DE19732050C2 - Adaptiver Entzerrer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen adaptiven Entzerrer.

Bei der Gewinnung von Daten, die über eine große Kabellänge mit hoher Datenrate übermittelt würden, ist eine Entzerrung des Datensi­ gnals erforderlich, um Verluste und Phasendispersion durch das Kabel auszugleichen. Beispielsweise steigen mit dem Kabel verbundene Verluste mit der Frequenz, so daß Frequenzkomponenten höherer Ordnung des Daten­ signals verglichen mit Frequenzkomponenten niedrigerer Ordnung zunehmend gestört werden. Bei Anwendungen, in denen die Übertragungskabellängen variieren können, muß eine derartige Entzerrung auf einer komplementären Übertragungsfunktion beruhen, die in der Lage ist, sich an Änderungen in der Kabellänge mittels Änderungen in der Übertragungsfunktion des Kabels mit solchen Kabellängenänderungen anzupassen.

Aus der US 55 63 911 ist eine Vorrichtung bekannt, bei der ein Daten- Eingangssignal zwei Entzerrern zugeführt wird, wobei ein Schaltercontroller vorgesehen ist, welcher in den Entzerrern vorgesehene Selektorschalter steuert. Die Selektorschalter sind wiederum mit einer Vielzahl von Verzögerungselementen und Gewichtungselementen verbunden, wobei durch selektive Änderung der Kombination von Verzögerungselementen bzw. Gewichtungselementen eine Verringerung der Zahl der erforderlichen arithmetischen und logischen Verarbeitungsschritte erreicht werden soll. Den Entzerrern ist ferner eine Korrektureinrichtung zur Korrektur der von den Entzerrern gelieferten digitalen Signale nachgeschaltet.

Aus der EP 656 694 A2 ist ferner ein Entzerrer für digitale Kommunikationssysteme bekannt, der eine leitungslängenabhängige Entzerrung vornimmt. Dieser Entzerrer ist auf eine Leitungszustand- bzw. Leitungslängen- Nachweisvorrichtung ansprechbar, die über entsprechende Leitungslängenindikationen den Entzerrer zwischen verschiedenen Einstellungen umschaltet, woraufhin sich dieser automatisch auf veränderte Leitungszustände bzw. Leitungslängen einstellt.

Aus der AT 398 660 B schließlich ist ein ferneinstellbarer, am Ende einer Übertragungsleitung angeordneter Entzerrer bekannt, der einen Signalübertragungspfad mit einem Analog/Digital-Wandler, einem Digitalfilter und einem Digital/Analog-Wandler aufweist, wobei der Digitalfilter mit Filterkoeffizienten ladbar ist. Hierbei wird ein Koeffizienteneingang des Digitalfilters durch einen Frequenzgangdetektor angesteuert, welcher den Frequenzgang eines am Anfang der Übertragungsleitung eingespeisten und zum Durchmessen der Leitung verwendeten Chirpsignals detektiert.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen adaptiven Signalentzerrer nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, der geeignet ist, eine Signalentzerrung in Abhängigkeit von der Kabellänge zu bewirken.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Hierzu entspricht bei einem adaptiven Entzerrer für ein Eingangsdatensignal mit einer Vielzahl von hintereinandergeschalteten adaptiven Filterstufen, die jeweils entsprechend einem zugehörigen Adaptionssteuersignal das Eingangsdatensignal der jeweiligen adaptiven Filterstufe filtern und in bezug auf Größe gewichten sowie ein entsprechend entzerrtes Datensignal liefern, sowie mit einer mit den Filterstufen gekoppelten Entzerrersteuerung, die ein Entzerrungssteuersignal empfängt und die Adaptionssteuersignale liefert, ein Frequenzdomänenverhältnis des jeweiligen entzerrten Datensignals zum Eingangssignal einer entsprechenden adaptiven Filterübertragungsfunktion, wobei die Adaptionssteuersignale eine Größe entsprechend der zugehörigen adaptiven Filterübertragungsfunktion aufweisen und das Entzerrungssteuersignal eine Größe entsprechend einer Entzerrungsübertragungsfunktion aufweist.

Hierdurch wird eine adaptive Entzerrung von mit hoher Daten­ flußrate längs eines langen Kabelwegs übertragenen Daten unabhängig von der Kabellänge ermöglicht. Als Teil der Entzerrungsfunktion wird ein Filtern des Datensignals unter Verwendung von (in bezug auf die komplexe Verlustcharakteristik) komplementären, kaskadenartig angeordneten Fil­ terstufen vorgenommen, wobei unregelmäßige auf Interferenzen beruhende Schwankungen praktisch eliminiert werden.

Das Eingangsdatensignal wird insbesondere über einen Kommuni­ kationsweg empfangen, der eine Vielzahl von hintereinander geschalteten Kommunikationswegabschnitten umfaßt, wobei der Kommunikationsweg mit ei­ ner gesamten Übertragungsfunktion mit einer Signalverlustgröße verbunden ist, die mit der Signalfrequenz ansteigt. Die Kommunikationswegabschnit­ te sind mit entsprechenden partiellen Übertragungsfunktionen verbunden, wobei ein Produkt der entsprechenden partiellen Übertragungsfunktionen der gesamten Übertragungsfunktion entspricht. Die Filterübertragungs­ funktion der ersten adaptiven Filterstufe ist etwa das Inverse der er­ sten partiellen Übertragungsfunktion etc. Das Entzerrungssteuersignal hat eine Größe, die der gesamten Übertragungsfunktion entspricht, und bewirkt die Erzeugung von Adaptionssteuersignalen für die einzelnen Fil­ terstufen entsprechend den zugehörigen partiellen Übertragungsfunktio­ nen.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein funktionales Blockschaltbild eines adaptiven Entzerrers.

Fig. 2 zeigt ein funktionales Blockschaltbild eines adaptiven Filters für einen Entzerrer gemäß Fig. 1.

Fig. 3 zeigt schematisch ein Schaltkreisdiagramm eines Adap­ tionssteuersignalgenerators.

Fig. 4A und 4B illustrieren in graphischer Form die Signalent­ zerrung durch den adaptiven Entzerrer.

Der in Fig. 1 dargestellte adaptive Entzerrer 10 umfaßt einen Adaptionssteuersignalgenerator 12 und eine Reihe von adaptiven Filter­ stufen 14, die zum aufeinanderfolgenden Filtern eines Eingangsdatensi­ gnals 13 entsprechend einer Vielzahl von Daten, das über einen Kommuni­ kationspfad wie etwa ein Kabel großer Länge erhalten wurde, kaskadenar­ tig geschaltet sind. Jede adaptive Filterstufe 14i filtert und gewichtet ihr entsprechendes Eingangssignal in Übereinstimmung mit ihrem entspre­ chenden Adaptionssteuersignal 11i und liefert ihr entsprechendes Aus­ gangssignal zum weiteren Filtern und Größengewichten durch die nachfol­ genden Filterstufen 14. In Übereinstimmung mit ihrem entsprechenden Adaptionssteuersignal 11i entzerrt jede adaptive Filterstufe 14i das Da­ tensignal für eine Kabellänge (bis zu einem vorbestimmten Maximum), über das das Dateneingangssignal empfangen wurde.

Vorzugsweise, obwohl nicht notwendigerweise, liefert jede adaptive Filterstufe 14i eine ähnliche Entzerrung oder Kompensation für eine gleiche vorbestimmte Maximalkabellänge. Beispielsweise liefert für jede Kabellänge L eine adaptive Filterstufe 14 einen zweckmäßigen Ent­ zerrungsbetrag. Dementsprechend liefern für eine Kabellänge zwischen 3L und 4L die ersten drei adaptiven Filterstufen 14a, 14b, 14c gleiche auf­ einanderfolgende Entzerrungsbeträge, während die vierte adaptive Filter­ stufe 14d den Entzerrungsbetrag liefert, der für die verbleibende Kabel­ länge zwischen 3L und 4L notwendig ist.

Der Adaptionssteuersignalgenerator 12 liefert die individuel­ len Adaptionsteuersignale 11 basierend auf einem Eingangssteuersignal 9 (das gewünschtenfalls in Form einer Analogspannung oder eines Mehrbitdi­ gitalsignals vorliegen kann).

Gemäß Fig. 2 ist jede adaptive Filterstufe 14i mit einem Sig­ nalweg 22 mit konstanter Verstärkung versehen, der parallel zu einem hochfrequenzverstärkten Signalweg 24, 26 mit variabler Verstärkung ge­ schaltet ist. Das Eingangsdatensignal 13/15h wird mit einer ersten Si­ gnalverstärkung G1, die über die Frequenz F konstant ist, verstärkt, um eines der Eingangsignale 23 eines Signalsummierers 28 zu liefern. Das Eingangssignal 13/15h wird auch entsprechend einer zweiten Verstärkung G2 verstärkt, die mit der Frequenz in einer Weise ansteigt, die komple­ mentär zur komplexen Kabelverlustcharakteristik des jeweiligen Kabels ist. Das resultierende hochfrequenzverstärkte variable Verstärkungssi­ gnal 27 wird dann mit dem konstant verstärkten Signal 23 addiert, um ein partiell entzerrtes Ausgangssignal 15i zu liefern.

Gemäß Fig. 3 empfängt das darin dargestellte Ausführungsbei­ spiel eines Adaptionssteuersignalgenerators 13 das Entzerrungssteuersi­ gnal 9 in Form einer Analogspannung VC und liefert mehrfach geklemmte Analogausgangsspannungen VC1, VC2, VC3, ..., VCN als Adaptionssteuersi­ gnale 11a, 11b, 11c, ..., 11n.

Das Entzerrungssteuersignal 9 wird durch Mehrfachspannungs- Folgeschaltkreise 32 empfangen und gepuffert. Jede der resultierenden Pufferspannungen 33 wird dann über einen Widerstand 34 und eine Zener­ diode 36 gleichstromgeklemmt, die durch eine Vorspannung 37 vorgespannt wird, die einen Wert VD gleich dem Durchlaßvorspannpotential der Zener­ diode 36 aufweist. Wenn die gepufferte Spannung 33 kleiner als oder gleich 0 Volt ist, wird die Zenerdiode 36 zugeschaltet, und der Wert VCI der Adaptionssteuerspannung 11i ist gleich null. Wenn die gepufferte Spannung 33 zwischen 0 Volt und einem Wert gleich der Durchbruchspannung der Zenerdiode 36 minus ihrer Vorspannung VD ist, ist das entsprechende Adaptionssteuersignal VCI gleich der gepufferten Spannung 33i. Wenn die gepufferte Spannung 33 größer als die Durchbruchspannung der Zenerdiode 36 minus ihrer Vorspannung VD ist, ist das entsprechende Adaptionssteu­ ersignal VCI gleich Durchbruchspannung der Zenerdiode 36 minus ihrer Vorspannung VD.

Spannungquellen 38 sind in Reihe zwischen dem einkommenden Entzerrungssteuersignal 9 und den Eingängen zu Spannungsfolgern 32, außer im Falle des ersten Spannungsfolgers 32a für das erste Adaptions­ steuersignal 11a, mit fortschreitend höheren Spannungspotentialen V1, V2, ..., VM (M = N - 1) geschaltet, um sicherzustellen, daß aufeinanderfol­ gende Adaptionssteuersignale 11b, 11c, ..., 11n nicht aktiviert werden, außer wenn und bis das Entzerrungssteuersignal 9 amplitudenmäßig hoch genug ist. Beispielsweise besitzt für den zweiten Spannungsfolger 32b, der zum Erzeugen des zweiten Adaptionssteuersignals 11b verantwortlich ist, die Eingangsspannungsquelle 38b einen Spannungswert V1. Bis die Spannung VC des Entzerrungssteuersignals 9 einen Spannungswert V1 über­ schreitet, wird die Spannung VC2 des zweiten Adaptionssteuersignals 11b gleich null sein. Ähnlich wird für aufeinanderfolgende Adaptionssteuer­ signale 11i, bis die Spannung VC des Entzerrungssteuersignals 9 einen Spannungswert VI überschreitet, die Spannung VCI des entsprechenden Ada­ pationssteuersignals 11i gleich null sein.

Der Adaptionssteuersignalgenerator 12 kann auch so ausgelegt werden, daß er in einem Strommodus anstatt in einem Spannungsmodus oder in Kombiantionen von Strom- und Spannungsmoden arbeitet. Beispielsweise kann ein Adaptionssteuersignalgenerator 12 analog zu demjenigen von Fig. 3 ausgelegt sein, um das Entzerrungssteuersignal 9 in Form eines analo­ gen Stroms IC zu empfangen und mehrfach geklemmte Analogausgangsströme IC1, IC2, IC3, ..., ICN als Adaptionssteuersignale 11, a, 11b, 11c, ..., 11n zu liefern. Alternativ könnte der Adaptionssteuersignalgenerator 12 ausgelegt sein, um das Entzerrungssteuersignal 9 in der Form einer ana­ logen Spannung VC zu empfangen und mehrfach geklemmte Analogausgangs­ ströme IC1, IC2, IC3, ..., ICN als Adaptionssteuersignale 11, a, 11b, 11c, ..., 11n zu liefern. Alternativ kann weiter der Adaptionssteuersi­ gnalgenerator 12 ausgelegt sein, um das Entzerrungssteuersignal 9 in der Form eines analogen Stroms IC zu empfangen und mehrfach geklemmte Ana­ logausgangsspannungen VC1, VC2, VC3, ..., VCN als Adaptionssteuersignale 11, a, 11b, 11c, ..., 11n zu liefern.

Gemäß den Fig. 4A und 4B, in denen aus Gründen der Klarheit und Einfachheit lineare Beziehungen dargestellt sind (wobei jedoch der Kabelverlust, die adaptive Entzerrungsverstärkungs- und die Adaptions­ steuersignalspannungscharakteristik nichtlineare Charakteristiken des jeweiligen Kommunikationspfades, d. h. Transmissionskabels sind), steigt der Kabelverlust (bei einer gegebenen Frequenz) mit steigender Kabellän­ ge (Fig. 4A). Dementsprechend muß die adaptive Entzerrungsverstärkung in einer komplementären oder inversen Weise mit der Kabellänge ansteigen. Für eine Kabellänge von L3 hat das Kabel beispielsweise einen Kabelver­ lust von L3; daher muß der adaptive Entzerrer eine Verstärkung von G3 liefern, die den Kabelverlust L3 des Kabels ausgleicht. Um dies zu er­ reichen, muß das adaptive Steuersignal einen Spannungswert VC gleich V3 haben. Entsprechend Fig. 4B bedeutet dies, daß Adaptionssteuersignale VC1, VC2 und VC3 ihre Maximalwerte besitzen, während die Spannungen VC4 und VC5 der verbleibenden Adaptionssteuersignale gleich null sind.

Claims (6)

1. Adaptiver Entzerrer für ein Eingangsdatensignal (13) mit einer Vielzahl von hintereinandergeschalteten adaptiven Filterstufen (14a, 14b, ... 14n), die jeweils entsprechend einem zugehörigen Adaptionssteuersignal (11a, 11b, ... 11n) das Eingangsdatensignal der jeweiligen adaptiven Filterstufe (14a, 14b, ... 14n) filtern und in bezug auf Größe gewichten sowie ein entsprechend entzerrtes Datensignal liefern, sowie mit einer mit den Filterstufen (14a, 14b, ... 14n) gekoppelten Entzerrersteuerung (12), die ein Entzerrungssteuersignal (9) empfängt und die Adaptionssteuersignale (11a, 11b, ... 11n) liefert, dadurch gekennzeichnet, daß ein Frequenzdomänenverhältnis des jeweiligen entzerrten Datensignals zum Eingangsdatensignal (13) einer entsprechenden adaptiven Filterübertragungs­ funktion entspricht, wobei die Adaptionssteuersignale (11a, 11b, ... 11n) eine Größe entsprechend der zugehörigen adaptiven Filterübertragungsfunktion aufweisen und das Entzerrungssteuersignal (9) eine Größe entsprechend einer Entzerrungsübertragungsfunktion aufweist.

2. Entzerrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterstufen (14a ... 14n) einen Signalweg (22) mit konstanter Verstär­ kung und einen Signalweg (24, 26) mit variabler Verstärkung in einem vorbestimmten Signalfrequenzbereich aufweisen, in dem ein Frequenzdomä­ nenverhältnis des variabel verstärkten Signals zum Eingangssignals mit der Signalfrequenz ansteigt, und einen Signalkoppler (28) für die Signa­ le aus den beiden Signalwegen (22; 24, 26) umfassen.

3. Entzerrer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Entzerrersteuerung (12) für jede Filterstufe (14a ... 14n) einen Signal­ übersetzer zum Empfangen und Übersetzen des Entzerrungssteuersignals (9) und zum Liefern eines entsprechenden Adaptionssteuersignals (11a, ..., 11n) umfaßt, wobei die Größe des Adaptionssteuersignals (11a, ..., 11n) gleich einer ersten minimalen Ausgangsgröße ist, wenn die Größe des Ent­ zerrungssteuersignals kleiner als ein Schwellwert ist, entsprechend der Größe des Entzerrungssteuersignals variiert, wenn die Größe hiervon größer als der Schwellwert und kleiner als ein maximaler Eingangswert ist, und gleich einem maximalen Ausgangswert ist, wenn das Entzerrungs­ steuersignal größer als der maximale Eingangswert ist.

4. Entzerrer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalübersetzer einen Eingangsverstärker, der das Entzerrungssteuersi­ gnal (9) empfängt und hiervon ein Signal abzieht, das die Größe des Schwellwertes hat, und dementsprechend ein verstärktes Signal liefert, und einen Ausgangsbegrenzerkreis umfaßt, der mit dem Eingangsverstärker gekoppelt ist und das verstärkte Signal hiervon zum Liefern des Adap­ tionssteuersignals begrenzt, indem die Größe des Adaptionssteuersignals zwischen dem minimalen und maximalen Ausgangswert begrenzt wird.

5. Entzerrer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Entzerrungssteuersignal (9) eine Größe entsprechend der Kommunikationswegübertragungsfunktion besitzt.

6. Entzerrer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die adaptiven Filterübertragungsfunktionen etwa dem Inver­ sen einer entsprechenden, einem zugehörigen Übertragungswegabschnitt zu­ geordneten Übertragungsfunktion entsprechen.