DE2060159C3 - Adaptives Filter - Google Patents
Adaptives FilterInfo
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- DE2060159C3 DE2060159C3 DE19702060159 DE2060159A DE2060159C3 DE 2060159 C3 DE2060159 C3 DE 2060159C3 DE 19702060159 DE19702060159 DE 19702060159 DE 2060159 A DE2060159 A DE 2060159A DE 2060159 C3 DE2060159 C3 DE 2060159C3
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- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H21/00—Adaptive networks
- H03H21/0012—Digital adaptive filters
Landscapes
- Filters That Use Time-Delay Elements (AREA)
- Cable Transmission Systems, Equalization Of Radio And Reduction Of Echo (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft ein adaptives Filter, dessen Ausgangssignale mittels einer Filterbank über durch
Regelgrößen gesteuerte Einstellglieder und einen Summierer gebildet sind und bei dem die Bildung der
Regelgrößen durch Korrelation zwischen entweder von den Ausgängen der Filterbank abgeleiteten Signalen
und vom Ausgang des Summierers abgeleiteten Signalen oder zwischen verschiedenartigen, vom Ausgang
des Summierers abgeleiteten Signalen erfolgt, insbesondere zur Unterdrückung von Echos in Weitverkehrsnachrichtenverbindungen
oder zur Entzerrung von über bandbegrenzte Kanäle übertragenen Datensignalen.
Bekanntlich werden neuerdings für eine Reihe von Anwendungen in der Nachrichtenübertragungstechnik
sogenannte adaptive Filter verwendet. Hierbei handelt es sich um Filter, deren Einstellung selbsttätig aufgrund
von Informationen erfolgt, die aus den übertragenen bzw. vorhandenen Signalen selbst bezogen werden.
Diese Filter bestehen aus einer Filterbank, an deren Ausgängen durch Regelgrößen gesteuerte Einstellglieder
angeschaltet sind. Die Ausgänge der Einstellglieder führen zu den Eingängen eines Summierers. Der
Ausgang des Summierers bildet auch den Ausgang des adaptiven Filters. Die Bildung der Regelgrößen für die
Einstellung der variablen Einstellglieder erfolgt durch Korrelationsverfahren. Hierfür bestehen verschiedene
Möglichkeiten. Entweder kann eine Korrelation zwischen von den Ausgängen der Filterbank abgeleiteten
Signalen und vom Ausgang des Summierers abgeleiteten Signalen erfolgen und das Ergebnis dieser
Korrelationen zur Einstellung der Einstellglieder dienen. Die Anwendung solcher Korrelationsverfahren
ist beispielsweise bei Filtern bekanntgeworden, wie sie in den Veröffentlichungen »Application of Automatic
Transversal Filters to the Problem of Echo Suppression« in »Bell System Technical Journal«, Dezember
1966, Seiten 1847 bis 1850, und »A Self-Adaptive Echo Canceller« ir »Bell System Technical Journal«, Dezember
1966, Seiten 1851 bis 1854, beschrieben sind. Eine weitere Möglichkeit zur Gewinnung der Regelgrößen
für die Einstellglieder besteht darin, daß man verschiedene Signale miteinander korreliert, welche sämtlich
vom Signal am Ausgang des Summierers abgeleitet werden. Solche Filter sind beispielsweise durch die
Veröffentlichungen »Techniques for Adaptive Equalization of Digital Communication Systems« in »Bell
System Technical Journal«, Februar 1966, Seiten 255 bis 286, und »1969 WESCON Technical Papers«, Session 11,
Paper 2, bekannt.
Bei adaptiven Schaltungen in den in den vorstehend genannten Veröffentlichungen beschriebenen Anwendungen
zeigt sich, daß Störungen eine nicht optimale Einstellung der Schaltung bewirken. Bei adaptiven
Schaltungen zur Echounterdrückung bei Weitverkehrstelefonverbindungen kommen als Störungen beispielsweise
die Sprache des zweiten Teilnehmers, Rauschen, Wählgeräusche oder·Hintergrundgeräusche beim zweiten
Teilnehmer in Betracht. Bei der schnellen Datenübertragung über Telefonleitungen treten als Störungen
beispielsweise Wählgeräusche, Bündelstörungen und ähnliche auf Leitungen auftretende Störgeräusche auf.
Solche Störungen bewirken, daß sich das adaptive Filter nicht optimal einstellen kann oder aber, wenn das Filter
schon optimal eingestellt war, daß zumindest innerhalb gewisser Zeiträume diese optimale Einstellung gestört
wird und das Filter aus dem optimalen Zustand herausläuft. Bei der Echounterdrückung bei Weitver
kehrstelefonverbindur.gen bedeutet dies, daß das restliche Echo zumindest innerhalb gewisser Zeiträume
nur mangelhaft unterdrückt wird. Bei der Datenübertragung über bandbegrenzte Kanäle hat dieser Effekt eine
Erhöhung der Fehlerrate zur Folge. Im beschriebenen adaptiven Filter äußern sich insgesamt die genannten
Störungen derart, daß die zur adaptiven Einstellung der Schaltung verwendeten Regelgrößen vorübergehend in
meist ungünstiger Weise verändert werden.
In diesem Zusammenhang ist durch die deutschen Offenlegungsschriften 15 37 740 und 18 12 413 bereits
ein Verfahren bekanntgeworden, bei dem diesen Schwierigkeiten zumindest teilweise begegnet wird. Bei
diesem bekannten Verfahren werden Echos in Weitverkehrsnachrichtenverbindungen adaptiv unterdrückt,
d. h., die Eigenschaften der hierzu jeweils verwendeten Schaltungen passen sich automatisch den Eigenschaften
der jeweils aufgebauten Verbindung an. Es wird dabei ein Verfahren verwendet, welches durch den Einsatz
eines sogenannten Sprachdetektors erlaubt, durch vorübergehende Unterbrechung des Steuerkreises für
die Eiiistellglieder die Einstellung des adaptiven Filters vorübergehend konstant zu halten, wenn lautes
Doppelsprechen auftritt. Dieses Verfahren läßt sich aber dann nicht anwenden, wenn das Störgeräusch nur
in der Größe des auftretenden Echos liegt. Störgeräusch und Echo treten nämlich auf derselben abgehenden
Leitung auf, und zur Bewertung des Störgeräusches kann nur das Eingangssignal auf der ankommenden
Leitung dienen. Dieses ankommende Signal wird im allgemeinen durch die Sprache des ersten (fen cn)
Teilnehmers gebildet. Bei kleineren Störungen oder bei leisem Sprechen des zweiten (nahen) Teilnehmers kann
die Schaltung nicht zwischen Echo und Störung unterscheiden. Entsprechendes ereignet sich auch bei
der adaptiven Entzerrung von Datensignalen, da auch hier in der Regel meßtechnisch nicht zwischen Signal
und Störung unterschieden werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den vorstehend geschilderten Schwierigkeiten möglichst
vollständig abzuhelfen und ein Verfahren zur adaptiven Unterdrückung von Echos anzugeben, bei dem selbst
beim Auftreten von Störsignalen die ursprünglich optimalen Einstellwerte der Einstellglieder nahezu
vollständig erhalten bleibe.i.
Ausgehend von einem adaptiven Filter der einleitend erwähnten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß
dadurch gelöst, daß die Regelgrößen einer wiederholten Überprüfung auf Auswirkungen von in den zu
korrelierenden Größen enthaltenden Störsignalen in der Weise unterworfen werden, daß die zeitlich
aufeinanderfolgend gebildeten Werte der Regelgrößen gebildet und bezüglich ihrer Vorzeichen untersucht
werden und daß bei nicht übereinstimmenden Vorzeichen in benachbarten Zeitabschnitten die Einstellung
der Einstellglieder verlangsamt oder blockiert wird.
Bei der Erfindung wird von der Überlegung ausgegangen, die Veränderung der Einstellwerte der
EinstellgHeder ständig zu kontrollieren. Über diese Kontrolle wird dann die Entzerrereinstellung während
des Auftretens von Störungen blockiert bzw. außerordentlich verlangsamt und damit ein vorübergehendes
unerwünschtes Auswandern der Solleinstellung weitgehend vermieden.
Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen noch näher erläutert.
Es zeigt in der Zeichnung:
F i g. 1 das Blockschaltbild eines adaptiven Filters,
F i g. 2 ein Beispiel für den Einsat.' eines adaptiven
Filters zur Unterdrückung von Echos in Weitverkehrs
nachrichtenverbindungen,
Fig.3 ein Beispiel für den Einsatz eines adaptiven
Filters zur Entzerrung von Datensignalen,
Fig. 4 ein weiteres Beispiel für die adaptive Entzerrung von Datensignalen,
F i g. 5 ein Ausführungsbeispiel für eine Schaltung zur
Überwachung der Regelgrößen für die variablen Einstellglieder,
F i g. 6 das zur F i g. 5 gehörige Impulsdiagramm.
Fig. 1 zeigt eine bekannte Möglichkeit zum Aufbau eines adaptiven Filters. Das vollständige gestrichelt
umrahmte Filter ist mit der Bezugsziffer 1 bezeichnet. Es besteht aus einer Filterbank mit den Filtern 30 bis 33,
die derart ausgebildet sind, daß sie die Übertragungsfunktionen Fo, Fu Fn und Fn aufweisen. Die gestrichelten
Linien 21 und 22 zwischen den einzelnen Filtern deuten an, daß am Eingang 20 des adaptiven Filters 1 noch
weitere derartige Filter angeschlossen sind, welche hier der Einfachheit halber nicht eingezeichnet sind. Der
Aufbau solcher Filter kann nach an sich bekannten Vorschriften erfolgen, so daß an dieser Stelle nicht im
einzelnen darauf eingegangen werden soll. Selbstverständlich kann auch eine solche Filterbank durch eine
dazu äquivalente Kettenschaltung mehrerer Filter ersetzt werden. Die Realisierung von Filtern durch
Kettenschaltungen ist ebenfalls bekannt. Ein wichtiger Sonderfall wird beispielsweise durch das sogenannte
Transversalfilter dargestellt, das auch unter dem Namen Echoentzerrer bekannt ist. Die Ausgänge der Filter 30
bis 33 sind über Leitungen 80 bis 83 mit den Eingängen von variablen Einstellgliedern 60 bis 63 verbunden.
Ferner sind die an den Ausgängen 30 bis 33 dieser Filter erscheinenden Signale Xi... Xn über gestrichelt eingezeichnete
Leitungen 40 bis 43 verfügbar. Die Einstellglieder 60 bis 63 ermöglichen die Multiplikation der auf
den Leitungen 80 bis 83 zur Verfügung stehenden Größen mit Faktoren Co bis Gv, welche irgendwelche
geeignete Werte annehmen können und welche mittels Regelgrößen Ro bis Angesteuert werden, die wiederum
auf den Steuerleitungen 50 bis 53 zur Verfügung stehen. Die Ausgänge der EinstellgHeder 60 bis 63 sind über
Leitungen 70 bis 73 mit den Eingängen eines Summierers 3 verbunden, dessen Ausgang 21 den
Ausgang des adaptiven Filters darstellt. Die gestrichelten Linien 74 und 73 deuten wiederum an, daß noch
weitere Einstellglieder und Filter entsprechend den gestrichelten Linien 21 und 22 vorgesehen sein können.
Mit Hilfe der in der F i g. 1 dargestellten Schaltung ist es möglich, ein am Eingang 20 anliegendes Signal derart
zu verändern, daß das am Ausgang 21 des adaptiven Filters erscheinende Signal ein vorgegebenes Sollsignal
sehr gut aproximiert. Hierzu ist es nur erforderlich, die Werte der EinstellgHeder 60 bis 63 geeignet zu wählen.
Verfahren zur automatischen Einstellung dieser EinstellgHeder sind an sich aus der Literatur bekannt. Wie
einleitend bereits erwähnt, kann bei Störungen der Fall auftreten, daß die an den Leitungen 50 bis 53 zur
Verfügung stehenden Regelgrößen Ro bis Rn von ihren Sollwerten abweichen und sich deshalb nicht optimale
Einstellungen Co bis Cv der Einstellglieder 60 bis 63 ergeben.
Die F i g. 2 zeigt ein Beispiel für die Anwendung eines adaptiven Filters zur Echounterdrückung in Weitverkehrsnachrichtenverbindungen.
Bei solchen Verbindungen erfolgt an einer bestimmten Stelle der Übergang
von der hier mit den Bezugsziffern 8 und 87 bezeichneten Vierdrahtverbindung auf eine in F i g. 2
mit der Bezugsziffer 7 bezeichnete Zweidrahtverbin-
dung. Dieser Übergang erfolgt über die Gabel 4, welche über die Leitung 6 mit der Leitungsnachbildung 5
abgeschlossen ist.
Infolge der an der Gabel angeschlossenen mangelhaften
Leitungsnachbildung wird je nach den Eigenschaften der jeweils aufgebauten Verbindung ein mehr oder
weniger starkes Echo im Sendeweg 87 der Vierdrahtverbindung auftreten. Dieses Echo läßt sich aus dem
Signal auf der ankommenden Leitung des Vierdrahtkanals mit Hilfe eines geeigneten Filters 2 nachbilden.
Dieses Filter 2 besteht wie in Fig. 1 aus einer an die ankommende Leitung angeschalteten Filterbank
30... 33, deren Ausgänge 80... 83 über durch Regelgrößen
R0. ■ ■ Rsgesteuerte Einstellglieder 60... 63 und
mit den Eingängen 70... 75 eines Summierers 3 verbunden sind. Bei geeigneter Einstellung der Einstellglieder
6Q... 63 erscheint das nachgebildete Echo c+(r)
am Ausgang 21 dieses Summierers 3 und kann mittels eines Differenzverstärkers 86 vom Signal auf der
abgehenden Leitung 9 auf der Vierdrahtseite subtrahiert werden. Die erforderliche Einstellung der Einslellglieder
60... 63 bzw. die Ermittlung bei hierzu notwendigen Regelgrößen Ru... Rh erfolgt durch Korrelationsverfahren,
und zwar werden an den Ausgängen der Filterbank 30—33 Signale Xo... Xnabgeleitet und mit
einem am Ausgang 87 des Differenzverstärkers 86 abgeleiteten Signal korreliert. Diese Korrelationen
ergeben die Regelgrößen zur Steuerung der Einstellglieder, weshalb :sich die Schaltung zur Nachbildung des
Echos bei jeder neu aufgebauten Verbindung entsprechend den jeweiligen Eigenschaften dieser Verbindung
optimal und neu eingestellt und auch Änderungen der Eigenschaften des Übertragungsweges während des
Bestehens der Verbindung ausgeregelt werden können.
Auf der abgehenden Leitung 87 auf der Vierdrahtseit e
steht die Differenz zwischen dem Echo e(t) und der
Nachbildung e+ft}zur Verfügung. Zusätzlich ist jedoch
diesem Signal noch das Störgeräusch g(t) überlagert, welches beispielsweise durch die Sprache des zweiten
(nahen) Teilnehmers erzeugt werden kann. Das auf der ankommenden Leitung 8 auf der Vierdrahtseite
ankommende Signal vom fernen Teilnehmer sei mit s(t) bezeichnet. Auf der Zweidrahtseite laufen entsprechend
die beiden Signale s'(t) und g'(t) in den durch die Pfeile angegebenen Richtungen. Das Signal am Ausgang des
Differenzverstärkers 86 wird über eine Leitung 88 einer Anzahl von Korrelatoren zugeführt. Diese Korrelatoren
bestehen aus Multiplizierern 90 bis 93, deren Ausgänge mit den Eingängen von Integrierern % bis 99
verbunden sind. Die ersten Eingänge dieser Multiplizierer sind über Leitungen 140 bis 143 mit der Leitung 88
verbunden. Die gestrichelten Linien 120 und 121 zeigen wiederum an, daU die Schaltung noch weitere hier nicht
eingezeichnete Korrelatoren zur Einstellung der in der F i g. 1 nicht eingezeichneten Einstellglieder enthält. Die
zweiten Eingänge der Multiplizierer in den Korrelatoren sind über die Leitungen 40 bis 43 mit den Ausgängen
der Filterbank 30 bis 33 gemäß F i g. 1 verbunden. Es erfolgt also eine Korrelation zwischen den von den
Ausgängen der Filterbank abgeleiteten Signalen X„ bis
Xn und dem Signal am Ausgang des Differenzverstärkers
86. An den Ausgängen 50 bis 53 der Integricrcr 96...99 stehen die Regelgrößen A0 bis Kn für die
Einstellglieder 60 bis 63 zur Verfügung;. Ein Korrelator besteht in dem hier dargestellten Beispiel aus einem
Multiplizierer und einem Integrierer. F.ine solche Einheit ist in der F i g. 2 gestrichelt umrahmt und mit der
Bezugsziffer 130 bezeichnet.
Wenn bei dem in F i g. 2 beschriebenen bekannten Verfahren auf der Vierdrahtseite Störungen vorhanden
sind, d. h. also wenn z. B. Wählgeräusche, Rauschen oder Sprache des zweiten Teilnehmers auftreten, dann ändert
sich auch die ursprünglich an sich optimale Einstellung der Einstellglieder, denn auch die Sprache des zweiten
Teilnehmers ist für diese Korrelation als Störung zu betrachten. Solche Störungen bewirken also eine
nichtoptimale Einstellung der Schaltung, lassen sich aber im praktischen Betrieb nicht vermeiden. Der
wesentliche Grund für die nichtoptimale Einstellung ist darin zu sehen, daß in der Praxis immer nur eine
Kurzzeitkorrelation, d. h. eine Integration über nur ein
endliches Zeitintervall durchgeführt werden kann, da sich das der Echonachbildung dienende Filter in einer
möglichst kurzen Zeit einstellen soll, um möglichst rasch eine möglichst störungsfreie Verbindung zwischen den
Teilnehmern zu gewährleisten. Aus den genannten Gründen tritt bei dem bekannten Verfahren eine
ständige an sich unerwünschte Veränderung der Einstellung der Einstellglieder und damit eine Verringerung
der erforderlichen Echodämpfung immer dann auf, wenn auf der abgehenden Leitung Störsignale der
bereits geschilderten Art vorhanden sind.
Die in der Fig. 2 dargestellte Struktur stellt nur ein
mögliches Beispiel für die Anwendung eines adaptiven Filters dar. Eine weitere Anwendung adaptiver Filter
ergibt sich beispielsweise bei der Entzerrung von über bandbegrenzte Kanäle übertragenen Datensignalen.
F i g. 3 zeigt ein bekanntes Ausführungsbeispiel, bei dem die im Block 2 enthaltenen Einzelheiten unmittelbar
dem in der F i g. 2 umrahmten Block 2 mit dem Ausgang 21 entsprechen. Der Eingang des adaptiven Filters ist
wiederum mit 20, der Ausgang mit 103 gekennzeichnet. Der Ausgang ist über die Leitung 101 mit dem Eingang
einer Entscheidungsschaltung 100 verbunden. Diese Entscheidungsschaltung erzeugt auf der Leitung 102
Schätzwerte ä(t) für die richtigen übertragenen Signale a(t). Bei Übertragung von nur zweistufiger bipolarer
Pulsamplitudenmodulation unterscheidet diese Schaltung beispielsweise, daß jedem Signal auf der Leitung
101, welches größer als 0 Volt ist, ein Ausgangssignal auf der Leitung 102 mit der Amplitude + 1 Volt zugeordnet
werde, daß dagegen jedem Signal auf der Leitung 101, das kleiner als 0 Volt ist. auf der Leitung 102 ein Signal
mit der Amplitude -1 Volt zugeordnet wird. Auf der Ausgangsleitung 102 der Entscheidungsschaltung 100
erscheinen also nur noch Signale mit zwei möglichen Amplitudenstufen, und wenn die Verzerrungen des
Signals am Entzerrerausgang 103 nicht zu groß sind, dann wird auf der Leitung 102 die richtige entzerrte
Signalfolge erscheinen. Durch die Verzerrungen werden diese Entscheidungen natürlich gelegentlich verfälscht.
Diese Überlegung läßt sich analog auch auf PAM mit mehr als zwei Stufen erweitern. Am Ausgang der
Entscheidungsschaltung können dann mehr als zwei verschiedene Amplitudenstufen auftreten. Die Signale
auf der Eingangsleitung 101 der Entscheidungsschaltung 100 sind mit y(t)bezeichnet. Das Signal abstellt einen
Schätzwert für das richtige, sogenannte ideale Signal dar. Die Eingangsleitung 101 und die Ausgangsleitung
102 der Entscheidungsschaltung 100 sind mit den Eingängen eines Differenzverstärkers 86' verbunden
und ergeben auf der Ausgangslcitung 88' des Differenz-Verstärkers 86' Schätzwerte für die Fehler t(t) die
durch die Differenz zwischen den mehr oder weniger verzerrten Signalen y(t) am Entzerrerausgang 103 und
den zugeordneten Schätzwerten ä(l) auf der Ausgangs-
leitung 102 der Entscheidungsschaltung 100 gegeben sind. Die Einstellung der im Block 2 enthaltenen
Einstellglieder erfolgt durch Korrelatoren in der gleichen Weise wie in F i g. 2 und wurde anhand der
F i g. 2 bereits ausführlich erläutert. Es wird hier nur die in Fig. 2 mit 88 bezeichnete Leitung durch die Leitung
88'ersetzt.
Fig. 4 stellt ein weiteres bekanntes Ausführungsbeispiel
für die Realisierung eines adaptiven Entzerrers für schnelle Datensignale dar. bei welchem die Korrelation
zwischen verschiedenartigen, vom Ausgang des Summierers abgeleiteten Signalen erfolgt. Elemente, welche
mit in den vorhergehenden Figuren bereits beschriebenen Elementen wirkungsgleich sind, sind in der Fig. 4
mit gleichen Bezugsziffern versehen. Insbesondere stellt der Block 1 wieder ein adaptives Filter mit einer
Struktur gemäß der F i g. 1 dar. Ein Vergleich mit der Fig.3 zeigt wiederum den gleichartigen Aufbau am
Ausgang des Entzerrers mit der Entscheidungsschaltung 100 und dem Differenzverstärker 86'. Die
Schaltung nach Fig.4 enthält wiederum Korrelatoren, deren Wirkungsweise mit der der Korrelatoren in
F i g. 2 übereinstimmt. Die in den Korrelatoren enthaltenen Elemente sind mit apostrophierten Bezugsziffern
versehen, die mit denen in Fig.2 übereinstimmen. Die
Apostrophierung der Bezugsziffern in Fig.4 erfolgte
lediglich deshalb, weil die Korrelatoren in dieser Anwendung andersartige Eingangssignale zugeführt
erhalten als die Schaltung in F i g. 2. Die Wirkungsweise dieser Schaltung ist an sich durch die Veröffentlichung
»Techniques for Adaptive Equalization of Digital Communication Systems« in »Bell System Technical
Journal«, Februar 1966, Seiten 255 bis 286, bekannt. Das
adaptive Filter 1 in der Fig.4 hat in dem hier dargestellten Beispiel eine spezielle Struktur, und zwar
besteht die Filterbank, wie dies in der vorstehend genannten Veröffentlichung beschrieben wurde, aus
einer Kette von Verzögerungsgliedern mit der Verzögerungszeit T, welche dem Abstand zweier aufeinanderfolgender
gesendeter Zeichen entspricht. Außer den bereits beschriebenen Elementen enthält die Fig.4 ein
Verzögerungsglied 104 mit der Verzögerungszeit NT, dessen Eingang mit dem Ausgang des Differenzverstärkers
86' verbunden ist. Die Ausgangsleitung 131 dieses Verzögerungsgliedes 104 ist mit den einen Eingängen
der in den Korrelatoren enthaltenen Multiplizierer 90' bis 93' verbunden. Der Ausgang der Entscheidungsschaltung 100 ist über die Leitung 200 mit dem Eingang
einer Verzögerungsleitung verbunden, welche aus einzelnen Laufzeitgliedern 110 bis 112 besteht. Die
gestrichelten Leitungen 122 und 123 deuten wiederum an, daß noch weitere, nicht gezeichnete Laufzeitglieder
in die Schaltung entsprechend der benötigten Anzahl an Einstellgliedern im adaptiven Filter 1 eingefügt sind.
Der Eingang des ersten Laufzeitgliedes 110 ist über die
Leitung 140' mit dem zweiten Eingang des Multiplizierers 90' verbunden. Entsprechend sind die zweiten
Eingänge der in den Korrelatoren enthaltenen Multiplizierer 91' bis 93' über Leitungen 141' bis 143' mit den
Ausgängen der Verzögerungsglieder 110 bis 112
verbunden. Zum leichteren Verständnis ist wiederum ein Korrelator gestrichelt umrandet und mit der
Bezugsziffer 130' bezeichnet. Die Ausgangsgrößen Rn
bis Rn der Korrelatoren steuern in bereits erläuterter
Weise fiber die Leitungen 50 bis 53 die im adaptiven Filter 1 enthaltenen Einstellglieder 60 bis 63.
Die Einstellkriterien für die Einstellglieder 60 bis 63 bei den vorstehend anhand der F i g. 1 bis 4 beschriebe-
nen Anwendungen adaptiver Filter wurden hier nur anhand von Beispielen erläutert. Die in den F i g. 2 und 3
dargestellten Schaltungen minimieren den mittleren quadratischen Fehler. Das bedeutet, daß bei der
Schaltung gemäß Fig. 2 das mittlere Quadrat des Restechos auf der Leitung 87 minimiert wird, während
bei der Schaltung von Fig. 3 der im Datensignal enthaltene mittlere quadratische Fehler minimiert wird.
Das entzerrte Datensignal steht am Ausgang 103 zur
κι Verfugung. Im Gegensatz hierzu zeigt die Fig.4 ein
ebenfalls aus der vorstehend genannten Veröffentlichung bekanntes Verfahren zur Minimierung der
Summe der Beträge der Überschwinger in der Impulsantwort, soweit diese durch das Transversalfilter
is erfaßt werden. Selbstverständlich können auch andere
Einstellkriterien zur Einstellung der Einstellglieder 60 bis 63 des adaptiven Fillers I verwendet werden. Alle
diese Einstellkriterien werden aber mit Hilfe von geeigneten Korrelatorschaltungen erzeugt. Mannigfaltige
Einstellkriterien sind an sich aus der Literatur bekannt, und es sollen hier als Beispiele anhand der
Fig.2 lediglich drei Einstellkriterien für adaptive Schaltungen genannt werden: Eine erste Möglichkeit ist
die Minimierung des mittleren quadratischen Fehlers:
D = f f
Wegen
wird als Regelgröße
' = -2 · - f [g(() 4 e(t)- C4
benutzt.
Beim Transversalfilter ist ζ. Β.
und
Xo(I) = φ).
T' ist die Verzögerungszeit eines der im Transversalfilter enthaltenen Verzögerungsglieder. Um D minimal zu
st) machen, soll eigentlich
?D
= 0
sein für alle j(0 < j
< NJt
Diese Größe steht aber im allgemeinen nicht zur Verfügung, sondern nur die durch Gleichung (2)
gebildete Größe.
Hierbei ist fi eine in weiten Grenzen beliebig
wählbare Integrationszeit, g(t) ist eine Störung, welche beispielsweise in der Sprache des an der Zweidrahtleitung
7 (F i g. 2) angeschlossenen Teilnehmers bestehen kann, φ) ist das an der Gabel 4 aufgrund des
ankommenden Signals s(t) (F i g. 2) entstehende Echo, e4 (t) ist das am Ausgang 21 des adaptischen Filters 1
(F i g. 2) auftretende nachgebildete Echo. Der gesamte Ausdruck in der eckigen Klammer in Gleichung (2) ist
die auf der Leitung 87 auftretende Größe. C, ist der
ίο
Wert des zugeordneten Einstellgliedes. Bei Verwen- ermöglichen.
dung eines Transversalfilters wird T' geeignet gewählt, Eine zweite Möglichkeit ist die Minimierung des
um eine eindeutige Nachbildung des Echos zu mittleren Fehlerbetrages:
Regelgröße für C,:
I1
E = ' f Ie(O - e+(f)|df,
- --■ I
'ι J X1U) ■ sgn [g(f) + e(t) - e1 (r)] dt .
sgn e(t) bedeutet das Vorzeichen von e(t), d. h. die Signum-Funktion.
Eine dritte Möglichkeit für die Regelung von C1 ergibt sich durch Anwendung der folgenden Regelgröße für C:;
F. . ö\e(t) - e+{t)\
F(C1) = -sgn ,-
F(C1) = -sgn ,-
- Γ sgn X1(I) sgn [«(ζ) + e{t) - ff(O]dr.
d. h. also eine reine Vorzeichenkorrelation. Das Zeichen »~« bedeutet hier »proportional«. Natürlich werden
alle Q(O < j < /^gleichzeitig und parallel verstellt.
Werden nur Abtastwerte betrachtet, so werden die Integralzeichen durch Summenzeichen ersetzt, X/t)
wird Xjk, φ) wird e*, g(t) wird gt; k ist dabei eine
laufende Zählvariable, welche die Zeit t ersetzt. Bei Verwendung eines Transversalfilters für die Filterbank
wird X,k = Sk-j, Xok = s*.
Es wird dann anstelle der Integration über K Zeichen summiert (k = 1,2 ... K) Die Regelgröße dient dazu, C1
in der Richtung so zu vei ändern, daß die Regelgröße (gemessen über einen Zeitraum ii) für t
> t\ gegen Null geht. Die in den Korrelatoren enthaltenen Integrierer
bzw. Summierer können auch direkt zur Speicherung des jeweiligen Wertes von C1 dienen. Die Regelgröße
geht dann nicht gegen Null, sondern gegen einen konstanten Wert. Die intcgraigrcnzc U wird durch eine
(sehr viel größere) Zeit h ersetzt. Wie dem Vorstehenden zu entnehmen ist, können Störungen g(t) vorübergehende
Abweichungen der jeweils benutzten Regelgröße vom Sollwert hervorrufen. Dies rührt einfach
daher, daß in der Praxis immer nur über einen endlichen Zeitraum hinweg integriert bzw. summiert werden kann,
da Γι endlich ist.
Der Einfluß der Störungen g(t) wird daher nicht ausgemittelt. Dies gilt auch, wenn die Regelgröße für C1
gleichzeitig zur Speicherung des Wertes von C1 dient;
zwar wird der Einfluß dtr Störungen g(t) über die große
Zeit fc hinweg ausgemittelt, aber vorübergehend schwankt die Regelgröße aufgrund der Störungen um
den Sollwert, da eine Veränderung der Regelgröße innerhalb sehr kurzer Zeit möglich sein soll. Das
adaptive Filter soll nämlich etwaige Änderungen des Echos möglichst schnell ausregeln. Die Regelgröße
steuert den Wert von C1 laufend; es kann nicht gewartet
werden bis zum Zeitpunkt k, um erst dann C1 zu
verändern.
Im folgenden soll nur noch das erste Einstellkriterium
betrachtet werden. Alle Überlegungen lassen sich aber sinngemäß auf alle anderen Kriterien übertragen, auch
auf solche Korrelationsverfahren, die hier nicht mehr aufgeführt sind.
Die Einstellung von C, erfolge z. B. stufenweise, Kriterium für die Änderung von C1 um AC1 sei das
Vorzeichen
Tc; * -sgn
+ dt) -
/ ("1D I sen ^ =■
> 0 bedeutet also: IC. < 0 und umcc-
V - t'C,
kehrt Wenn eine Störung auftritt, kann dieses Vorzeichen beeinflußt werden. Man benutzt die ermittelte Information
noch nicht zur Regelung von C1, sondern bildet erst
sgn ---
oder sgn J" Cg(D H- iMO-eMO] X1(I)dt
sgn j^- = sgn j [g(O + e(i) - e+(O] X1(I)(It .
i
ι
Dabei ist r,' > ;,.
Nur wenn
Nur wenn
dD dD1 ( , dD dD"
sgn = sgn -TfT- I oder sgn -^r = sgn
J
J^ J J
(9)
ist, wird C1 um Δ C1 verändert.
Da die Störung g(t) mit X/t) nicht korreliert ist, lassen
sich hierdurch größere Abweichungen der Regelgröße vom Sollwert vermeiden, denn die Wahrscheinlichkeit
einer Änderung von C1 in der richtigen Richtung wird
durch die Überprüfung der Regelgröße in zwei verschiedenen Zeitint srvallen stark erhöht.
Das Verfahren zur Verbesserung des Einstellverhaltens der adaptiven Filter besteht also darin, daß zeitlich
aufeinanderfolgende Werte der Regelgrößen in benachbarten Zeitabschnitten gebildet und bezüglich ihrer
Vorzeichen untersucht werden.
Das beschriebene Verfahren läßt sich generell auch für Schaltungen anwenden, welche eine Regelgröße der
Form
I ,
lim - Γ [g(0 + e[t) - e+(f|] ' XjU) dl (10)
(I
bilden, bei denen also der Integrator auch gleichzeitig als Speicher für die Einstellwerte der Einstellglieder
dient. Hier kann ebenfalls jedesmal das Vorzeichen des neu hinzugekommenen Anteils der Regelgröße kontrolliert
werden. Nur wenn in aufeinanderfolgenden, durch einen geeigneten Hilfstakt Ti bzw. T2 geeignet festgelegten
Intervallen aufeinanderfolgende Vorzeichen gleich sind, wird C1 verändert.
Das anhand der Gleichungen (6) bis (9) erläuterte Verfahren soll nun anhand der Fig. 5 noch näher
beschrieben werden, wobei zunächst angenommen sei, daß die Einstellglieder schrittweise verstellt werden. Die
Schaltung nach F i g. 5 enthält einen Korrelator 130, der mit der gleich bezeichneten gestrichelt umrahmten
Sichaltungseinheit aus F i g. 2 identisch ist. Die im Korrelator enthaltenen Multiplizierer werden wiederum
über die Leitungen 42 und 142 angesteuert. Er liefert auf der Leitung 159 als Ausgangssignal einen Schätzwert
für die partielle Ableitung der Größe D nach dem Einstellwert Cn. Diese Größe wird dem Eingang eines
Vergleichers 150 zugeführt, welcher das Vorzeichen sgn BDZdCn, das hier als Regelgröße für Cn dienen soll,
bildet. Dieses Vorzeichen steht in Form einer Spannung auf der Leitung 158 zur Verfügung. Die zu verschiedenen
Zeitpunkten in Abständen i| ermittelten Vorzeichen werden auf Flip-Flops 152 und 153 mit Hilfe von in der
Fig.6 dargestellten Hilfstakten 170 und 171, die mit 7i
und Ti bezeichnet sind und den Flip-Flops 152 und 153
über Leitungen 155 und 156 zugeführt werden, zwischengespeichert. Der Vorzeichenvergleich kann
leicht mit Hilfe von logischen Schaltkreisen erfolgen, wofür im Ausführungsbeispiel vow F i g. 5 ein sogenannter
Modulo-2-Addierer 154 verwendet ist. Das Ausgangssignal
dieses Modulo-2-Addierers 154 steht auf der Leitung 157 zur Verfugung und stellt das
resultierende Vorzeichenprodukt
sgn BDIdCn ■ sgn dD'/8Cn
dar, welches eine Aussage darüber liefert, ob Gleichung (9) erfüllt ist oder nicht Dieses Vorzeichen steuert einen
Schalter 160, der in diesem Falle auch durch ein logisches Gatter realisiert werden kann. Über diesen
Schalter kann das Vorzeichen der partiellen Ableitung auf der Leitung 158, welches in diesem Fall als
Regelgröße betrachtet werde für die Einstellung des Einstellgliedes 62 in der F i g. 1 mit dem Wert Cn, über
die Leitung 52', 52" auf die Steuerleitung 52 gegeben werden. Nur wenn das Vorzeichen auf der Leitung 157
positiv ist, wird Cn entsprechend sgn 8D/8C„ in der
richtigen Richtung um einen Schritt ACn verändert.
Die Regelgröße für die Einstellung von Cn wird also
nur wirksam, wenn aufgrund der vorstehend beschriebenen Untersuchung mit großer Wahrscheinlichkeit keine
Störungen in den zu korrelierenden Größen enthalten sind.
Wie die vorstehend beschriebene Ableitung zeigt, ist es möglich, daß bei stufenweiser Einstellung der
Einstellglieder zeitlich aufeinanderfolgende Regelgrößen jeweils neu gebildet werden.
Wenn die in den Korrelatoren enthaltenen Integrierer zugleich als Speicher für die Eiiistellwerte der
Einstellglieder verwendet werden, wird die Leitung 52' direkt mit der Leitung 52 verbunden sein, wie dies die
gestrichelte Leitung 201 in Fig. 5 kenntlich macht. Die
ifi auf der Leitung 157 zur Verfügung stehende Größe wird
dann, wie dies wiederum gestrichelt in Fig. 5 angedeutet
ist, über eine Leitung 180 den im Korrelator 130 enthaltenen Integrierer 98 derart steuern, daß sich
dessen Ausgangsgröße nur ändern kann, wenn das
is Vorzeichen auf der Leitung 157 wiederum größer als
Null ist. Sonst wird der Integrierer in der zuletzt erreichten Stellung festgehalten.
Bei dieser Schaltung wird die Leitung 52" in Fig. 5 entfallen. Statt dessen wird die Regelgröße Xn über die
Leitungen 52'", 52' und 52 direkt dem zugeordneten Einstellglied 62 zugeführt.
In der vorstehenden Ableitung und auch in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 wurde bisher angenommen,
daß die Einstellung von Cn stufenweise erfolge und daß Cn während des Auftretens von Störungen
blockiert wird. Dies ist nicht unbedingt erforderlich. Es genügt, die Einstellung der Einstellglieder während des
Auftretens von Störungen hinreichend zu verlangsamen. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß die
Integrationszeit der in den Korrelatoren enthaltenen Integrierer über die Zeitdauer des Auftretens von
Störungen hinweg vergrößert wird.
Bei stufenweiser Einstellung der Einstellglieder kann
demgegenüber diese Verlangsamung der Einstellung
ι«, dadurch erfolgen, daß die Änderung der Einstellwerte
der Einstellglieder in kleineren Schritten vorgenommen wird, daß also die Schrittweite ZlCn verkleinert wird.
Es besteht die Möglichkeit, daß nur eine solche Anordnung, die z. B. an dem am stärksten beeinflußten
Einstellglied angeschlossen ist, welches beispielsweise bei der geschilderten Anwendung gemäß Fig. 2 den
Hauptwert der Echo-Impulsantwort nachbildet, alle Einstellglieder an die jeweiligen Korrelatoren an- oder
abschaltet, d. h., daß sämtliche Einstellglieder nur aufgrund des an einer Regelgröße gewonnenen
Ergebnisse beeinflußt werden. Es kann aber auch für jedes Einstellglied eine eigene derartige Schaltung
vorgesehen werden.
Wenn Cn stufenweise einstellbar ist, kann es
beispielsweise durch den Inhalt eines digitalen Speichers, wie einem Binärzähler oder Flip-Flop, gesteuert
werden. Dann muß für
sgn
ÖD
■ sgn
ÖD'
= -1
einfach dieser Speicher über ein entsprechendes Zeitintervall blockiert werden, um Änderungen von Cn
aufgrund der gestörten Regelgröße zu verhindern. Hierzu dient das Signal am Ausgang des Modulo-2-Addierers
154 in F ig. 5.
Bei Anwendung reiner Vorzeichenkorrelation kann bereits die Integration bzw. Summation in einem
Digitalzähler erfolgen. Oberlauf des Zählers ergibt beispielsweise ACn
< 0, Leerlauf ergibt ACn > 0. Es
müssen nun einfach jeweils zwei aufeinanderfolgende Über- bzw. Leerläufe miteinander versuchen werden.
Wenn ein Überlauf einem Leerlauf folgt oder umgekehrt, wird Cn bis zum nächsten Über- oder
Leerlauf blockiert.
Es ist auch möglich, die Größen ODIbCn und 'OD1IbCn
direkt abzuspeichern ur.i zu vergleichen. Die Flip-Flops
152 und 153 in der Prinzipzeichnung nach F i g. 5 werden
dann z. B. durch Abtasthalteglieder ersetzt und der Mudulo-2-Addierer 154 durch einen Differenzverstärker.
Wenn am Ausgang des Differenzverstärkers bei abgeglichener Schaltung eine Abweichung auftritt,
deren Eetrag größer ist als eine vorgegebene Schranke, so wird Cn bzw. die zugehörige Regelgröße blockiert
oder die Änderung entsprechend verlangsamt. Es wird also jeweils nur der neu hinzukommende Anteil der
Regelgröße kontrolliert. Das Einlaufen der Schaltung wird dadurch zwar verlangsamt, da sich hierbei Cn und
damit auch SDIdCn laufend ändert. Die Einsteilzeit kann
bis auf etwa das Doppelte ansteigen, was aber im allgemeinen in Kauf genommen werden kann.
Es ist in vielen Fällen ohne weiteres möglich, daß die Einstellungen der Einstellglieder bzw. deren Regelgrößen
nicht schrittweise, sondern kontinuierlich verändert werden. Die ursprünglich getroffene Annahme, daß die
Einstellung der Einstellglieder stufenweise erfolge.
wurde nur getroffen, um das Verfahren anschaulich erläutern zu können.
Es kann das beschriebene Verfahren auch auf andere adaptive Schaltungen Anwendung finden, bei welchen
die zu korrelierenden Größen stark gestört sind.
Bei sehr großen Störungen kann das Verfahren in der Weise erweitert werden, daß die Regelgröße in mehr als
zwei aufeinanderfolgenden Zeitintervallen gemessen wird und nur wenn sich immer dasselbe Vorzeichen
ergibt, erfolgt eine Änderung von Cn. Andernfalls wird
die Einstellung von Cn blockiert oder zumindest verlangsamt.
Wenn also bei adaptiven Filtern Störungen eine vorübergehende nichtoptimale Einstellung der Schaltung
bewirken, dann kann dies nach dem beschriebenen Verfahren durch eine fortlaufende Kontrolle der
Konstanz der zur adaptiven Einstellung verwendeten Regelgrößen weitgehend vermieden werden. Bei
hierdurch erkannten Störungen wird die Einsteilung der Schaltung kurzzeitig so lange verlangsamt oder
blockiert, bis die Auswirkung dtr Störungen wieder abgeklungen ist. Dadurch ergibt sich auch eine
erhebliche Verbesserung der Konvergenz und der Stabilität der Einstellung von adaptiven Filtern.
liier/u 3 Mliilt
Claims (8)
1. Adaptives Filter, dessen Ausgangssignale mittels einer Filterbank über durch Regelgrößen
gesteuerte Einstellglieder und einen Summierer gebildet sind und bei dem die Bildung der
Regelgrößen durch Korrelation zwischen entweder von den Ausgängen der Filierbank abgeleiteten
Signalen und vom Ausgang des Summierers ι ο abgeleiteten Signalen oder zwischen verschiedenartigen,
vom Ausgang des Summierers abgeleiteten Signalen erfolgt, insbesondere zur Unterdrückung
von Echos in Weitverkehrsnachrichtenverbindungen oder zur Entzerrung von über bandbegrenzte
Kanäle übertragenen Datensignalen, dadurch
gekennzeichnet, daß die Regelgrößen einer wiederholten Überprüfung auf Auswirkungen von in
den zu korrelitrenden Größen enthaltenen Störsignalen in der Weise unterworfen werden, daß die 2c
zeitlich aufeinanderfolgend gebildeten Werte der Regelgrößen bezüglich ihrer Vorzeichen untersucht
werden und daß bei nicht übereinstimmenden Vorzeichen in benachbarten Zeitabschnitten die
Einstellung der Einstellglieder (60...63) verlangsamt oder blockiert wird.
2. Adaptives Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Korrelatoren (130,
130') enthaltenen Integrierer (96... 99, 96' ... 99') zugleich als Speicher für die Einstellwerte der ^o
Einstellglieder(60 ... 63) dienen.
3. Adaptives Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei stufenweiser Einstellung
der Einstellglieder (60... 63) zeitlich aufeinanderfolgende Regelgrößen jeweils neu gebildet werden. \<,
4. Adaptives Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Integrationszeit der in den die Regelgrößen liefernden Korrelatoren (130, 130') enthaltenen
Integrierer (96... 99,96'... 99) vergrößert wird.
5. Adaptives Filter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der Einstellwerte
der Einstellglieder (60... 63) in kleineren Schritten erfolgt.
6. Adaptives Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei stulenweiser Einstellung
der Einstellglieder (60...63) die Steuerung der Einstellung der Einstellglieder (60 ... 63) durch den
Inhalt eines digitalen Speichers erfolgt, dessen Eingang über den Zeitraum des Auftretens der
Störsignale blockiert wird.
7. Adaptives Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung der für die
Einstellung der Einstellglieder (60... 63) erforderlichen Regelgrößen eine Vorzeichenkorrelation angewendet
wird, daß die zur Korrelation erforderliche Summation in einem Digitalzähler erfolgt und daß
jeweils zwei oder mehr aufeinanderfolgende Überläufe dieses Zählers miteinander verglichen werden.
8. Adaptives Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
sämtliche Einstellglieder nur aufgrund des an einer Regelgröße gewonnenen Ergebnisses beeinflußt
werden.
6 s
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19702060159 DE2060159C3 (de) | 1970-12-07 | 1970-12-07 | Adaptives Filter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19702060159 DE2060159C3 (de) | 1970-12-07 | 1970-12-07 | Adaptives Filter |
Publications (3)
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DE2060159A1 DE2060159A1 (de) | 1972-06-08 |
DE2060159B2 DE2060159B2 (de) | 1977-11-03 |
DE2060159C3 true DE2060159C3 (de) | 1978-06-15 |
Family
ID=5790228
Family Applications (1)
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DE19702060159 Expired DE2060159C3 (de) | 1970-12-07 | 1970-12-07 | Adaptives Filter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
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Families Citing this family (5)
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DE3231047A1 (de) * | 1982-08-20 | 1984-02-23 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Verfahren zur einstellung der koeffizienten eines adaptiven transversalfilters |
FR2556474B1 (fr) * | 1983-12-07 | 1986-09-05 | Trt Telecom Radio Electr | Dispositif de localisation d'un point de reflexion de signal sur une ligne de transmission |
NL8600816A (nl) * | 1986-03-28 | 1987-10-16 | At & T & Philips Telecomm | Adaptief transversaal filter. |
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-
1970
- 1970-12-07 DE DE19702060159 patent/DE2060159C3/de not_active Expired
Also Published As
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DE2060159A1 (de) | 1972-06-08 |
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