DE19749151A1 - Adaptiver Entzerrer mit kreisförmig angeordneter Filtereingangsschaltung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen adaptiven Entzerrer, der einen LMS-Algorithmus (least mean square; Minimum der mittleren Fehlerquadrate) verwendet, und betrifft insbesondere einen adaptiven Entzerrer, der dazu dient, eine Reihe von Eingangsdatenproben und entsprechende Filterkoeffizienten zur Verfügung zu stellen, die bei dem Filtervorgang verwendet werden, ohne daß eine konventionelle, komplizierte Filtersteuerschaltung verwendet wird.

Bei einem konventionellen Übertragungssystem werden Digitaldaten von einer Datensignalübertragungsquelle über einen Übertragungskanal, beispielsweise einen Kabelkanal, an ein Datensignalempfangsende übertragen. Eines der hierbei auftretenden Probleme, die bei der Übertragung von Datensignalen über den Übertragungskanal auftreten können, besteht darin, daß Kanalverzerrungen und zusätzliches Rauschen dazu führen kann, beispielsweise Datensymbole zu unterbrechen, die in dem übertragenen Datensignal enthalten sind, wodurch die Fähigkeit des Datensignalempfangssystems, die empfangenen Symbolpegel zu unterscheiden, negativ beeinflußt wird. Zur Überwindung dieser Schwierigkeit weist ein typisches Datensignalempfangssystem einen kanaladaptiven Entzerrer auf.

In Fig. 1 ist ein kanaladaptiver Entzerrer nach dem Stand der Technik gezeigt, der einen Eingangsdatenspeicher 1 und einen Filterkoeffizientenspeicher 2 als Filtereingangsschaltung verwendet, eine Filterkoeffizientenaktualisierungseinrichtung 3, einen Filterblock 10 und eine Steuerschaltung 4. Der Eingangsdatenspeicher 1 empfängt ein Eingangsdatensignal, welches mehrere Eingangsdatenproben enthält, um hintereinander eine Gruppe von Fensterdatenproben für jede zu filternde Datenprobe unter Steuerung durch die Steuerschaltung 4 zur Verfügung zu stellen. Der Filterkoeffizientenspeicher 2 dient zum Speichern aktualisierter Filterkoeffizienten, die von der Filterkoeffizientenaktualisierungseinrichtung 3 ausgegeben werden, um so hintereinander die aktualisierten Filterkoeffizienten als entsprechende Gruppe von Filterkoeffizienten dem Filterblock 10 zuzuführen, gesteuert durch die Steuerschaltung 4. Der Filterblock 10 weist einen Multiplizierer 5 als Filteranzapfung auf, einen Addierer 6 als Akkumulator, und ein Flip-Flop 7, und dient dazu, eine gefilterte Datenprobe dadurch zu erzeugen, daß die Gruppe der Fensterdatenproben und die entsprechende Gruppe aktualisierter Filterkoeffizienten verwendet wird, wodurch ein gefiltertes Signal erzeugt wird. Das gefilterte Signal weist eine Anzahl gefilterter Datenproben entsprechend den Eingangsdatenproben auf.

Die Eingangsdaten für die Filterkoeffizientenspeicher werden normalerweise unter Verwendung eines RAM (eines Speichers mit wahlfreiem Zugriff) erzeugt. Um einen iterativen Filtervorgang unter Verwendung des Multiplizierers und des Addierers durchzuführen, werden die Fensterdatenproben und die entsprechenden Filterkoeffizienten hintereinander von den beiden Speichern geliefert, als Filtereingangsschaltung, gesteuert durch die Steuerschaltung. Allerdings ist es in diesem Fall schwierig, eine einfache und kostengünstige Steuerschaltung zum Adressieren und Takten der Speicher zu verwirklichen. Es wäre daher vorteilhafter, und unter Kostengesichtspunkten und in Hinblick auf die Geschwindigkeit wünschenswert, eine Filtereingangsschaltung zur Verfügung zu haben, welche hintereinander die Fensterdatenproben und die Filterkoeffizienten in wirksamer Weise liefert.

Ein Hauptvorteil der vorliegenden Erfindung besteht daher in der Bereitstellung eines adaptiven Entzerrers zur wirksamen Bereitstellung einer Reihe von Eingangsdatenproben und entsprechender Filterkoeffizienten, die bei dem Filtervorgang verwendet werden, unter Verwendung einer kreisförmigen Anordnung, ohne daß eine konventionelle, komplizierte Filtersteuerschaltung verwendet wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Entzerrer zum Filtern eines empfangenen Signals zur Erzeugung eines gefilterten Signals zur Verfügung gestellt, bei welchem das empfangene Signal mehrere Datenproben enthält, und das gefilterte Signal entsprechend viele gefilterte Datenproben enthält, und der Entzerrer aufweist: eine Datenliefereinrichtung, welche das gefilterte Signal empfängt, zur Erzeugung einer Anzahl N an Fensterdatenproben symbolweise unter Verwendung einer Anzahl (N+1) von Verzögerungseinrichtungen, die in einer kreisförmigen Anordnung vorgesehen sind, wobei N eine positive ganze Zahl ist; eine Multiplizierereinrichtung zum Multiplizieren einer Fensterdatenprobe mit einem momentanen Filterkoeffizienten zur Erzeugung einer multiplizierten Probe; eine Sammlereinrichtung um Sammeln der multiplizierten Ausgangsprobe zur Erzeugung einer gesammelten Probe; eine Entscheidungseinrichtung zur Feststellung, ob die gesammelte Probe eine gewünschte Probe approximiert, und um dann, wenn dies der Ball ist, eine gefilterte Datenprobe auf der Grundlage der gesammelten Probe zu erzeugen; eine Fehlererzeugungseinrichtung zur Erzeugung eines Fehlerwertes auf der Grundlage eines Fehlerwertes, des momentanen Filterkoeffizienten und der momentanen Fenstereingangsprobe, wobei das Fehlersignal die Differenz zwischen der gesammelten Probe und der gewünschten Probe darstellt; und eine Filterkoeffizientenliefereinrichtung, die eine Anzahl N an Verzögerungseinrichtungen aufweist, und zum Subtrahieren des Fehlersignals von dem momentanen Filterkoeffizienten dient, um den aktualisierten Filterkoeffizienten zu erzeugen, und den aktualisierten Filterkoeffizienten als den momentanen Filterkoeffizienten zur Verfügung zu stellen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild eines konventionellen kanaladaptiven Entzerrers, der einen LMS-Algorithmus verwendet;

Fig. 2 ein schematisches Blockschaltbild eines adaptiven Entzerrers gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 ein detailliertes Blockschaltbild des in Fig. 2 gezeigten adaptiven Filterblocks; und

Fig. 4 ein detailliertes Blockschaltbild der in Fig. 2 dargestellten Filterkoeffizientenaktualisierungseinrichtung.

In Fig. 2 ist ein schematisches Blockschaltbild eines adaptiven Entzerrers gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der adaptive Entzerrer weist adaptive Filterblöcke 11, 14, 17 und 20 auf, Filterkoeffizientenaktualisierungseinrichtungen 12, 15, 18, und 21, und Ausgangssignalentscheidungsblöcke 13 und 16.

Wie gezeigt wird der adaptive Entzerrer durch Einsatz zwei Entzerrerteilen verwirklicht, wobei der eine zwei adaptive Filterblöcke 11 und 14, zwei Filterkoeffizientenaktualisierungseinrichtungen 12 und 15 und zwei Ausgangsentscheidungsblöcke 13 und 16 aufweist, und der andere zwei adaptive Filter 17 und 20, zwei Filterkoeffizientenaktualisierungseinrichtungen 18 und 21 und zwei Subtrahierer 19 und 22 aufweist. Dies führt dazu, daß der adaptive Entzerrer als bekannter adaptiver Entzerrer mit infiniter Impulsantwort (IIR) infolge der Verwendung der voranstehend genannten zwei Teile betrieben werden kann.

Die adaptiven Filterblöcke 11 und 14 sind als symmetrische Struktur ausgebildet. Das adaptive Filter 11 dient namlich dazu, reale Datenproben eines Eingangsdatensignals zu filtern, wogegen der adaptive Filterblock 14 dazu dient, imaginäre Datenproben des Eingangsdatensignals zu filtern. Die Ausgangsentscheidungsblöcke 13 und 14 empfangen Ausgangssignale vom Subtrahierer 13 bzw. 16, und legen fest, ob die Ausgangssignale als ein Entzerrerausgangssignal zugeordnet werden, welches ein ursprüngliches, unverzerrtes Eingangsdatensignal vor seiner Übertragung approximiert.

Wie aus den voranstehenden Ausführungen deutlich wird, können die adaptiven Filterblöcke 11 und 14 unter Verwendung desselben Filteraufbaus verwirklicht werden. Zur Erleichterung der Beschreibung konzentriert sich daher die nachstehende Erläuterung auf den Filterblock 11. In Fig. 3 ist eine Detaildarstellung des in Fig. 1 gezeigten Filterblocks gezeigt.

Ein empfangenes Eingangsdatensignal wird durch eine bekannte Abtastschaltung so abgetastet, daß sich mehrere Eingangsdatenproben ergeben. Die mehreren Dateneingangsproben werden hintereinander dem in Fig. 2 gezeigten adaptiven Filterblock 11 zugeführt. Der adaptive Filterblock 11 weist ein Filter 110 mit finiter Impulsantwort (FIR) auf, sowie eine Filtereingangsschaltung, die mit einem Eingangsdatenspeicher 101 und einem Filterkoeffizientenspeicher 104 versehen ist. Das Eingangsdatensignal wird über den Eingangsdatenspeicher 101 dem Filter 110 zugeführt, wo es gefiltert und entzerrt wird, unter Verwendung der Gruppe an Filterkoeffizienten von dem Filterkoeffizientenspeicher 104, um ein gefiltertes Signal zu erzeugen. Das gefilterte Signal enthält eine entsprechende Anzahl gefilterter Datenproben, die hintereinander der Filterkoeffizientenaktualisierungseinrichtung 12 zugeführt werden, und darüber hinaus über den Subtrahierer 19 dem Ausgangsentscheidungsblock 13 zugeführt werden.

Nimmt man an, daß fc = nfs ist, wobei eine Abtastfrequenz fs (= 1/T) ist und eine Taktfrequenz Fc (= 1/t), so berechnet sich ein Ausgangswert F des Filters 110 folgendermaßen:

wobei I ein Eingangssignal ist, C ein aktualisierter Filterkoeffizient, und N eine positive ganze Zahl.

Wie aus der voranstehenden Gleichung deutlich wird, führt ein Filter mit finiter Impulsantwort einen Filtervorgang für jede Eingangsdatenprobe so durch, daß es hintereinander eine Anzahl N an Fensterdatenproben mit einer Anzahl N an Filterkoeffizienten multipliziert, und die multiplizierten Datenproben während einer vorbestimmten Zeit T sammelt, um eine gefilterte Datenprobe zu erzeugen. Der Vorgang wird wiederholt, um so ein gefiltertes Datensignal zu erzeugen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden daher die Eingangsdatenproben nacheinander verzögert, unter Verwendung einer Anzahl (N+1) an Verzögerungseinrichtungen, die in einer kreisförmigen Anordnung vorgesehen sind, um so eine Anzahl N an Fensterdatenproben für jede zu erhaltende Eingangsdatenprobe zu erzeugen, und zwar probenweise. Andererseits ist, um eine Fensterverschiebeoperation durchzuführen, eine (N+1)-te Verzögerungseinrichtung parallel an eine N-te Verzögerungseinrichtung angeschlossen. Dies führt dazu, daß eine N-te verzögerte Datenprobe der Fensterdatenprobe, also eine erste momentane Fensterdatenprobe, an die Filterkoeffizientenaktualisierungseinrichtung 12 als momentane Fensterdatenprobe übertragen wird. Dagegen wird eine neu eingegebene Datenprobe dadurch den momentanen Fensterproben hinzugefügt, daß der Multiplexer 102 eingesetzt wird, um so eine neue Gruppe an Fenstereingangsdatenproben für eine andere gewünschte Eingangsdatenprobe auszubilden. Dies führt dazu, daß in wirksamer Art und Weise eine einfache Anordnung eines adaptiven LMS-Filters (eines Filters auf der Grundlage der Methode des Minimums der Fehlerquadrate) erhalten werden kann.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird, wie in Fig. 3 gezeigt, der Eingangsdatenspeicher 101 dadurch verwirklicht, daß eine Anzahl N, beispielsweise 8, D-Flip-Flops D1 bis D8 in kreisförmiger Anordnung vorgesehen sind, und ein (N+1)-tes D-Flip- Flop U1 parallel zu einem N-ten D-Flip-Flop D8 geschaltet ist. Daher werden die Eingangsdatenproben hintereinander an einen Multiplizierer 106 übertragen, welcher die Eingangsdatenprobe oder das Ausgangssignal von dem D-Flip-Flop D8 in Reaktion auf ein Auswahlsignal auswählt. Das Auswahlsignal kann von einer bekannten Systemsteuerung (nicht gezeigt) übertragen werden. Die ausgewählte Eingangsdatenprobe wird dann über das D-Flip-Flop 103 der ersten Verzögerungseinrichtung zugeführt, also einem D-Flip-Flop D1 und den Multiplizierern 106 und 107. Auf entsprechende Weise werden die ausgewählten Eingangsdatenproben hintereinander unter Verwendung der D-Flip-Flops D1 bis D8 verzögert. Dies führt dazu, daß eine momentane Gruppe, beispielsweise 8, von Fensterdatenproben hintereinander an den Multiplizierer während der vorbestimmten Zeit T geliefert wird. Eine achte verzögerte Datenprobe wird über das D-Flip-Flop U1 der Filterkoeffizientenaktualisierungseinrichtung 15 zugeführt, die in Fig. 2 gezeigt ist, als momentane Fensterdatenprobe. Andererseits wird, wie voranstehend bereits erwähnt, statt des achten verzögerten Datenpostens dann eine neue Eingangsdatenprobe der momentanen Gruppe an Fensterdatenproben hinzugefügt, um hierdurch eine neue Gruppe der Fensterdatenproben auszubilden. Der Betrieb wird fortgesetzt, bis sämtliche Datenproben gefiltert sind, die in dem Eingangsdatensignal enthalten sind.

Andererseits wird der Filterkoeffizientenspeicher 104 dadurch verwirklicht, daß eine Anzahl N, beispielsweise 8, von D-Flip- Flops CD1 bis CD8 verwendet wird, die in einer kreisförmigen Anordnung geschaltet sind. Ein Subtrahierer U2 ist zwischen ein erstes bzw. zweites D-Flip-Flop CD1 bzw. CD2 geschaltet. Daher werden die Filterkoeffizienten dadurch verzögert, daß die D-Flip-Flops CD1 bis CD8 verwendet werden, und ein verzögerter Filterkoeffizient, der von dem achten D-Flip-Flop CD8 ausgegeben wird, den Multiplizierer 106 und einem ersten D-Flip-Flop CD1 zugeführt wird. Der verzögerte Filterkoeffizient wird mit der verzögerten Fensterdatenprobe dadurch synchronisiert, daß dasselbe Taktsignal verwendet wird, und wird weiterhin, wie durch "Coefout" bezeichnet, an das in Fig. 2 dargestellte adaptive Filter 14 übertragen. Der Subtrahierer U2 dient dazu, dadurch einen aktualisierten Filterkoeffizienten zu erzeugen, daß ein von dem ersten D-Flip- Flop CD1 ausgegebener Filterkoeffizient durch einen Fehlerwert subtrahiert wird, der von der in Fig. 2 gezeigten Filterkoeffizientenaktualisierungseinrichtung 12 ausgegeben wird. Der aktualisierte Filterkoeffizient wird dann dem zweiten D-Flip-Flop CD2 zugeführt, und es erfolgt eine Verzögerung durch den Einsatz der D-Flip-Flops CD2 bis CD8, und dann wird der aktualisierte Filterkoeffizient dem Multiplizierer 106 zugeführt, wenn an diesen die entsprechende Fensterdatenprobe angelegt wird.

Am Multiplizierer 106 wird die Fensterdatenprobe mit dem entsprechenden Filterkoeffizienten multipliziert, um eine multiplizierte Datenprobe zu erzeugen. Die multiplizierte Datenprobe wird dann über den Addierer 107 an ein Flip-Flop 108 übertragen, welches einen Sammler zum Ansammeln der multiplizierten Datenproben bildet, um hierdurch eine gefilterte Datenprobe zu erzeugen. Die gefilterte Datenprobe wird dann an die Filterkoeffizientenaktualisierungseinrichtung 12 und über den Subtrahierer 113 an den Ausgangsentscheidungsblock 13 übertragen. Zusätzlich werden am Multiplizierer 105 die gefilterten Daten mit einer multiplizierten symmetrischen imaginären Datenprobe "Mulin" multipliziert, die von dem adaptiven Filter 14 ausgegeben wird, um eine andere multiplizierte Datenprobe "Mulout" zu erzeugen, die an das in Fig. 2 gezeigte adaptive Filter 14 übertragen wird. Weiterhin kann ein Gewichtungsdatenposten "Addin", der von dem adaptiven Filter 14 ausgegeben wird, dem Addierer 107 hinzugefügt werden, um eine bestimmte Phasendifferenz zwischen einer realen und einer imaginären Datenprobe zu kompensieren.

In Fig. 4 ist ein schematisches Blockschaltbild der Filterkoeffizientenaktualisierungseinrichtung 12 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Filterkoeffizientenaktualisierungseinrichtung 12 verwendet einen LMS-Algorithmus. In diesem Fall ergibt sich ein aktualisierter Filterkoeffizient folgendermaßen:

W_k-1-W_k-µε_k X_k

wobei W_k+1 ein aktualisierter Filterkoeffizient ist, W_k ein momentaner Filterkoeffizient, µ ein Konvergenzfaktor, ε_k ein Fehlersignal, und X_k eine momentane Fensterdatenprobe.

Der aktualisierte Filterkoeffizient, der für eine nächste Filteroperation verwendet wird, wird dadurch erhalten, daß von dem momentanen Filterkoeffizienten ein Fehlerwert subtrahiert wird, wobei der Fehlerwert dadurch erhalten wird, daß der Konvergenzfaktor mit der momentanen Fensterdatenprobe und dem Fehlersignal multipliziert wird. Das Fehlersignal repräsentiert die Differenz zwischen einer gefilterten Datenprobe und einer entsprechenden gewünschten Datenprobe. Daher empfängt die Filterkoeffizientenaktualisierungseinrichtung 12 die gefilterte Datenprobe und die momentane Fensterdatenprobe, die von dem adaptiven Filter 11 ausgegeben wird, um den Fehlerwert zu erzeugen. Der Fehlerwert wird dann wie voranstehend geschildert dem Filterkoeffizientenspeicher 103 zugeführt.

Daher berechnet, wie in Fig. 4 gezeigt, ein Subtrahierer eine Differenz zwischen der momentanen Fensterdatenprobe und der entsprechenden gewünschten Datenprobe, um ein Fehlersignal zu erzeugen, welches die Differenz darstellt. Das Fehlersignal wird dann über das Flip-Flop 202 einem Multiplizierer 203 zugeführt, in welchem das Fehlersignal mit einer momentanen Fensterdatenprobe multipliziert wird, um ein multipliziertes Fehlersignal zu erzeugen. Dann wird das multiplizierte Fehlersignal an das Schieberegister 204 übertragen, in welchem es mit einem Konvergenzfaktor multipliziert wird, unter Einsatz einer Verschiebeoperation, um so einen Fehlerwert zu erzeugen. Der Fehlerwert wird dann dem Filterkoeffizientenspeicher 104 von Fig. 3 zugeführt, um einen neu aktualisierten Filterkoeffizienten zu erhalten.

Durch Einsatz des erfindungsgemäßen adaptiven Entzerrers kann eine vereinfachte und kostengünstigere Steuerung für diesen verwirklicht werden, da die Filtereingangsschaltung, beispielsweise ein Eingangsdatenspeicher, und der Filterkoeffizient, für das adaptive Filter, welches einen Filtermultiplizierer und einen Sammler aufweist, dadurch einfacher aufgebaut werden kann, daß nur eine Anzahl an Verzögerungseinrichtungen in kreisförmiger Anordnung verwendet wird.

Zwar wurde die vorliegende Erfindung in Bezug auf bestimmte bevorzugte Ausführungsformen beschrieben, jedoch lassen sich weitere Abänderungen und Variationen vornehmen, ohne vom Wesen und Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, die sich aus der Gesamtheit der vorliegenden Anmeldeunterlagen ergeben und von den Patentansprüchen umfaßt sein sollen.

Claims (4)

1. Entzerrer zum Filtern eines empfangenen Signals, um ein gefiltertes Signal zu erzeugen, wobei das empfangene Signal mehrere Datenproben enthält, und das gefilterte Signal eine entsprechende Anzahl gefilterter Datenproben enthält, und der Entzerrer aufweist:
eine Datenliefereinrichtung, welche das gefilterte Signal empfängt, und dazu dient, eine Anzahl N an Fensterdatenproben symbolweise dadurch zu erzeugen, daß eine Anzahl (N+1) an Verzögerungseinrichtungen verwendet wird, die kreisförmig geschaltet sind, wobei N eine positive ganze Zahl ist;
eine Multipliziereinrichtung zum Multiplizieren einer Fensterdatenprobe mit einem momentanen Filterkoeffizienten, um eine multiplizierte Probe zu erzeugen;
eine Sammlereinrichtung zum Ansammeln der multiplizierten Ausgangsproben, um eine gesammelte Probe zu erzeugen;
eine Entscheidungseinrichtung zur Festlegung, ob die angesammelte Probe eine gewünschte Probe approximiert, und um dann, falls dies der Ball ist, eine gefilterte Datenprobe auf der Grundlage der angesammelten Probe zu erzeugen;
eine Fehlererzeugungseinrichtung zur Erzeugung eines Fehlerwertes auf der Grundlage eines Fehlerwertes, des momentanen Filterkoeffizienten und der momentanen Fenstereingangsprobe, wobei das Fehlersignal die Differenz zwischen der angesammelten Probe und der gewünschten Probe darstellt; und
eine Filterkoeffizientenliefereinrichtung, welche eine Anzahl N an Verzögerungseinrichtungen aufweist, zum Subtrahieren des Fehlersignals von dem momentanen Filterkoeffizienten, um den aktualisierten Filterkoeffizienten zu erzeugen, und den aktualisierten Filterkoeffizienten als den momentanen Filterkoeffizienten zur Verfügung zu stellen.

2. Entzerrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dateneingabeeinrichtung aufweist:
eine Anzahl N an D-Flip-Flops, die in Reihe geschaltet sind;
ein D-Flip-Flop, welches parallel zu einem N-ten D-Flip- Flop geschaltet ist, dessen Ausgang mit der Fehlererzeugungseinrichtung gekoppelt ist; und
eine Multiplexereinrichtung, die in Reaktion auf ein Auswahlsignal ein Ausgangssignal von dem N-ten D-Flip- Flop oder das empfangene Signal an die Filtereinrichtung und ein erstes D-Flip-Flop überträgt.

3. Entzerrer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterkoeffizientenliefereinrichtung eine Anzahl N an D-Flip- Flops in Reihenschaltung aufweist, sowie einen Subtrahierer, der zwischen ein erstes und ein zweites D-Flip- Flop geschaltet ist.

4. Entzerrer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fehlererzeugungseinrichtung aufweist:
einen Subtrahierer zur Erzeugung des Fehlersignals, welches die Differenz zwischen der angesammelten Probe und der gewünschten Probe darstellt;
einen Multiplizierer zum Multiplizieren des Fehlerwertes mit einem Ausgangssignal von dem N-ten D-Flip-Flop, um ein multipliziertes Fehlersignal zu erzeugen; und
ein Schieberegister zur Verschiebung des multiplizierten Fehlersignals, um den Fehlerwert zu erzeugen.