1 und 3 dargestellten Ausführungsbeispielen die Ausgänge 50 bis 56 der Verzögerungsschaltung 2 in abgewandelter Weise in der Korrelatorbank 5 verknüpft werden. Dabei muß auch für die Ausgangssignale 30 bis 34 der Korrelatorbank 5 im Rechner 3 eine abweichende Verknüpfung erfolgen. Wenn die Werte kj, welche die abgetastete Impulsantwort des zu entzerrenden Übertragungskanals 1 beschreiben, bekannt sind, so-können-die Einstellungen c_. bis c+" der Einstellglieder 80 bis 86 im Ausführungsbeispiel nach der F i g. 3 so gewählt werden, daß die Impulsantwort hj des Übertragungskanals mit dem Entzerrer die Eigenschaft hj = 0 für j = - n . .. + n besitzt, und daß ho gleich einem vorgegebenen Sollwert ungleich Null ist. In der Literaturstelle »Automatic Equalization for Digital Communication«, »Bell System Technical Journal«, XLIV, 4, S. 547 bis 588, April 1965, von R. W. L u c k y , wird gezeigt, daß für Do < 1 diese Bedingungen einen minimalen Wert der Restverzerrung D des Ausgangssignals des Entzerrers ergeben. Die Verzerrung D ist gemäß der obenerwähnten Literaturstelle definiert durch Die Werte hj der Impulsantwort h(t) am Entzerrerausgang sind durch gegeben. Damit ergibt sich für die Werte cj der Einstellglieder 80 bis 86 die folgende Matrixgleichung Dieses System kann für die ci-Werte vom Rechner 3 gelöst werden.
Bei kleinen Verzerrungen, d. h. für D0 << 1, gilt @ko1>1ki1(j+0), (18) so daß aus Gleichung (17) Co 1 > 1 ei 1 (j+ 0) (19) folgt.
Mit diesen Voraussetzungen kann man Gleichung (17) durch

ho = co ko ,

(20)

0=hi=coki+c-iko(j+0)

annähern. Wenn man die gewünschten hl-Weite (ho = vorgegebener Wert + 0; hi = 0 für j + 0) einsetzt, bekommt man die folgende Näherungslösung, die für kleine Verzerrung gilt:

h°

o (21)

-i (j + 0) .

ci h k02

Es müssen nunmehr noch die ki-Werte im Empfänger ermittelt werden. Die Ermittlungen der ki-Werte kann in an sich bekannter Weise erfolgen, wozu beispielsweise auf die Literäturstelle »Techniques for Adaptive Equalization of Digital Communication Systems«, »Bell System Technical Journal«, XLV, 2, S. 255 bis 286, February 1966, von R. W. L u c k y verwiesen sei. Die Werte ki ergeben sich danach zu In der Praxis müssen die Erwartungswerte E(aoyi) durch Schätzwerte E(aoyi) ersetzt werden, die mit nur endlichen Korrelationszeitengewonnen werden können.
Obwohl alle ki-Werte von j = - 2 n bis j = 2 n gebraucht werden, brauchen in Anbetracht der Beziehung für E(aoyi) in Gleichung (7), die hier ausgenutzt werden kann, die ai- und yi-Teilabschnitte, z. B. Schieberegister, in F i g. 3 jeweils Längen von nur 2 n + 1 Plätzen aufweisen.
Zur Veranschaulichung der Leistungsfähigkeit des beschriebenen Entzerrerprinzips ist in der F i g. 6 maflstabsgerecht ein Beispiel für eine, beispielsweise mit Hilfe eines Abtast-Haltekreises vorgeformte, verzerrte Impulsantwort des Übertragungskanals 1 in Verbindung mit der entzerrten Impulsantwort gemäß dem beschriebenen Entzerrerprinzip dargestellt. Die F i g. 6 a zeigt die verzerrte Impulsantwort am Ausgang des Übertragungskanals 1, die F i g. 6b zeigt die durch Lösung der Gleichung (17) erzielte entzerrte Impulsantwort am Ausgang des beschriebenen Entzerrers. Diese Impulsantwort wurde für nur drei Einstellglieder berechnet, d. h. also für das mittlere Einstellglied 84 und je ein links und rechts benachbartes Einstellglied. Wie die F i g. 6b zeigt, hat der Hauptwert ho der Impulsantwort h(t) genau den vorgeschriebenen Wert, in diesem Falle +1. Die restlichen Verzerrungen sind gegenüber der Impulsantwort in F i 2. 6a stark redu-

,ett OMfitAlechnung für drei Einstellglieder wurde

auch mit Hilfe der Näherungslösung gemäß Gleichung (21) durchgeführt und ist in F i g. 6c dargestellt. Wie F i g. 6c zeigt, unterscheidet sich in diesem Fall die Näherungslösung von der in F i g. 6b dargestellten exakten Lösung nur um einen konstanten Faktor.
In Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist in der F i g. 7a ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die den Einstellgliedern 80 bis 86 zugeführten Korrektursignale, mit Ausnahme des zur Entzerrung des sogenannten Hauptwertes der Impulsantwort dienenden Korrektursignals, aus quantisierten Eingangssignalen gebildet sind. Der prinzipielle Schaltungsaufbau ist ähnlich dem bereits in F i g. 3 beschriebenen Aufbau, weshalb gleichartige Teile wiederum mit gleichartigen Bezugsziffern versehen sind. In F i g. 7a ist wiederum das am Eingang anliegende Signal yk zu erkennen, das einerseits dem Teilabschnitt 22 der Verzögerungsschaltung unmittelbar zugeführt wird und andererseits auf den Teilabschnitt 21 über die Entscheidungsschaltung 20 gelangt. Am Ausgang 10 des Summierers 7 wird dann in der bereits beschriebenen Weise das korrigierte Ausgangssignal zk abgenommen. Unterschiedlich gegenüber F i g. 3 ist lediglich, daß die Einstellglieder 80 bis 86 nicht mehr über die Leitungen 90 bis 96 mit dem Teilabschnitt 22, sondern über die Leitungen 90' bis 96' mit dem Teilabschnitt 21 der Verzögerungsschaltung verbunden sind. Ausgenommen hiervon ist lediglich das mittlere Einstellglied 84, das nach wie vor über die Leitung 94 vom Teilabschnitt 22 der Verzögerungsleitung gespeist wird. Hierdurch wird die unabhängige Einstellung der Einstellglieder des Entzerrers erheblich erleichtert und die erreichbare Entzerrung verbessert. Es Kommt dies dadurch zustande, daß die an den Anschlüssen 90' bis 96' abgenommenen Signale keine Vor- und Nachschwinger mehr enthalten, da diese Signale aus den über die Entscheidungsschaltung 20 quantisierten verzerrten Eingangssignalen yk abgeleitet wurden. Es wird dadurch vermieden, daß mittels der Korrektursignale neue kleine Vor- und Nachschwinger dem entzerrten Ausgangssignal zugesetzt werden, wie dies bei Anordnungen der Fall ist, bei denen die Korrektursignale direkt aus den verzerrten Eingangssignalen abgeleitet sind und bei denen deshalb zwar bei einer endlichen Anzahl von Abgriffen die Verzerrung minimal, aber in der Regel nicht ganz zu Null werden kann. Ein Beispiel für die Funktion der Ausführung eines Entzerrers nach F i g. 7a ist in der F i g. 7b schematisch dargestellt.
Die F i g. 7b zeigt ein Beispiel einer verzerrten Impulsantwort k(t) des Übertragungskanals 1 und darunter in zeitlich richtiger Zuordnung die Korrektursignale an den dem mittleren Einstellglied 84 beidseitig benachbarten Einstellgliedern. Beispielsweise kann der in der verzerrten Impulsantwort k(t) enthaltene erste Unterschwinger durch Zuaddieren des Korrektursignals bl(t) vollkommen beseitigt werden, welches über das entsprechende Einstellglied c-1 aus -dem im Teilabschnitt 21 enthaltenen, diesem Einstellglied zugeordneten Verzögerungsglied entnommen ist. Entsprechendes gilt für die übrigen Überschwinger, welche mit Hilfe der Korrektursignale bz(t) und b3(t) eliminiert werden. Diese Korrektursignale werden ebenfalls aus den entsprechenden Verzögerungsgliedern des Teilabschnittes 21 abgeleitet, in welchem die n = 1 -und n = 2 zugeordneten Werte an gespeichert sind. Am Ausgang des Summierers 7 entsteht dann die entzerrte Impulsantwort h(t). Die Korrelatorbank 5 bzw. die Verknüpfung der in der Korrelatorbank 5 enthaltenen Korrelatoren läßt sich auch so ausbilden, daß die von ihnen zu ermittelnden Schätzwerte für die erforderlichen Erwartungswerte mit Hilfe von Fehlersignalen fk gebildet sind, die sich durch die Abweichung der verzerrten Signaleyj" von zeitlich entsprechend zugeordneten idealen Signalen ak ergeben. Damit können die benötigten Werte E(aoyk) und E(ykyo) besser, d. h. genauer und in einer kürzeren Zeit geschätzt werden.
Hierzu wird von folgender Überlegung ausgegangen. Man bildet die Fehlersignale fx = Yx - ax (23) und beachtet, daß die Beziehungen

E(ao Yk) = a2 box -i-- E.(ao fx) (24)

und

E(Yo Yx) = a2 bo x + E(fo ax) +.E (fk ao) -l- E(fo fx)

(25)

gelten, wobei

=1,k=0

bok

=O,k + O

ist. Die Ermittlung der rechten Seiten der Gleichungen (24) und (25) durch Korrelatoren läßt sich rascher und genauer durchführen als die direkte Ermittlung der Größen E(aoyk) und E(yoyk).
Es ist weiterhin möglich, die in der Korrelatorbank 5 enthaltenen Integratoren derart auszubilden, daß sie eine variable Integrationszeit aufweisen. Beispielsweise können die Integratoren kürzere Integrationszeiten für einen ersten Abgleich aufweisen, um schnellere Konvergenz zu bekommen und dann längere Integrationszeiten für die genaue Einstellung. Durch diese Maßnahme ist gegenüber bekannten Abgleichverfahren insgesamt nur ein geringerer Zeitaufwand bis zur Erzielung der erforderlichen Endeinstellung des Entzerrers erforderlich.
Ferner ist es möglich, die Integrationszeit der in der Korrelatorbank 5 enthaltenen Korrelatoren automatisch zu steuern und zur Steuerung der Integrationszeit den aus den Fehlersignalen dk gebildeten quadratischen Mittelwert E(do2) zu verwenden. Dieser Wert ist durch Gleichung (6b) gegeben und kann im Entzerret selbst automatisch laufend ermittelt werden.
Die im vorstehenden geschilderten Entzerret wurden so beschrieben, als ob der Abgleich während der Integrationszeit T konstant bliebe und erst nach Ablauf dieser Zeit geändert .würde. Dies ist gleichbedeutend damit, daß der Rechner 3 erst nach Ablauf der Zeit T eine neue Einstellung für die Einstellglieder 80 bis 86 errechnen kann. Es ist jedoch auch möglich, die momentanen Ausgangssignale 30 bis 34 der in der Korrelatorbank 5 enthaltenen Korrelatoren jeweils aus den während einer unmittelbar vorangegangenen Zeitspanne T vorhandenen Signalen zu ermitteln und die Zeitdauer aufeinanderfolgender Einstellschritte des Entzerrers 6 kleiner als die Integrationszeitspanne T zu wählen.
Die hierfür erforderlichen Maßnahmen sind im einzelnen noch in der F i g. 8 dargestellt. Wie eingangs bereits erwähnt, bestehen Korrelatoren aus Multiplikatoren und nachgeschalteten Integrationsgliedern.

riÄqrstehend beschriebene Maßnahme ist es

nun erforderlich, entsprechend der F i g. 8 die Integrationsglieder der Korrelatoren durch eine Verzögerungsschaltung 100 in Verbindung mit einer Summiererschaltung 700 zu ersetzen. Die Verzögerungsschaltung 100 besteht dabei aus einzelnen Verzögerungsgliedern 101 bis 108, die jeweils die Verzögerung a hervorrufen. Die Ausgänge 201 bis 208 der einzelnen Verzögerungsglieder 101 bis 108 werden auf den Summieret 700 geschaltet. In jedem der in der Verzögerungsschaltung 100 enthaltenen Verzögerungsglieder 101 bis 108 sind aufeinanderfolgende Abtastwerte gk des am. Eingang anliegenden Signals gespeichert. Die Summierung dieser Abtastwerte durch den Summieret 700 entspricht einer Integration, so daß die arn Ausgang erscheinenden Signale ix dem Integral über die Eingangssignale gk entsprechen. Im vorliegenden Beispiel entspricht die Integrationszeit T der Verzögerungszeit 8 z, da im Ausführungsbeispiel die Verzögerungsschaltung 100 aus acht einzelnen Speichergliedern besteht. Aus den zu einem bestimmten Zeitpunkt in der Verzögerungsschaltung gespeicherten Werten kann also ein Integrationswert errechnet werden. Dann wird ein neuer Abtastwert gk in die Verzögerungsschaltung eingeschoben, gleichzeitig werden sämtliche gespeicherten Abtastwerte um ein Speicherglied weitergeschoben und der zuletzt im Speicherglied 108 enthaltene Ab tastwert verschwindet. Nun steht ein neuer Satz von Abtastwerten in der Verzögerungsschaltung 100 zur Verfügung, und es kann bereits nach der Zeitz mit Hilfe des Summierers 709 ein neuer Integrationswert gebildet werden. Die Zeitdauer aufeinanderfolgender Einstellschritte für die Einstellglieder 80 bis 86 des Entzerrers kann also wesentlich. kleiner sein als die Integrationszeit T der in den Korrelatoren der Korrelatorbank 5 enthaltenen Integratoren.
Wesentlich für die im vorstehenden beschriebenen Entzerret ist es, daß die Einstellung der einzelnen Einstellglieder 80 bis 86 jeweils in einem einzigen Schritt erfolgt. Mit anderen Worten heißt das, daß auch eine wiederholte Einstellung der Einstellglieder im Mittel keine Verbesserung für das entzerrte Signal mit sich bringt, wenn sich die Integrationszeit bei einzelnen Schritten nicht ändert. Würde man jedoch beispielsweise in einem nachfolgenden Schritt die Integrationszeit länger wählen, dann würde sich auch im Mittel eine Verbesserung der Einstellung ergeben.
Eine weitere Verbesserung der Einstellung läßt sich dadurch erreichen, daß die Einstellung der Einstell= glieder nicht nur aus den Eigenschaften des Kanals, sondern aus den Eigenschaften des Kanal3 in Verbindung mit dem Entzerret ermittelt werden, so daß das am Ausgang 10 des Summierers 7 erscheinende verbesserte Signal zur Einstellung, der Einstellglieder 80 bis 86 mitbenutzt wird. Es wird also die Information von nach dem ersten Schritt teilweise entzerrten Kanal benutzt, um den Entzerret noch genauer einzustellen. Auf diese Weise kann dann auch mit einer weiteren Verbesserung für das entzerrte Signal gerechnet werd--n.
Eine für diesen Zweck vorteilhafte Schaltungsanordnung ist in F i g. 1 gestrichelt eingezeichnet.
Es wird hierzu das am Ausgang 10 des Summierers 7 auftretende verbesserte Signal 8 zusätzlich einer Entscheidungsschaltung 11 und einem Differenzverstärker 12 zugeführt. Der Ausgang 13 der Entscheidungsschaltung 11 ist mit dem mit»-« bezeichneten zweiten Eingang des Differenzverstärkers 12 verbunden. G leich zeitig wird auch der Ausgang 13 der Entscheidungsschaltung 11 und der Ausgang 14 des Differenzverstlirkcrs 12 auf die Verzögerungsschaltung 2 zurückgefllhrt. 17ic Struktur der Verzögerungsschaltung 2 entspricht im wesentlichen bekannten Anordnungen, wie diese beispielsweise in der Veröffentlichung »Techniques for Adaptive Equalization of Digital Communication Systems«, »Bell System Technical Journal<, X LV, 2, S. 255 bis 286, February 1966, beschrieben sind.
Falls die Anzahl 2 n -I- 1 der Abgriffe 90 bis 93 der Verzögerungsschaltung 2 in F i g. 1 groß ist, ist es für die Instrumentierung günstig, die Schaltung so auszulegen, daß die durch den Rechner 3 zu lösenden linearen Gleichungssysteme nicht zu umfangreich werden. In diesem Falle ist es günstig, nur einen Teil der Abgriffe 90 bis 93, insbesondere die im mittleren Bereich liegenden Abgriffe, z. B. 91, der Verzögerungsschaltung 2 zur Einstellung der ihnen jeweils zugeordneten Einstellglieder, z. B. 81, zu verwenden, während die Einstellung der restlichen Einstellglieder durch ein an sich bekanntes iteratives Verfahren erfolgen kann. In diesem Fall wird man das beschriebene Entzerrerprinzip für den Grobabgleich der mittleren Abgriffe verwenden, während der Feinabgleich iterativ erfolgt. Es hat dies den Vorteil, daß sich sehr rasch eine Grobentzerrung erreichen läßt.
Bei Verwendung eines Entzerrers nach der F i g. 5 ist es mit nur wenig mehr Aufwand möglich, den Rechner 3 derart zu bemessen, daß er den Schätzwert für den Erwartungswert des Betragsquadrats des Fehlervektors E ermittelt. Der Fehlervektor E wurde bereits durch die Gleichungen (12) und (13) definiert. Der Erwartungswert des Betragsquadrates von s ist gleich dem Erwartungswert E(sT - e). Diese Größe kann direkt vom Entzerrer ermittelt werden, denn es gilt, wie sich zeigen läßt, E(--T E) = E(aT y-1T y-1 a) - CT C. (26) Die einzelnen Glieder sind durch

E(8k2) = E 1 (Y-1) kl al}? Ck2 . (27)

i= -n

gegeben. Der hier gebildete Erwartungswert E(ETa) ist unmittelbar ein Maß für die. Qualität der erreichten Entzerrung. Diese Größe könnte z. B. direkt auf einem Instrument als Maß für die Restverzerrung angezeigt werden. Es ist daher ohne weiteres möglich, diese Größe zur Steuerung der Integrationszeit der in der Korrelatorbank 5 enthaltenen Integratoren zu verwenden.
Die beschriebenen Entzerrer ermöglichen eine optimale Ausnutzung der über die Verzerrungseigenschaften des Übertragungskanals 1 vorhandenen Informationen. Bei bekannten Verfahren wird zwar die Impulsantwort h; des Kanals einschließlich des Entzerrers im Empfänger ermittelt, jedoch wird kein Gebrauch von den damit dem Empfänger bekannten Einstellwerten der einzelnen Einstellglieder cj gemacht. Es wird lediglich ein Gradientenverfahren benutzt, d. h., es wird die partielle Ableitung der Verzerrung nach dem jeweiligen Einstellwert des einzelnen Einstellgliedes gebildet. Das entsprechende Einstellglied wird um einen kleinen Schritt in der richtigen Richtung verstellt, dann wird von neuem die Ableitung gebildet usw. Damit kann die richtige Einstellung der Einstellglieder nur in mehreren Schritten gefunden werden. Demgegenüber wird beim erfindungsgemäßen Entzerrer die vorhandene Information vollständig ausge-

Ap,GR)GfWjbnn damit die Einstellung der Einstell-

glieder praktisch in einem Schritt erfolgen. Damit ergibt sich eine rasche Konvergenz der Einstellung, und der Entzerrer erreicht die erforderliche Endeinstellung rascher als bei Anwendung einfacher Gradientenmethoden. Da weiterhin der Entzerrer die im, vorstehenden beschriebenen Abgleichkriterien benutzt, hat der Rechner 3 nur einfache lineare Gleichungssysteme für die Einstellung der Einstellglieder 80 bis 86 zu lösen. Damit läßt sich auch eine einfache Instrumentierung des Rechners erreichen, da nämlich, im Gegensatz zu bekannten Entzerrern, die Lösung von Gleichungssystemen, welche nichtlineare oder nur stückweise lineare Funktionen enthalten, nicht erforderlich ist.

Claims

Patentansprüche: 1. Anordnung zur adaptiven Entzerrung der in einem zur Übertragung quantisierter Datensignale dienenden Nachrichtenkanal auftretenden linearen Verzerrungen, bei der die Entzerrung in einem dem Nachrichtenkanal nachgeschalteten Entzerrer erfolgt, der den verzerrten Signalen Korrektursignale zufügt, die über Einstellglieder einer Verzögerungsschaltung entnommen sind, d a d u r c h g e -kennzeichnet, daß die verzerrten Signale (yk) einerseits direkt (4) und andererseits mehrfach zeitverschoben (50 bis 53) einer Korrelatorbank (5) zugeführt werden, daß deren Ausgangssignale (30 bis 34) einem Rechner (3) zugeführt werden, und daß der Rechner (3) dem Entzerrer (6) zugeordnete Einstellglieder (80 bis 83) steuert, die zwischen der Verzögerungsschaltung (2) und einem den Einstellgliedern (80 bis 83) nachgeschalteten Summierer (7) liegen, und daß der. Rechner (3) so bemessen ist, daß die Einstellung der Einstellglieder (80 bis 83) auf ihren erforderlichen Endwert in einem Schritt erfolgt (F i g. 1, 2).
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (3) und die Verzögerungsschaltung (2) derart bemessen sind, daß der Schätzwert für den Erwartungswert (E) des vom Übertragungskanal (1) verursachten Fehlers (d,) zu Null wird und der Schätzwert für den Erwartungswert des Quadrates des vom Übertragungskanal, (1) verursachten Fehlers (da) minimal wird, und daß die- dem Summierer (7) über die Einstellglieder (80 bis 83) zugeführten Korrektursignale aus den verzerrten Eingangssignalen gebildet sind (F i g. 3, 4).
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (3) und die Verzögerungsschaltung (2) derart bemessen sind, daß der Schätzwert für den. Erwartungswert des durch die Einstellfehler (e-. bis E..) der Einstellglieder (80 bis 83) gegebenen Fehlervektors (a) zu Null wird, und daß die dem Summierer (7) über die Einstellglieder (80 bis 83) zugeführten Korrektursignale aus den verzerrten Eingangssignalen (y. bis y-.) gebildet sind (F i g. 5).
4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (3) und die Verzögerungsschaltung (2) derart bemessen sind, daß der Schätzwert für die Summe der Beträge der in verschiedenen Abtastzeitpunkten gemessenen Abweichungen der Impulsantwort des Übertragungskanals (1) von der idealen Impulsantwort minimal wird, und daß die dem Summierer (7) über die Einstellglieder (80 bis 83) zugeführten Korrektursignale aus den verzerrten Eingangssignalen gebildet sind (F i g. 6).
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die den Einstellgliedern (80 bis 83) zugeführten Korrektursignale, mit Ausnahme des zur Entzerrung des Hauptwertes (n = 0) der Impulsantwort dienenden Korrektursignale aus quantisierten Eingangssignalen gebildet sind (F i g. 7).
6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Korrelatoren der Korrelatorbank (5) zu ermittelnden Schätzwerte für die erforderlichen Erwartungswerte mit Hilfe von Fehlersignalen (fk) gebildet sind, die sich durch die Abweichung der verzerrten Signale (yk) von den zeitlich entsprechend zugeordneten idealen Signalen (ak) ergeben.
7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Korrelatorbank (5) enthaltenen Integratoren eine variable Integrationszeit aufweisen. B.
Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Integrationszeit der aus den Fehlersignalen (dk) gebildete quadratische Mittelwert E(dkz) verwendet ist.
9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die momentanen Ausgangssignale (30 bis 34) der in der Korrelatorbank (5) enthaltenen Korrelatoren jeweils aus den während einer unmittelbar vorangegangenen Zeitspanne 1 vorhandenen Signalen ermittelt werden, und daß die Zeitdauer aufeinanderfolgender Einstellschritte des Entzerrers (6) kleiner als die Zeitspanne T ist (F i g. 8).
10. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung der Einstellglieder (80 bis 83) das am Ausgang (10) des Summierers (7) erscheinende ververbesserte Signal mitbenutzt wird.
11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das am Ausgang (10) des Summierers (7) auftretende Signal (8) einer Entscheidungsschaltung (11) und einem Differenzverstärker (12) zugeführt und daß die an deren Ausgängen abgegebenen Signale (13, 14) der Verzögerungsschaltung (2) zugeführt werden.
12. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein Teil der Abgriffe (90 bis 96), insbesondere die im mittleren Bereich liegenden Abgriffe (z. B. 94), der Verzögerungsschaltung (2) der Einstellung der ihnen jeweils zugeordneten Einstellglieder (z. B. 84), dienen, während die Einstellung der restlichen Einstellglieder durch ein an sich bekanntes, iteratives Verfahren erfolgt (F i g. 3).
13. Anordnung nach Anspruch 3 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (3) derart bemessen ist, daß er den Schätzwert für den Erwartungswert des Betragsquadrats des Fehlervektors(e) ermittelt, und daß dieser Schätzwert zur Steuerung der Integrationszeit der in der Korrelatorbank (5) enthaltenen Integratoren verwendet ist (F i g. 1, 5).