DE2126745A1 - Anordnung zur Korrektur von Verzerrungen bei sogenannten "partial-response"-Datensignalen - Google Patents

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT, ", . ' München, den 2 8. MA! ί 97 Berlin und München Witfelsbacherplatz

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Anordnung zur Korrektur von Verzerrungen bei sogenannten "partial-response"-Datensignälen"

Die Erfindung betrifft.eine Anordnung zur Korrektur von linearen Verzerrungen bei der digitalen Datenübertragung unter Anwendung der sogenannten "partial-response"-Technik mit einem Netzwerk, das als Antwort auf einen eingangsseitigen "partial~response"-Impuls an seinen Ausgängen Teilimpulsantworten liefert, mit. Einstellgliedern mit veränderbaren Verstärkungsfaktoren zur V/ichtung der sich als Antwort auf ein eingangsseitiges Datensignal an den Ausgängen des Netzwerks ergebenden Teilsignale und einer Vorrichtung zur Bildung des Ausgangssignales durch Sumraierung aller gewichteten Teilsignale.

Bei der schnellen Übertragung von digitalen Daten führen--" Laufzeit- und Dämpfungsverzerrungen der Verbindung, z.B. eines Fernspreehkanals, zu Verformungen der übertragenen Signale. Diese Verformungen können eine Verfälschung der in den Signalen enthaltenen Information und damit einen fehlerhaften Empfang der übertragenen Nachricht zur Folge haben. Eventuell kann der Empfang der Nachricht, insbesondere bei gleichzeitig vorhandenen starken Rauschstörungen und impulsartigen Störungen, auch überhaupt unmöglich werden. Im Sinne einer optimalen Ausnutzung des Übertragungskanals müssen daher diese Verzerrungen in ihren Auswirkungen auf das übertragene Signal kompensiert werden, d.h. es sind, •für die Entzerrung der übertragenen Datensignale geeignete Schaltungsanordnungen vorzusehen. Auch soweit es sich um Übertragungskanäle gleichen Verwendungszwecks handelt, z.B. Fernsprechkanäle, weisen diese im allgemeinen keine völlig

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gleichen Übertragungseigenschaften bzw. Signalverzerrungen auf. Yielmehr sind diese von Kanal zu Kanal verschieden und können sich darüber hinaus auch zeitlich, d.h. im Verlaufe einer Übertragung ändern. Wünschenswert ist daher eine Entzerrungsvorrichtung, die den jeweiligen Erfordernissen angepaßt werden, kann, d.h. deren Übertragungsfunktion bzw. deren Impulsantworten durch Verwendung variabler Bauelemente einstellbar sind.

Pur die schnelle Datenübertragung über Fernsprechkanäle und in der schnellen Übertragung mittels Puls-Code-Modulation über analoge Koaxial-TF-Breitbandsysteme gewinnt k in neuerer Zeit zunehmend die Verwendung der sogenannten "partial-response"-Technik an Bedeutung. Diese erlaubt eine Signalübertragung mit der STyquist-Rate (zwei Zeichen je Sekunde pro Hertz Bandbreite) und damit eine besonders günstige Bandbreiten-Ausnutzung des Übertragungskanals. Insbesondere verschwindet bei bestimmten Arten von 'partialresponse "-Si'gnalen. der Gleichstrom-Mittelwert, so daß diese vor allem für den Einsatz bei Einseitenbandumsetzung sehr geeignet sind. ... .

Die Ausdehnung der "partial-response"-Signalzeichen über " mehrere Zeichenintervalle, d.h. zeitliche Abstände zwischen je zwei aufeinanderfolgenden Signalzeichen, führt jedoch | zu einer definierten wechselseitigen Beeinflussung der einzelnen Signalzeichen untereinander ("intersymbol interference") Durch die Überlagerung der einzelnen aufeinanderfolgenden "partial-response"-Signalzeichen enthält das Signal am Kanalausgang mehr Amplitudenstufen, als der Anzahl der möglichen zu übertragenden Impulsamplituden entspricht. Dies bedingt entsprechend eine höhere Empfindlichkeit des Systems gegen Störungen und lineare Verzerrungen, wodurch der Einsatz automatischer Entzerrer-hier besonders wichtig ist.

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In der neueren Literatur sind verschiedene Verfahren für die Realisierung solcher Entzerrer "beschrieben. Wegen der durch die besondere Signalform bedingten Korrelation zwi-■ sehen den aufeinanderfolgenden Zeichen ergeben sich bei den meisten dieser Verfahren Probleme für den Abgleich des Entzerrers. Durch die Korrelation wird nämlich eine Verkopplung der zur Einstellung der einzelnen Signalkomponenten dienenden Schaltungselemente des Entzerrers, der sogenannten Einstellglieder, während des Einlaufens, d.h. während des Abgleiche, bewirkt, so daß dieser langwierig und bei sehr starken Verzerrungen eventuell sogar überhaupt unmöglich wird. '.-.".

Eine für "partial-response"-Signale geeignete Entzerreranordnung ist z.B. beschrieben in der Deutschen Offenlegungsschrift 1 929 817* bei der eine Reduzierung der Verkopplung der einzelnen der mit Abgriffen versehenen Laufzeitkette naehgeschalteten Einstellglieder dadurch versucht wird, daß zur Einstellung der Koeffizienten eine Linearkombination meßtechnisch zugänglicher Erwartungswerte für diese gebildet wird. Eine völlige Entkopplung ist auf diesem Wege nicht möglich. Auch erfordert eine Realisierung dieser Anordnung erheblichen Aufwand.

Eine andere Möglichkeit wird in der Holländischen Offenlegungsschrift 6 812 898 vorgeschlagen, bei der eine automatische Voreinstellung eines Entzerrers mit Hilfe von einzelnen "partial-response^-Signalzeichen erfolgt, d.h. vor der eigenlichen Übertragung der Nachricht über das Übertragungsmedium wird das Entzerrungsnetzwerk am Empfangsort mit Hilfe von Testsignalen so eingestellt, daß jede bei diesen festgestellte Verzerrung minimiert wird- Nachteilig ist hierbei jedoch, daß eventuelle Veränderungen des Übertragungskänals während der eigentlichen Nachrichtenübermittlung nicht berücksichtigt werden bzw. zunächst wieder eine

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Übertragung von Testimpülsen notwendig machen.

. Auch hier ist eine Verkopplung der Einstellglieder beim Einlaufen des Entzerrers nicht zu vermeiden.

Während bei den bisher beschriebenen Beispielen versuchtwird, verzerrte "partial-response"-Signale durch Zufügen von zeitverschobenen, ebenfalls verzerrten."partial-response-Signalen so zu verändern, daß wieder verzerrungsfreie "partialresponse"-Signale" entstehen, wird von Gibson in "A Highly Adaptive 9600/4800 bps Data Modem For Vöice-Band Telephone Channels" (1970 IEEE Intern. Conf. on Comm., San Francisco, Digest of papers, Vol. 1, Seiten 12-1 bis 12-6) eine andere Methode beschrieben, die darauf beruht, daß das "partial-response "-Signalzeichen selbst als verzerrtes Signal betrachtet wird, d.h. man behandelt dieses nach Beseitigung vorhandener Vorschwinger mit Hilfe eines adaptiv einstellbaren nichtrekursiven Transversalfilters als aus dem richtigen, unverzerrten Signalimpuls und unerwünschten Nachschwingern zusammengesetzt. Diese Nachschwinger werden rekursiv entzerrt. Die Anordnung ermöglicht die Korrektur der Nachschwinger ohne gegenseitige Verkopplung der Einstellg-lieder, hingegen ist eine entsprechende Korrektur der Vorschwinger ohne Verkopplung der Einstellglieder dabei wiederum nicht möglich.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, durch eine geeignete Entzerrerstruktur die voneinander unabhängige Veränderung der Einstellglieder und damit ein sicheres und schnelles Abgleichen des Entzerrers in Übertragungssystemen nach dem "partial-response"-Konzept zu ermöglichen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die

Teilimpulsantworten h^\ \S²\ ...h^, .. .h^ⁿ⁺¹ ^ an den n+1 Abgriffen einer eingangsseitig mit einem "partial-respon se"-Impuls beschickten Filteranordnung (11) über Bewertungsele mente (12) mit jeweils definiertem konstantem Verstärkungsgrad (b|³9 in der Weise den Einstellgliedern (20) vorgeschalteten Summierern (13) zugeführt sind, daß die von den Summierern ge-

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bildeten, an den Eingängen der Einsbellglieder. (20) liegen-

- *(λ\ *(2) *( i) *(n+^J\) den Teilimpulsantworten" h^{1 u;}, h >*^;, .. .h ^KOJ, .. .h ^v ' als lineare Kombination der an dem jeweils zugehörigen Abgriff sowie den weiteren Abgriffen der Filteranordnung gegebenen Teilimpulsantworten hA^' ; h\™' ein orthogonales Punktionensystem bilden. "

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß die leiteranordnung 11 aus einer Verzögerungsleitung bzw. einer aus diskreten Verzögerungselementen gebildeten Verzögerungskette besteht, deren Abgriffe jeweils in einem der Zeitspanne T zwischen je zwei aufeinander folgenden Signalimpulsen entsprechenden Abstand voneinander angeordnet sind.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist die Einstellung der Bewertungselemente 12 bezüglich des Verstärkungsgrades b-, ^' so gewählt, daß die an den Eingängen der Einstellglie-

*(1) *(2) *(i) der 20 liegenden Teilimpulsantworten h ^{v y}, h ^v , . ..h'^VfJ/,

* ( n+1)
...h ^v ' unter Berücksichtigung der mittleren Verzerrungseigensctiaften des Ü-bertragungskanals 4 ein näherungsweise orthogenales Eunktionensystem bilden.

Die Wirkungsweise der Erfindung ergibt sich aus der nachfolgenden Beschreibung, die anhand von Ausführungsbeispielen unter Verwendung der unten aufgeführten Abbildungen die Erfindung näher erläutert. Es zeigen: .

Fig. 1 "partial-response"-Impuls der Klasse IV,

Fig. 2 Betrag des Frequenzganges eines Filters, das als Antwort auf einen. Dirac-Impuls den in Fig. 1 dargestellten Impuls liefert,

Fig. 3 mit a bewertete, durch Tastung in den Hauptwerten schematisierte "partial-response"-Impulsantwort

Fig. 4 den grundsätzlichen Aufbau eines in "partial-response"-Technik arbeitenden Übertragungssystems mit Entzerrer,

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Pig. 5 prinzipielle Struktur eines Entzerrers, -

Pig. 6 Entzerreraufbau gemäß der Erfindung mit Vorrichtungen zur Orthogonalisierung der Teilimpulsantworten an den' Abgriffen der Filteranordnung,

Fig. 7 einen einfachen Entzerrer mit sechs Abgriffen gemäß der Erfindung

Fig. 8 Impulsdiagramm zur Erläuterung des in Fig. 7 dargestellten Entzerrers,

Fig. 9 eine symmetrisch aufgebaute Variante eines Entzerrers mit sechs Abgriffen gemäß der Erfindung.

Das 'partial-response"-Konzept wurde eingeführt zur Beschreibung digitaler Übertragungssysteme, in welchen sich die Antwort des Kanals auf ein einzelnes Zeichen in einer definierten Weise über mehr als ein Zeichenintervall erstreckt. Dies führt, wie bereits oben erwähnt, zu definierter, wechselseitiger Beeinflussung der aufeinander folgenden Zeichen ("intersymbol interference"). Anwendungen für solche Signale ergeben sich einerseits bei .der schnellen Datenübertragung, andererseits bei der Übertragung mittels Puls-Code-Modulation über analoge Koaxial-Breitbandsysteme»

Zum besseren Verständnis seien zunächst die Eigenschäften der "partial-response"-Signale erläutert. Hierbei soll im folgenden nur von "partial-response"-Signalen der Klasse IV die Rede sein.. Alle Überlegungen lassen sich jedoch leicht auch auf andere Arten von "partial-response"-Signalen übertragen.

In den nachfolgenden Gleichungen sei Cu die Kreisfrequenz, T der Abstand zweier aufeinanderfolgender gesendeter Zeichen, j die imaginäre Einheit. Gibt man auf den Eingang eines idealen Tiefpasses mit der Grenzfrequenz

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einen Dirac-Impuls, so erhält man am Ausgang eine Impulsantwort der Form

• sin §

-f.

wobei die Größe t die laufende Zeitvariable und d eine Konstante darstellt. Wird nun das Fre(juenzspektrum dieses Signals multipliziert mit der Größe .

ί^ωΤ} . (5) ■

so ergibt die Fourier-Rücktransformation (Anwendung des Verschiebungssatzes) eine Summe zweier zeitverschobener Impulsantworten der Gattung /sin χ ν, von denen die eine umgepolt ist:

ein ·■£ (t + T) sin i (t - T)

Die durch Gleichung [a] beschriebene Impulsantwort g(t) ist in Fig. 1 abgebildet, das resultierende Frequenzspektrum zeigt Fig. 2. Wie daraus ersichtlich, wird das Spektrum des in Fig. 1 dargestellten Signals durch eine Sinus-Halbwelle beschrieben. Ein Filter mit einer Übertragungsfunktion entsprechend Gleichung [3] und damit einem Betrag des Frequenzganges gemäß Fig. 2 liefert also die in Fig. 1 dargestellte Dirac-Impulsantwort, welche im folgenden, als "partial-response"-Impuls bezeichnet werden soll.

Die Realisierung eines solchen Filters kann näherungsweise ■z.B. so erfolgen, daß das Ausgangssignal eines geeigneten Tiefpasses um die Zeit 2T verzögert und von dem unverzögerten Ausgangssignal subtrahiert wird. Die derart erzeugten "partialresponse"-Signale durchlaufen den tibertragungskanal. Am Aus-

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gang des Übertragungskanals sollen nun ebenfalls wieder "partial-response"-Signale erscheinen, welche zumindest zu gewissen Zeitpunkten unverzerrt sein sollen. Da das Signalspektrum bei den Frequenzen 0 und f , also an den . Bandgrenzen des Übertragungskanals Nullstellen aufweist, ist diese Technik besonders unempfindlich gegen Verzerrungen an den Grenzen des Durchlaßbandes. Dies ist ein wesentlicher Vorteil, da dort die Verzerrungen in der Regel am stärksten sind.

Die angegebene Formung des Frequenzspektrums erlaubt die Übertragung von zwei Zeichen je Sekunde pro Hertz Bandbreite (Nyquist-Rate), wobei die einzelnen Zeichen in Abständen . der Dauer T aufeinander folgen. Die zugehörige Impulsant- ψ ' wort g(t) erstreckt sich über mehrere Zeiträume T. Eine Folge von derartigen Signalen jeweils im Abstand T weist aufgrund der wechselseitigen Überlagerung 2N-1 verschiedene Amplitudenstufen, darunter den Wert 0 auf, wenn IT die Zahl der möglichen positiven und negativen Amplitudenwerte der Impulsantwort g(t) bedeutet. Bei einem vier Stufen umfassenden "partial-response "-System ergibt sich damit z.B. ein siebenstufiges Signal auf dem Übertragungskanal. Das Signal enthält im Mittel keine Gleichkomponente, was den Einsatz von Einseitenband- Amplitudenmodulation sehr erleichtert.

Bei synchroner Datenübertragung genügt für die Beschreibung die Betrachtung der Amplitudenwerte zu den Abtastzeitpunkten tj^. = t_Q + kT, mit kr.als laufender ganzzahliger Zähl variabler, so daß die Impulsantwort schematisiert wie in Fig. 3 dargestellt werden ^kann, wobei die Ausgangszeit t so gewählt sein muß, daß die Abtastung der Impulsantwort stets in den Hauptwerten, d.h. bei den maximalen Werten erfolgt. Eine solche schematisierte Impulsantwort läßt sich aus dem Signal nach Fig. 1 mif Hilfe eines Abtast-Haltekreises leicht herstellen.

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Im folgenden sei immer vorausgesetzt, daß die Amplitudenwerte a_k der zu übertragenden Zeichenfolge linear statistisch unabhängig voneinander, d.h. unkorreliert seien. Es muß demnach also Zufallstext oder zufallstextähnlicher Text übertragen werden bzw. gegebenenfalls die Vorcodierung geeignet erfolgen. Dann gilt:

für k = 1 ₍₅₎

a-, - —
^x (O f ür k

Das im folgenden betrachtete "partial-response"-Übertragungssystem sei gemäß Fig. 4 aufgebaut. Die von dem Datensender 1 abgegebenen Daten gelangen zunächst an einen Codierer 2, in dem sie in eine Folge im zeitlichen Abstand T aufeinanderfolgender Rechteckimpulse verschiedener Amplitude umgewandelt werden. An dieser Stelle kann außerdem ggf. eine Umcodierung auf zufallstextähnlichen Text erfolgen, damit Gleichung £5] erfüllt ist. Die Rechteckimpulse werden darauf an den Eingang eines Umformers 5 gegeben, der für jeden Rechteckimpuls ein*en "partial-response-"-Impuls entsprechender Amplitude erzeugt. Dieser Umformer kann z.B., (derartige Anordnungen sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt), wie bereits oben erwähnt, aus einem Filter," einem Verzögerungselement und einem Subtrahierer bzw. Differenzverstärker gebildet sein.

Die entstehende Folge sich überlagernder "partial-response"-Impulse gelangt auf den Eingang des Übertragungskanals 4. Am Ausgang des Kanals auf der Empfängerseite ist der Entzerrer 5 angeordnet, der das empfangene, durch die Übertragungseigenschaften des Kanals verzerrte Signal regeneriert und über mit den sendeseitigen Vorrichtungen korrespondierende Empfängervorrichtungen 6 bzw. 7 zur Rücktransformierung und Decodierung auf den Datenempfänger 8 gibt,·

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Ein Beispiel für den möglichen Aufbau eines in einer Anordnung gemäß Fig. 4 vorzusehenden Entzerrers ist aus Fig.5 ersichtlich. Das über den Übertragungskanal auf die Empfängerseite gelangende Signal y_E(t) wird in einem Netzwerk 10 zunächst in eine Anzahl von Teilsignalen x^ (t), „. .x . (t) zerlegt. Dieses Netzwerk besteht bei bekannten Entzerreranordnungen aus einer Reihe in Serie bzw. eingangsseitig parallel geschalteter Filter mit gleicher oder ggf. je nach Anordnung im -Gesamtnetzwerk verschiedener Übertragungsfunktioni . In einer als Transversalfilter bekannten, besonders einfachen und vorteilhaften Ausführung besteht das Filternetzwerk aus einer Anzahl η in Reihe angeordneter Verzögerungsglieder der t Verzögerungszeit T mit einer entsprechenden Anzahl von mit dem. Eingang oder Ausgang je eines Verzögerungsgliedes verbundenen Abgriffen. Jeder dieser n+1 Abgriffe ist über ein Einstellglied 2Oj zur Wiehtung des jeweiligen Teilsignals x^'(t) mit dem Faktor c . an den Summierer 30 geführt-, dessen Ausgang zugleich den Ausgang des Entzerrers darstellt und das nach Maßgabe der Einstellung der Einstellglieder entzerrte Signal y_A(t) abgibt. Meist werden bei bekannten Anordnungen in den Hauptwerten jeweils im zeitlichen Abstand T getastete Signale in Form von Amplitudenwerten y-g^ mit k als laufendem Index für den Abtastzeitpunkt t, = t -f kT zur Verarbeitung gelangen.

Jl O

Damit erhält man entsprechend an den Abgriffen die Teilsignalwerte x, , ...x,^ⁿ⁺ ' bzw. am Entzerrerausgang die Sig-' nalgröße

Am Ausgang des dem Kanal nachgeschalteten, noch nicht richtig eingestellten Entzerrers erscheine als Antwort auf einen sendeseitigen "partial-response"-Impuls g(t) die verzerrte Impulsantwort h(t). Das empfangene Signal y.(t) besteht dann aus einer großen Anzahl zeitlich in Abständen T aufeinanderfolgender, mit Faktoren a. bewerteter Antworten h(t), wobei i den laufenden Index der im zeitlichen Abstand T aufeinanderfolgenden ·"partial-response"-Impulsantworten dargestellt:

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y_A(t) = a_oh(t) + a.,h(t-T) + a₂h(t-2T) + ...

a^it+I) + a__ph(t+2T) + ... = 2_ a.h(t-iT)

^c i=-co

Wird dieses Signal ntir zu den Abtastzeitpunkten t, = t + kT betrachtet, wobei -O0<k< +00 sei, so gilt:

+ oO .

yAk's= y(t + kT) -= > a.h(t + kT - iT) = ) a.h, ., ο ζ ι ο / χ κ:-ι

±--oo i=-oo

Die Einstellung der Einstellglieder erfolgt in bekannter Yfeisermittels unter Verwendung der verzerrten Signale gebildeter Kriterien. Insbesondere bei digitaler Realisierung ist, vor allem bei zu erwartender starker Verzerrung, das Kriterium zur Minimierung des mittleren quadratischen Fehlers besonders wirkungsvoll. Mit y. als m-tem, getastetem Signal-Realwert und ζ als zugehörigem Signal-Sollwert ergibt sich als mittlerer quadratischer Fehler

- s_m)², ' t8)

wobei K eine für die Mittelwertbildung ausreichende große Zahl.darstellt. Mit 3 als laufendem Index der Abgriffe des Filternetzwerkes 10 bzw. der Einstellglieder 20 folgt daraus als unmittelbar- für die Abstimmung der Einstellglieder geeignetes Kriterium das partielle Differential:

2 K
⁵ m=1

Ausgehend von dieser Beziehung läßt sich unter der Voraussetzung quasistationärer, d.h. vom Index m unabhängiger

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Einstellgrößen c. sowie unter der Voraussetzung unkorrelierter Zeichenfolgen, d.h. der Gültigkeit der BeZiehung/~5j zeigen, daß das partielle Differential 4— unabhängig von al-

0 c

len Stellgrößen ο_Ί für l/j ist, wenn die¹ an den Abgriffen

(1 ) des Filternetzwerkes abgegebenen Teilimpulsantworten h. ', .■.■.ηΛ'^η+ ' "orthogonal sind, d.h. wenn, wie im folgenden noch näher erläutert, mit A als konstanter Größe gilt:

■ i=-oo

Damit erhält man nämlich durch entsprechende Umformung die ^ Beziehung: -

—~ = 2c.a · A - L· > ζ χ ^) (-I₁)

d ^C ή 3 *■ ^{m m}

Diese Gleichung weist aber auf der rechten Seite keine c-, für l/j mehr auf. Es läßt sich somit eine voneinander unabhängige Einstellung der Einstellglieder 2Oj erreichen, sofern die ihnen zugeführten Teilimpulsantworten ein or.thogonales Zeitfunktionensystem bilden.

Zur Orthogonalisierung von Zeitfunktionen ist das Verfahren von Gram-Schmidt "bekannt, wie es z.B. in der Veröffentlichung "Zur Theorie verallgemeinerter Verzweigungsnetzwerke mit ungleichen Teilgliedern" von W. Rupprecht in ΪΓΤΖ 1970, Heft 6, Seiten 284 ff. beschrieben wird. In einer speziellen Weiterentwicklung des dort dargelegten Prinzips läßt sich eine Orthogonalisierung der den Einstellgliedern zugeführ.ten Teilimpulsantworten in Entzerreranordnungen gemäß Fig..5 für ⁿpartial-respönse"-Übertragungssysteme dadurch erzielen, daß das Filternetzwerk 10 entsprechend Fig. 5 aus einer FiI-■ terkette, vorzugsweise einer Verzögerungsleitung 11 gemäß

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Fig. 6 rait η Verzögerungsgliedern jeweils der Verzögerungszeit T sowie einem mit den n+1 Abgriffen der Filterkette verbundenen Verknüpfungsnetzwerk besteht, in dem die von den Abgriffen der Filterkette abgegebenen Teilimpulsantv/orten h- , ...ηΛ^η+ ' über V/ichtungselemente 12 und Summierglieder 13 in der Weise kombiniert werden, daß sich an den n+1 Ausgängen der Summierglieder 13 die orthogonalisierten Teilimpulsantworten h. ^ ', ...h. ^¹¹⁺ ' ergeben.

Die Orthogonalität bleibt bei Funktionen auch erhalten, wenn eine der betrachteten Funktionen mit einem konstanten Faktor · multipliziert wird. Hierdurch ändert sich im betrachteten Fall lediglich der Faktor A in Gleichung /fioj bzw. Gleichung ΓΊ 1J . Es ist beispielsweise möglich, obwohl keineswegs notwendig, die resultierenden orthogonalen Impulsantworten orthonormal zu machen, also die Größe A als Einheit zu wählen. . -

Das Skalarprodukt (h ^v ', h ^w^) zweier Zeitfunktionen

h*( ¹^Ct) und h*^(t) mit l/j, lautet:

.y

h*⁽¹⁾(t) · h*⁽J'(t) dt (12)

Verschwindet dieses Skalarprodukt, so sind die beiden Funktionen zueinander orthogonal. Wenn nur Abtastwerte betrachtet werden, so genügt es, entsprechend die Beziehung

(13)

zu betrachten.

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Ausgehend von obiger Beziehung [13J muß gelten:

_(h (I), _h

_h. (U_h.

für 1/3

(U)

Bildet man nun

JL₁₁Cd) .

wobei die Summe alle Indexwerte ρ < j umfassen soll und

b ^v °' den Paktor zur Wichtung der orthogonalisierten Teilimpulsantwort des Filterausgangs mit dem Index ρ zur Orthogonalisierung der Teilimpulsantwort am Pilterausgang mit dem Index j darstellt, weiter die Gleichung

4. CO

*(1) *( i h. ^u;h. ^u

1 1

i=_eo

*(1) (i) X *(i) X *fl} *(ό)

ι.¹ V³-λΐρ |—^i ^hi

(16)

so erhält man mit der Bedingung 1/j als Bestimmungsgleichung

für die Wichtungsfaktoren b-, ^Vd/ unter Berücksichtigung von

Gleichung [ 14-]

+ oO

X=-oo

) beziehungsweise

*(J) - 1 l A

(17)

(18)

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Pur eine Entzerreranordnung mit beispielsweise sechs !Filterabgriffen, d.h. n=5, ergibt die Berechnung unter Anwendung •der Gleichungen \jÄ\ , [15J und

^UJ- O;

■k *(4)_{= 0}. _b

b *⁽⁵⁾- 0· b *⁽⁵⁾- 0· b*(5)__2, _b*(5)_₀.

₀. _b*(6)_₀. _b *(6)_ _ 2. _b *(6)_

Bei den hier ermittelten Zahlenwerten ist zu beachten, daß sich aus Gleichung 14 für jede orthogonalisierte Impulsantwort ein anderer Wert A ergibt. Wird die Amplitude des am Entzerrereingang angelegten "partial-response"-Impulses als Einheit gewählt, so folgt bei Qrthogonalisierung in der Reihenfolge der Abgriffe des Filters 11 mit Gleichung [15] '·

_{h h+} \y _h+ ^) (20)

Als resultierende Faktoren b,^³' zur Wichtung der Teilimpuls antwort am Filterabgriff mit dem Index 1 zwecks Orthogonalisierung der Teilimpulsantwort des Filterabgriffs mit dem Index 3 ergeben eich daraus unmittelbar:

"VPA 9/240/1001 . - 16 -

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b !

^D2 2

3 . (21)

h⁽⁵4

b⁽⁶⁾-1

•2 3

Diese Zahlenwerte geben die an den V/ichtungselementen einzustellenden Verstärkungsfaktoren für eine Entzerreränordnung mit sechs Filterabgriffen n=5 an, wie sie in Fig. 7 dargestellt ist. Die sich ergebende Entzerrerstruktur ist offensichtlich sehr einfach und kann ohne weiteres auch mit einer größeren Anzahl von Abgriffen verwirklicht werden, wobei lediglich Summierer mit entsprechend mehr Eingängen vorzusehen sind. Fig. 8 zeigt die schematisierten, nicht orthogonalisierten Teilimpulsantworten 100, ...105 an den Abgriffen der Verzögerungsleitung 11 und die zugehörigen orthogonalen Teilimpulsantworten 100, 101, 106, ...109 entsprechend obiger Rechnung.

In bestimmten Fällen kann es von Interesse sein, einen der in der Mitte liegenden Abgriffe der Filterkette als Bezugsabgriff zu wählen. Da die Reihenfolge, in der die Abgriffe orthogonalisiert sind, beliebig gewählt werden kann, d.h. der Orthogonal!.sierungsindex j in Gleichung fi5j den n+1 Filterabgriffen in beliebiger Reihenfolge fortlaufend zugeordnet werden kann, lassen sich auch andere Entzerrerstrukturen, wie z.B. die in Fig. 9 gezeigte Variante eines symmetrisch aufgebauten Entzerrers mit sechs Filterabgriffen problemlos realisieren, so daß unabhängig von der jeweiligen Wahl des Bezugsabgriffes die den Einstel.lgliedern zugeführten Teilimpulsantworten ein Orthogonalsystem bilden und damit eine wechselseitige Beeinflussung der Einstellglieder untereinander weitgehend ausgeschlossen ist.

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Offensichtlich ist bei der Anwendung eines Transversalfilters als Entzerrer das beschriebene Verfahren besonders vorteilhaft einsetzbar, da.die orthogonalen Teilimpulsantv/orten'h ^w' als lineare Kombinationen der an dem jeweils zugehörigen Abgriff sowie den in mehrfachen der zweifachen Zeitspanne T zwischen zwei aufeinanderfolgenden Signalimpulsen entsprechenden Abständen liegenden Abgriffen des Filternetzwerkes gegebenen Teilimpulsantworten h^ ' gebildet werden. Es muß also nicht jeder Abgriff der Verzögerungsleitung mit jedem anderen Abgriff der Verzögerungsleitung zum Zwecke der Orthogonalisierung verknüpft werden, wie dies bei Einsatz anderer Filternetzwerke in der Regel der Pail sein wird. .·.

Die bisherigen Betrachtungen bezogen sich auf ein verzerrungsfreies System, bei welchem am Entζerrereingang ein unverzerrter "partial-response"-Impuls. liegt. In der IraxLs liefert der zwischengeschaltete Übertragungskanal mehr oder weniger starke Verzerrungen, welche auch bei Übertragung von Zufallstext eine gewisse Verkopplung zwischen den Einstellgliedern bewirken, da die Teilimpulsantworten des Systems an den Ausgängen der Summierglieder 13 in Pig. 6 dann nicht mehr orthogonal sind. Diese Verkopplung wird aber in einer Entζerrerstruk tur gemäß der Erfindung wesentlich geringer ausfallen als bei bekannten Entzerrern, da der durch die Form des unverzerrten "partial-response"-Impulses bewirkte Anteil der Verkopplung beseitigt ist. Der Entzerrer wird daher besser und schneller anzupassen sein als andere bekannte Anordnungen. Durch Berücksichtigung der meßbaren mittleren Verzerrungseigenschaften des Übertragungskanals bei der Örthogonalisierung ist es schließlich möglich, daß auch bei verzerrt ankommenden Signalen die Örthogonalisierung optimal erfolgt.

Der vorliegenden Beschreibung lagen "partial-response"-Signale der Klasse IV nach der Veröffentlichung "Binary Data . _:-

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~ ¹⁸~ -_: '"■ 21267 AB

Communication by Partial Response !Transmission" von.E.R. Kretzmer in-1955 IEEE Communications Conderence Record zugrunde. Selbstverständlich lassen sich, alle geschilderten Überlegungen ohne weiteres auch auf andere Klassen von "partial-response"-Signalen übertragen, wie sie beispielsweise in der genannten Veröffentlichung beschrieben worden . sind. . =

Wie bereits zuvor schon erwähnt, ist der Erfindungsgedanke nicht beschränkt auf Transversalfilter, d.h. Entzerreranordnungen, die Verzögerungsleitungen enthalten, sondern bei allen Arten von Pilterbänken TT in Anordnungen nach Pig. 6, beispielsweise bei sogenannten "Laguerre—Netzwerken sowie bei anderen Verzweigungsnetzwerken mit mehreren Ausgängen gleichermaßen anwendbar.

Da die Orthogonalisierung der Signalgrößen an den Ausgängen der Filterbank durch Linearkombtnation dieser""Größen erfolgt, unterscheidet sich die Anordnung gemäß der Erfindung, in der Qualität der Entzerrung nicht von üblichen Entzerrern. Die Einstellung ist jedoch wegen der weitgehenden Unabhängigkeit der Einstellglieder voneinander bei der erfindungsgemäßen Entzerreranordnung sehr viel schneller möglich. Daraus folgt auch eine Verbesserung des Konvergenzverhaltens nach diesem Prinzip aufgebauter Entzerrer, so daß ein Einsatz besonders bei stark verzerrten Signalen interessant erscheint. Eine adaptive Einsteilung der Einstellglieder des Entzerrers, d.h. der Koeffizienten c. kann nach bekannten Methoden erfolgen, z.B. xuxter Anwendung von Gleichung

3 Patentansprüche
9 Figuren

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Claims (3)

1. Patentansprüche

   1, Anordnung zur Korrektur von linearen Verzerrungen frei der digitalen Datenübertragung unter Anwendung,der sogenannten "partial-response"-Technik mit einem Netzwerk (10), das als Antwort auf einen eingangsseitigen "partial-response"-l7iipuis

   " * f 1 Ί * Γ ? Y an seinen n+1 Ausgängen Teilinpulsantworten (h ^{v J}, h ^K ',

   liefert, mit Einstellgliedern (20) mit veränderbaren Verstärkungsfaktoren (c. , Cp, ...e., zur Wichtung der sich als Antwort auf ein eingangsseitiges Datensignal (y-r.) an den Ausgängen des Netzwerkes ergebenden Teilsignale (χ*· , χ , ...χ ') und einer Vorrichtung (30) zur Bildung des Ausgangssignals ("y.) durch Summierung aller gewichteten Teilsignale, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilimpulsantworten (hV , Ir²', ...Ir¹', . ..lrⁿ⁺ ') an den n+1 Abgriffen einer eingangsseitig mit einem "partial-response"-Impuls beschickten Filteranordnung (11). über Bewertungselemente (12) mit jeweils defoniertem konstantem Verstärkungsgrad (b,^v in der Y/eise den Einstellgliedern (20) vorgeschalteten Summierern (13) zugeführt sind, daß die von den Summierern gebildeten an den Eingängen

   * ί 1 } der Einstellglieder (20) liegenden Teilimpulsantworten (h ^ ', h*' , ...h ^³', ...h ^ⁿ⁺ 0 als lineare Kombination der an dem jev/eils zugehörigen-Abgriff sowie den weiteren Abgriffen der Filteranordnung gegebenen Teilimpulsantworten (Ir ^'; h ein orthogonales Funktionensystem bilden.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzei chnet, daß die-Fi-It eranordnung (11) aus einer Verzögerungsleitung bzw. einer aus disloeten Verzögerungselementen gebildeten Verzögerungskette besteht, deren Abgriffe jeweils in einem der Zeitspanne (T) zwischen je zwei aufeinanderfolgenden Signalimpulsen entsprechenden Abstand voneinander angeordnet sind.

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3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch- gekennzeichnet, daß die Einstellung der Bewertungseleniente (12) bezüglich des Verstärkungsgrades (ΐ>η ^ ) so gewählt ist, daß die an den Eingängen der Einstellglieder (20) liegenden Teilimpulsantworten (h*^¹', h*'²^, ...h*^', ...h ^ ') unter Berücksichtigung der mittleren Verzerrungseigenschaften des Übertragungskanals (4) ein näherungsweise orthogonales Punktionensystem bilden.

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