DE2257929A1

DE2257929A1 - Empfangsanordnung und verfahren zur entzerrung uebertragungsgangbeeinflusster codierter daten

Info

Publication number: DE2257929A1
Application number: DE2257929A
Authority: DE
Inventors: Hisashi Kobayashi; Donald Tao-Nan Tang
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1971-12-27
Filing date: 1972-11-25
Publication date: 1973-07-12
Also published as: JPS4877707A; US3792356A

Description

Amtliches Aktenzeichen:

Neuanmeldung

Aktenzeichen der Anmelderin: YO 971 026

Empfangsanordnung und Verfahren zur Entzerrung übertragungsgangbeeinflußter codierter Daten

Die Erfindung betrifft eine Empfangsanordnung entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zur Entzerrung über einen übertragungsgangbeeinflußten Nachrichtenkanal übertragener und verzerrter codierter Datensignale sowie ein entsprechendes Entzerrungsverfahren.

Es wird eine Empfangsanordnung zur Entzerrung durch einen Kanalübertragungsgang hervorgerufener Verzerrungen und ein entsprechendes Korrelationspegel-Codierverfahren beschrieben, bei dem der Hauptentzerrer und der Quantisierer innerhalb eines Umkehrfilters angeordnet sind. Der vorgesehene Hauptentzerrer dient in erster Linie der Entzerrung von Signalverzerrungsimpulsen, die den empfangenen Nutzsignal-Hauptimpulsen nachfolgen. Entsprechend einem weiterführenden Gedanken der Erfindung kann ein Entzerrer für den Hauptimpulsen voranlaufende Verzerrungsimpulse am Eingang der Empfangsanordnung in solchen Fällen zusätzlich vorgesetzt werden, in denen voranlaufende Zwischensignaluberlappungen nicht vernachlässigbar sind. Wenn nur eine relativ geringe Zahl von voranlaufenden überlappungswerten gegeben ist, kann ein gewisser Umfang der Voranläuferentzerrung im Umkehrfilter der Hauptempfangsanordnung untergebracht werden. Die beschriebene Empfangsanordnung hat ein weites Verwendungsfeld und arbeitet ausgezeichnet

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mit einer Vielzahl korrelativer Codierschemen. Der vorgesehene Hauptentzerrer kann entweder fest eingestellter Art sein oder mit automatischen Voreinstellungen oder auch mit Nachstellungen entsprechend dem Stande der Technik arbeiten. Die Quelle korrelativ codierter Daten mit unerwünschten Zwischenzeichenüberlappungen, die entweder vom Kanalübertragungsgang oder von Störungseinflüssen herrühren, kann entweder eine übertragungsleitung oder auch ein magnetisches Aufzeichnungs- und Wiedergabesystem mit NRZI-Technik sein.

Der Zweck solcher Entzerrer bei der digitalen Datenübertragung ist in erster Linie die Schaffung zuverlässig arbeitender übertragungssysteme bei hoher Datenübertragungs-Folgegeschwindigkeit. Dies liegt auf der Hand, da in der Regel die Datenübertragungskanalkosten von der Belegungszeit abhängen, unabhängig von der maximal möglichen Übertragungskapazität. Um die Kanalbelegungszeit möglichst wirtschaftlich auszunutzen, muß die Datenfolgeschwindigkeit optimal hoch gemacht werden.

Es ist allgemein bekannt, daß die maximale Folgeschwindigkeit, mit der digitale Daten zuverlässig über einen Kanal begrenzter Breite übertragen werden können, von den Auswirkungen der Zwischenzeichenüberlappungen auf dem Kanal abhängt. Digitalwerte darstellende Signale sind über den Kanal zu übertragen, wobei jeder einzelne Nutzimpuls zeitlich verteilte Signalkomponenten erzeugt, die, wenn sie nicht unwirksam gemacht oder kompensiert werden, sich einem oder weiteren nachfolgenden Nutzimpulsen überlagern können, wenn die Nutzimpulse in ihrer Dichte einen kritischen Wert übersteigen. Diese Überlappungen rühren allgemein von den Übertragungsgangeigenschaften des Kanals selbst und des weiteren von Störungen ab, die in den Kanal aus mehr oder weniger in den Griff zu bringenden äußeren Störungsquellen einlaufen.

Eine gut bekannte Technik zur Reduzierung der zeitlichen Mindestabstände bzw. zur Erhöhung der Packungsdichte zwischen aufeinanderfolgenden Digitalsignalen befaßt sich mit der sogenannten korre-YO 971 026

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~ j "™

lativen Pegelcodierung, die auch als an den übertragungsgang angepaßte Codierung oder Digitalmodulation bekannt geworden ist. In nach diesem Verfahren arbeitenden Anlagen wird jedes einzelne Signal mit Funktionen eines vorangehend übertragenen Signals der gleichen Folge kombiniert. Unter Verwendung dieses Codierverfahrens und unter Zulassung eines vorgegebenen überlappungsgrades läßt sich eine wesentliche Erhöhung der übertragungsfolgegeschwindigkeit erzielen.

Obwohl die korrelative Pegelcodierung die Übertragungsfolgegeschwindigkeit erhöht, ist sie doch mit einigen wesentlichen Nachteilen behaftet. Erstens bewirkt sie eine Erhöhung der insgesamt vorzukehrenden Zahl von m Pegeln an der Quelle auf eine größere Pegelzahl M am empfangsseitigen Ende des Kanals. Dabei ergibt sich eine Zunahme der Signalpegelzahl von m auf M = 2m-l. Wenn eine Quellfolge zwei Signalpegelwerte (z.B. 1 und 0) aufweist, dann kann sich bei Modulation jeweils einer von drei Pegelwerten (+1, 0, -1) einstellen. Eine Quellfolge mit drei Pegeln kann so entsprechend fünf Signalpegel ergeben. Diese vorgeschriebene Erhöhung der insgesamt auszuwertenden Signalpegel wird jedoch nicht einmal als ernstester Nachteil gegenüber den Vorteilen erhöhter Datenübertragungsgeschwindigkeit betrachtet.

Ein weiterer Nachteil der korrelativen Pegelcodierung ist die Möglichkeit des vor sich her Schiebens einmal aufgetretener übertragungsfehler. Wenn zum Beispiel ein bestimmter Zahlenwert fehlerhaft übertragen wird, kann dieser eine Fehler eine Kette von weiteren Fehlern in der decodierten Signalfolge am Empfangsende der Anlage hervorrufen. Dies läßt sich jedoch durch bekannte Vorcodierungsverfahren umgehen. Eine solche Vorcodierung kann jedoch durch Zwischensignaluberlappungen aufgrund des Kanalübertragungsganges hervorgerufene Fehler nicht eliminieren. Hier möge bemerkt werden, daß ein betrachteter Kanal aus einem Trägergenerator, einem Modulator, dem Übertragungsmedium, einem Demodulator, einem Tiefpaß oder Anpassungsfilter und einer Abtasteinrichtung besteht, wozu äußere Störungs.guellen hinzukommen. Der

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betrachtete Kanal kann andererseits aber auch zum Beispiel ein magnetisches Aufzeichnungssystem umfassen, bei dem die Signalquelle aus einem magnetischen Wiedergabekopf und einem magnetischen Aufzeichnungsträger besteht und bei dem sich ebenfalls Zwischensignalüberlappungsprobleme wie bei einem Übertragungskanal ergeben.

Zur Erklärung der Erfindung soll ein durch einen übertragungsgang beeinflußter Code durch die folgende Funktion dargestellt werden:

P(D) = P₀ + P₁D + p₂D² + ...+ p_ND^N (1)

D ist darin der Verzögerungsoperator/ der Z mit Z als allgemeiner Z-Transformationsvariablen entspricht. D stellt ein Verzögerungseinheitsmaß dar, p_Q entspricht dem Nutzsignal-Hauptimpulswert und p. bis p„ entsprechen den auftretenden Zwischen- zeichenüberlappungswerten. Zum Beispiel ist P(D) = 1+D beim

sogenannten duobinären Signalverfahren und P(D) = 1-D entspricht bei Hochgeschwindigkeitmodems mit Einseitenbandmodulation häufig der Restseitenbandmodulation. P(D) * i-d kann ebenfalls als gute Nährung für ein digitales magnetisches Aufzeichnungssystem betrachtet werden. Wenn die Informationsfolge als {a } betrachtet wird, dann ist das Ausgangssignal bei einem übertragungsgangbeeinflußten System ohne Vorcodierung, ohne zusätzliche Störungseinflüsse und ohne Zwischensignalüberlappungen als {c } darstellbar:

N
^cn - _k!₀ ^an-k Pk ^(2a)

Eine entsprechende D-Polynomfolge ist

C(D) = A(D) P(D) (Ohne Vorcodierung) (2b)

Darin ist

A(D) = Σ a.D^{k USW}· ⁽³⁾

k=0 ^K

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Eine übertragungsgangbeeinflußte Codierung wird oft entsprechend dem Frequenzgang des verwendeten Kanals realisiert. Eine diskrete übertragungsfunktion gemäß Gleichung (1) kann dafür angegeben werden, soweit einzelne Abtastwerte zu betrachten sind. Für den allgemeinen Fall wird des weiteren angenommen, daß {a } m verschiedene Pegel (0,1,...,m-1) annimmt. In den meisten Fällen werden die Informationsfolgen nicht direkt in den Codierer entsprechend Gleichung (2b) eingegeben. Die Folge {a } wird einer Vorcodierung unterzogen, die sie in eine Folge {b } umwandelt, um mögliche vorerwähnte Fehlerfortschleppungen in den ausgewerteten Folgen auf der Empfangsseite zu vermeiden. Die Folgen {a }, {b } und {c } stehen zueinander in folgendem Zusammenhang:

B(D) = ψ^τ mod m (4a)

C(D) = P(D) B(D) ^ (5a)

Dafür läßt sich äquivalent angeben:

N .

^moäm ^<4b)

und C = E b p, (5b)

k=0

Entsprechend Fig. 1 enthält eine einen Vorcodierer umfassende Übertragungsberücksichtigende Codieranordnung die bezeichneten Bauteile auf der Sende- und Empfangsseite. Es ist wohl einzusehen, daß die Empfangsstation einen Entzerrer, Quantisierer und Decodierer enthält, der im wesentlichen die Vorcodierung und die übertragungsgangentsprechende Codierung wieder rückgängig machen muß. Es ist des weiteren einzusehen, daß der Empfänger aus zwei wesentlichen Teilen bestehend aufgefaßt werden kann. Der erste Teil ist ein Umkehrfilter mit dem übertragungs gang , das

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die übertragungsgangentsprechende Codieroperation rückgängig macht und dabei eine Folge{b } als Näherung an {b } erzeugt. Der weitere Teil des Empfängers ist der Decodierer oder Digitaldemodulator, dessen über tr agungs gang Ö?(D)~J , eine Folge {ä } als Annäherung an die Quellfolge {a } erzeugt.

Mit einer solchen dem übertragungsgang Rechnung tragenden Codieranordnung wird eine Informationsfolge {c } entsprechend Gleichung (5b) zum Empfänger übertragen und dabei durch Störungen und die unerwünschten Zwischensignalüberlappungen beeinflußt, die sich durch die natürlichen Unzulänglichkeiten des Kanals ergeben; gleichgültig, ob es sich bei diesem Kanal um einen Übertragungskanal oder ein magnetisches Wiedergabesystem handelt. Dabei kann festgestellt werden, daß der Kanal in beiden Fällen unerwünschte Speichereigenschaften aufweist, die dem Empfänger nicht genau bekannt sind und die sich sogar häufig zeitlich verändern. Die unerwünschten Zwischenzeichenüberlappungswerte sind die Haupthindernisse bei Datenübertragungen mit hohen Datenfolgegeschwindigkeiten und bei magnetischen Wiedergabesystemen mit hoher Datendichte. Der Zweck von Entzerrern gemäß Fig. 1 entsprechend dem Stande der Technik ist die Reduktion des Einflusses der Zwischensignalüberlappungswerte.

Die Hauptschwierigkeit, die sich bei einem Empfänger entsprechend Fig. 1 ergibt, ist das Nochnichtbekänntsein eines Algorithmus für voreinstellende oder nachstellende Entzerrung mit garantierter Konvergenz und absoluter Vermeidung von Datenübertragungsfehlern, die von Zwischensignalüberlappungen herrühren. Die bei bekannten Entzerrungsverfahren im wesentlichen gegebene Schwierigkeit bei solchen beschriebenen übertragungsgangbehafteten Anlagen beruht auf der Tatsache, daß das Ausgangssignal einer solchen Anlage eine korrelierte Folge ist. Wenn man versucht, eine korrelierte Folge unter Verwendung eines Umkehrfilters zur Erlangung einer unkorrelierten Folge zu verwenden, fährt man sich bei stärker verzerrten

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linearen Kanälen insofern fest, als die Entzerrung extrem schwierig wird.

Es hat sich gezeigt, daß eine dem Stande der Technik gegenüber verbesserte Entzerrung insbesondere im Hinblick auf eine Minimisierung der erforderlichen Schaltkreise unter Verwendung der vorliegenden Erfindung mit zum Umkehrfilter gehörenden Entzerrerkreisen erreichbar ist. Dabei wird eine größere Sicherheit bezüglich Anwendbarkeit und Zuverlässigkeit entsprechender automatisch voreinstellender oder nachstellender Entzerrerschaltkreise mit ausreichendem Konvergenzgrad erzielt. Die beschriebene Empfangsanordnung ist insbesondere zur Verwendung mit Fehleraufdeckungseinrichtüngen entsprechend dem US-Patent 3 622 9 86 geeignet. Des weiteren läßt sich mit der vorgeschlagenen Empfangsanordnung gegenüber dem Stande der Technik ein verbessertes Signal/Rauschverhältnis bei gewissen übertragungsgangbehafteten Systemen erzielen.

Die Aufgabe der Erfindung umfaßt die folgenden Merkmale: Es ist eine Empfangsanordnung zur Entzerrung durch den übertragungsgang eines Kanals beeinflußter codierter Daten anzugeben; in dieser Empfangsanordnung sollen die Entzerrerkreise im Umkehrfilter- und Quantisiererteil untergebracht sein; dieser Entzerrer soll entweder fest eingestellt, automatisch voreinstellend oder nachstellend sein; die Vorschaltung eines zusätzlichen Entzerrers vor dem Umkehrfilter zur Unterdrückung den Nutzimpulsen voranlaufender Zwischensignalüberlappungen soll möglich sein; andererseits soll auch die Entzerrung einer begrenzten Zahl vorangehender Überlappungen durch Ergänzung des Umkehrfilters möglich sein; die Gesamtanordnung soll für Übertragungsgänge mannigfaltiger Art allgemein anwendbar sein.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 gekennzeichnet. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Anwendungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

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Ausführungsbeispiele und weitere Einzelmerkmale der Erfindung sind an Hand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 das Blockschaltbild einer typischen übertra-

gungsgangbeeinflußten übertragungsanlage mit einem Kanal,

Fig. 2 das Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels

der vorliegenden Erfindung,

Fig. 3A ein weiter ins einzelne gehendes Blockschaltbild eines solchen Empfängers ohne Vorläuferimpulsentzerrung nach der vorliegenden Erfindung,

Fign. 3B bis 3D Datenabtastfolgen zur Erläuterung der Schaltkreise gemäß Fig. 3A,

Fig. 4A ein ins einzelne gehendes Schaltbild eines Vor-

impulsentzerrers zur Verwendung in Zusammenarbeit mit einer Anordnung gemäß Fig. 3A,

Fign. 4B, 4C Datenabtastfolgen zur Erläuterung des Vorimpuls-

entzerrers gemäß Fig. 4A,

Fig. 5A ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem eine in begrenztem Umfang wirksame Vorimpulsentzerrung direkt im Umkehrfilter und Quantisier enthalten ist, und

Fign. 5B bis 5D Datenabtastfolgen zur Erläuterung der Funktionen

des Empfängers gemäß Fig. 5A.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird,allgemein ausgedrückt, durch eine Empfangsanordnung zur Aufnahme und Decodierung über einen Kanal übertragener codierter Datenfolgen gelöst. Der Emp-

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fänger enthält ein Umkehrfilter und einen Decodierer zur Rückgängigmachung der sendeseitigen Codierung und gegebenenfalls auch der Vorcodierung zwecks Wiedergewinnung der Quelldatenfolge und des weiteren ein Entzerrerfilter, das im Umkehrfilterteil des Empfängers mit vorgesehen ist. Der Grundaufbau des Entzerrers dient in erster Linie der Entzerrung von den Nutzimpulsen nachfolgenden Zwischenzexchenüberlappungen. Um eine Entzerrung auch der voranlaufenden Überlappungen zu erreichen, kann ein passender besonderer Entzerrer vor dem Umkehrfilter-Rückkopplungspunkt vorgesehen werden. Wahlsweise kann auch eine begrenzte Möglichkeit zur Entzerrung voranlaufender Zwischenzexchenüberlappungen durch geringfügige Abwandlung der Verzögerungsschaltkreise innerhalb des Umkehrfilters und des Decodierers vorgesehen werden.

Die Empfangsanordnung entsprechend der vorliegenden Erfindung umfaßt im einzelnen ein Umkehrfilter zur Durchführung einer

inversen dem ubertragungsgang des Kanals -ä&a Codefunktion, einen Decodierer zur Umkehrung der sendeseitigen Vorcodierung, ein Entzerrerfilter mit einer Vielzahl von Abgriffen, einen ersten Addierer zur Aufnahme der empfangenen Datenfolgen vom Kanal in seinen ersten Eingang und zur Aufnahme des Ausgangssignals des Umkehrfilter-Rückkopplungszweiges über seinen zweiten Eingang, Vorkehrungen zur Verbindung des Ausgangssignals dieses ersten Addierers mit dem genannten Entzerrerfilter, Vorkehrungen"zur Verbindung des Ausgangssignals dieses Entzerrerfilters mit äJP^i^j^SäWSS^ii^^P^S mit dem Eingang einer weiteren Steuerschaltung und mit dem einen Eingang eines Modulo m -Addierers, bei dem m der insgesamt im verwendeten Code vorgesehenen Pegel? entspricht; das Ausgangssignal dieses Modulo m-Addierers umfaßt eine Näherung an die in den Kanal eingegebene Quelldatenfolge.

Der wesentliche Gedanke der vorliegenden Erfindung ist die Aufnahme des Entzerrerfilters mit in das Umkehrfilter hinein. Dabei ergibt sich eine bessere Konvergenz (d. h. eine sicherere Kon-

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vergenz bezogen auf den insgesamt vorzusehenden Geräteaufwand) als bei gleichem Aufwand entsprechend dem Stande der Technik gemäß Fig. 1. Dort ist der Entzerrer vor dem Filter und Detektor angeordnet. Es ist zu bemerken, daß der Modulo m-Detektor gemäß Fig. 1 die Umkehrung der Funktionen des Vorcodierers und des eigentlichen Codierers gemäß Fig. 1 durchführt, um die empfangenen Datenfolgen in die allgemeine Form {a } zurückzuführen. Das * bedeutet "Annäherung an ...".

Entsprechend Fig. 2 wird die gleiche Eingangsfolge {x } vom Kanal der Empfangsanordnung zugeführt. Ein Entzerrer 10 für voranlaufende Überlappungen ist mit Punktierungen dargestellt, was dem gereits Genannten ensprechen soll, daß nämlich keine Entzerrung voranlaufender Überlappungen erforderlich ist, wenn deren Gesamtwert vernachlässigbar ist. Das Ausgangssignal dieses kurz als Vor-Entzerrer 10 bezeichneten Blockes soll mit {y } bezeichnet werden; es wird direkt in den ersten algebraischen Addierer 12 eingegeben. Der andere Eingang dieses Addierers wird von einem Rückkopplungsgenerator 14 gespeist, der zusammen mit einem zweiten Addierer 16 und Schaltkreisen 18 zur Pegelprüfung und Rückstellung (im folgenden kurz als Pegelprüfkreise 18 bezeichnet) zum Umkehrfilter gehört. Das Ausgangssignal des Addierers 12 ist unkorrelierter Art. Die Folge {z } bezeichnet diese unkorrelierte Datenfolge. Die Details der Umkehrfilterung im einzelnen v/erden noch beschrieben. Die Datenfolge {z } gelangt dann durch einen Entzerrer 20 und einen Quantisierer oder Pegeldetektor 22. Das Ausgangssignal des Quantisierers 22 ist die Datenfolge {b }.

Der Entzerrer 20, der für die vorliegende Empfangsanordnung geeignet ist, kann ein geradeaus aufgebauter festeingestellter, automatisch voreinstellender oder nachstellender Entzerrer sein. Die damit erzeugte Datenfolge {b } läuft in die a ) Schaltungsanordnung mit den Blök ken 16, 18 und 14 ein. Das zusätzlich vorgesehene Element 24 dient zur Einstellung eines vorgegebenen Wertes p_ für den De-

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codierer. Im vorliegenden Falle soll p_o = 1 sein? das Element kann somit entfallen. Wenn ein anderer Wert (z, B. 2) eingestellt werden soll, wäre für das Element 24 ein Multiplizierer erforderlich. Das Ausgangssignal vom Element 24 gelangt dann in einen Modulo m-Decodierer 26, der die Folge {b } mit dem'Aus gangssignal des Rückkopplungsgenerators Ϊ4 modulo m addiert. Damit wird die Umkehrung der Vorcodierung durchgeführt und eine Annäherung {a } an die sendeseitige Quelldatenfolge erzeugt. Die beiden langen Klammern über dem Umkehrfilter und dem Decodierer bezeichnen die Gangfunktionen dieser beiden Schaltungsteile« Das Umkehrfilter bewirkt die Umkehrung der Funktion [G(D]Tj des Codierers entsprechend Fig. 1. Der Übertragungsgang des Decodierers mit der Modulo m-Funktion bewirkt die Verknüpfung

Γΐ Ί
der Umkehrfunktion ■ j mod m und entspricht der Umkehrung

der Vorcodiererfunktion"gemäß Fig. 1. Fig« 2 stellt somit die groben Details der der vorliegenden Erfindung entsprechenden Empfangsanordnung dar.

Die Fign. 3A bis 3D geben weitere Einzelheiten der Funktionen dieses Ausführungsbeispiels an. Zur Erläuterung ist dabei

2
P(D) = 1-D gesetzt zu denken.

{x } war in den vorangehenden Erläuterungen das Eingangssignal vom Kanal. Das Ausgangssignal des Vorentzerrers {y} ist eine unguantitisierte Signalfolge. Der erste Addierer 12 gemäß Fig. 3A nimmt zusätzlich dazu das Ausgangssignal des Umkehrfilters auf und verknüpft es mit der Folge'{y } zwecks Erzeugung der Folge {ζ } daraus. Mit der Ausgangsfolge {y_n> des Vorentzerrers ist die Folge {z} allgemein darzustellen als:

Z(D) = Y(D) - (P(D) -p_o> B(D) (6a)

Darin ist P(D) die übertragungsfunktion des Codierers entsprechend Gleichung (1). Die Gleichung (6a) kann geschrieben werden als

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i VkPk ^(6b)

Die Folge {z_n) enthält, wie aus Gleichung (6b) zu ersehen ist, keine übersteuerten Zwischenzeichenüberlappungen. Ohne Störeinflüsse und Kanalverzerrung wäre die Folge {z } eine m-pegelige Folge mit dem gleichbleibenden Pegelwert p_o. Die Folge {z } wird daher in den Entzerrer 20 eingegeben, der gewöhnliche Entzerrerkreise nach dem Stande der Technik ohne zusätzliche Komplikationen enthalten kann.

Nachstehend sollen einige Literaturstellen angegeben werden, die sich mit solchen Entzerrern im wesentlichen nachstellender Art befassen.

1. R. W. Lucky et al, Principles of Data Communication, McGraw Hill, 1968.

2. R. W. Lucky, Automatic Equalization for Digital Communication, Bell Systems Technical Journal, Band 44, Seiten 547 bis 588, April 1965.

3. R. W. Lucky, Techniques for Adaptive Equalization of Digital Communication, BSTJ, Band 45, Seiten 255 bis 286, Februar 1966.

4. A. Gersho, Adaptive Equalization of Highly Dispersive Channels for Data Transmission, BSTJ, Band 4 8, Seiten 55 bis 70, Januar 1969.

Die Gleichungen in Fig. 3 bezeichnen die Signale, die in den ersten Addierer 12 zur Erzeugung der Folge {ζ } eingegeben werden. Die angegebenen Gleichungen gelten für die eingegebenen

Signalwerte in allen Fällen. Die Signalfolge { Σ ρ, b ,}

k-1 ^{k n}"^K wird mit Hilfe der Blöcke 14, 16 und 18 abgeleitet, die im wesentlichen die logischen Schaltkreise des Umkehrfilters umfassen. Die gleiche abgeleitete Signalfolge wird ebenfalls

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als ein Eingangssignal für den Decodierer 26 benutzt, der die Umkehrung der sendeseitigen Vorcodierung durchführt.

Aus der vorstehenden allgemeinen Beschreibung der Fig. 3 sind die folgenden grundsätzlichen Vorteile der beschriebenen Empfangsanordnung zu erkennen. Die in den Entzerrer eingegebene Eingangsfolge ist dabei nahezu unkorreliert oder, anders aus-' gedruckt: die Korrelationseigenschaft aufgrund der tibertragungsgangbeeinflußten Codierung ist aufgehoben. Aufgrund dieser Tatsache lassen sich herkömmliche und einfachere Ausführungen automatisch voreinstellender oder nachstellender Entzerrerkreise verwenden. Des weiteren wird die Vorcodierung noch beibehalten; d. h., einzelne auftretende Fehler lösen keine fortgesetzten Fehlerreihen im decodierten Ausgangssignal {a } aus. Somit ist das Problem der Fehlerfortschleppung eliminiert.

Schließlich ist die Zahl der auszuwertenden Pegel m-1 und nicht

N
mehr M-I. Hierin ist M=E |p,| + 1; im Sonderfalle einer der

k=0 ^K ₂ Fig. 3 zugrundegelegten Annahme P(D) = 1-D ist M = 2m-1. Beim beschriebenen Ausführungsbeispiel bedeutet dies, daß die Zahl der auszuwertenden Pegelwerte 1 und nicht 2 ist; damit vereinfacht sich der Aufbau des Quantisierers.

An Hand der Ausführung gemäß Fig. 3A und der in den Fig. 3B bis 3D dargestellten Abtastsignalfolgen lassen sich die Operationen der vorgeschlagenen Empfangsanordnung erläutern. Es möge {h, } die durch den übertragungsgang des Gesamtsystems beeinflußte Impulsfolge sein, und zwar unter Einfluß der Wirkungen des Co-

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dierers P(D) = 1-D , des Kanals und eines vorgeschalteten Vorentzerrers. Es soll angenommen werden, daß h, = O ist für k < O, h_n = +1, h_o = -1. Der -Restanteil h, stellt weitere ZeichenÜberlappungen dar, der durch Kanalverzerrungen hervorgerufen wird. Im Addierer 12 wird der Gesamtübertragungsgang umgewandelt zu {g. } gemäß Fig. 3C, der mit {h. } folgendermaßen verknüpft ist:

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^gk ⁼

g₂ = h₂ + ζ

Die noch verbleibende Aufgabe ist nun die Entzerrung des Ganges von {g,}, d. h. die Unterdrückung der von null abweichenden Restanteile innerhalb der Folge Cg₁;) # die aber wesentlich kleiner sind als der Hauptimpuls g_o.

Der dafür zu verwendende Entzerrungsalgorithmus ist nicht durch das Erfordernis eines automatisch voreinstellenden oder nachstellenden Verfahrens beschränkt. Die Einstellung der Abgriffsdämpfungsglieder C. wird, allgemein ausgedrückt, durch ein Fehler- oder Abgriffseinstellsignal e. durchgeführt, das seinerseits durch einen Kreuzkorrelator 28 erzeugt wird, wie er bei Entzerrungsanordnungen allgemein bekannt ist. Das Fehlersignal

e. ist eine Annäherung an e. = f. - 6. _n. Darin ist j größer 3 * 3 3 JfO ^{J J}

oder gleich 0. Hierin ist if^} gemäß Fig. 3D die am Ausgang des Hauptentzerrers 20 gemäß Fig. 3A zu beobachtende Impulsfolge. Die günstigste Näherung für e. wird durch eine Kreuzkorrelation des Entzerrerausgangsignals vermindert um das Quantisiererausgangssignal mit dem um j Einheiten verschobenen Quantisiererausgangssignal erzielt. Der Block 18 mit der Bezeichnung "Pegelprüfung und Rückstellung" dient zur Absicherung der Anordnung gegenüber möglichen künftigen Fehlern. Die Arbeitsregel für diese Pegelprüfung 18, die Rückstellimpulse{r }herstellt, ist folgende:

( - (b - 1) v/enn b > m-1 η η

^rn ⁼

-b wenn b < 0

η η

0 in allen übrigen Fällen

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An Hand der Flgn. 3B bis 3D ist die Funktionsweise der vorgeschlagenen Empfangsanordnung graphisch klar mit Hilfe dreier Impulsdiagramme erläutert. Die einzelnen bezeichneten Punkte geben Abtastzeitpunkte eines empfangenen Signals mit Abtastintervallen der Zeiteinheit 1 an. Diese Intervalle sind in den vorgenannten. Gleichungen und Beschreibungsangaben mit D be-' zeichnet. Fig. 3B, ist eine in den ersten Eingang des ersten Addierers 12 eingegebene Impulsfolge. Voranlaufende Überlappungen sollen als nicht existent angenommen werden oder bereits durch einen vorgesetzten Vorentzerrer beseitigt sein.

Fig. 3C zeigt die Impulsfolge am Eingang des Hauptentzerrers und entspricht der Folge'{h, } vermindert um das Umkehrfilteraus gangs sign al. Die wesentlichste Aufgabe des ümkehrnBB§®filters ist die Entfernung der größten negativen Spitze beim Abtastpunkt h₂. In Fig. 3D ist die Folge {£.} dargestellt? es ist dies die am Ausgang des Hauptentzerrers 20 zu beobachtende Impulsfolge, die in den Quantisierer 22 eingegeben wird.

Fign. 3B bis 3D geben die Funktionen der vorgeschlagenen Empfangsanordnung für einen einzigen empfangenen Datenirnpmls mit seiner nachziehenden Folge von Oberlappungswerten an. Sowohl die sendeseitige Vorcodierung und die an den übertragungsgang angepaßte Hauptcodierung sind in der Eingabefolge 3B berücksichtigt.

Genauer ausgedrückt stehen die empfangenen Folgen {y} und {z } wie folgt zu {h-} und {g_fc} in Beziehung:

γ = Σ b . h, + q
^n , n-k k ^Mn

ζ = Σ b , g. + q
η , n-k ³k ^n

{q } steht dafür für die zusätzlichen Störwerte vom Kanal.

Die besonderen, mit h_o, g_Q und f bezeichneten Impulse stehen für den zugehörigen Nutzdaten-Hauptimpuls, d.h. für den Impuls,

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der korrekt wiedererkennbar zu machen ist. In der Praxis ist innerhalb einer empfangenen Impulsfolge je ein Nutzdatenbit bei jedem einzelnen Abtastpunkt zusätzlich zu den vorhandenen störenden Zwischensignalüberlappungen zu erwarten. Das Ziel der Entzerrerkreise muß die Unterdrückung der Einflüsse der Zwischenzeichenüberlappungen sein, so daß nur die Nutzdatenimpulse bereinigt übrigbleiben. Dabei soll die erforderliche Entzerrung die von Zwischensignalüberlappungen herrührenden Fehlermöglichkeiten so weit als möglich einschränken.

Die bisher gegebene Beschreibung an Hand der Fig. 3 erläutert die Funktionen der Grundsätze des erläuterten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Dabei wurden keine den Nutzdaten-Hauptimpulsen voranlaufenden Überlappungen angenommen; dies ist für gewisse Arten von Kanälen eine durchaus tragbare Annahme.

Wenn jedoch mit ins Gewicht fallenden voranlaufenden Zwischenzeichenüberlappungen zu rechnen ist, kann eine Ausführung gemäß Fig. 4A verwendet werden. Es handelt sich dabei um einen herkömmlichen Entzerrer, der zur Grundanordnung gemäß Fig. 3A hinzuzufügen ist. Das Eingangssignal für den Hauptentzerrer wird jetzt aus dem vorgesetzten Addierer 13 abgegeben, der nunmehr das Eingangssignal für den Addierer 12 bereitstellt. Der andere Eingang des Addierers 12 wird wiederum durch den Ausgang des Rückkopplungsgenerators 14 gemäß Fign. 2 und 3A gespeist. Der Kreuzkorrelator in Fig. 4A erhält seine zwei Eingangssignale einerseits vom Ausgang eines zusätzlichen Addierers 12' und andererseits direkt vom Umkehrfilterausgang. Die mit dem dargestellten Kreuzkorrelator gebildete Einstellsignalfolge {e.} wird Einstellgliedern C. zugeführt.

Dieser Vorsatzentzerrer gemäß Fig. 4A kann als herkömmliches Transversalfilter mit den Abgriffseinstellgliedern {C.} für j £ 0 ausgeführt werden. Automatische Voreinstellung oder Nachstellung ist dabei wiederum möglich. Die voranlaufenden über-

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lappungsanteile sind die Folge {i,} mit k < 0. Die Ausführungsart Voreinstellen oder Nachstellen-sollte selbstverständlich mit der Ausführungsart des Hauptentzerrers gemäß Pig. 3A übereinstimmen. Zur Illustration dient wiederum eine übertragungs-

gangfunktion G(D) = 1-D . Es besteht wieder gleichermaßen Gültigkeit für magnetische Wiedergaben wie ebenso auch für Übertragungskanäle im üblichen Sinne. Die dargestellten Schaltkreise lassen sich selbstverständlich auch in ähnlicher Weise für einfachere NRZI-Verfahren mit G(D) = 1-D oder für ein duobinäres Verfahren G(D) = 1+D auslegen.

Für die weitere Erläuterung des Vorsatzentzerrers gemäß Fig. 4A soll angenommen werden, daß eine Eingangsimpulsfolge'{i^.} gemäß Fig. 4B eingegeben wird. Dabei soll sein i, = 0 für k < -3. Somit benötigt der Vorsatzentzerrer nur insgesamt drei Verzögerungseinheiten. Das Datenfolgeausgangssignal des Vorsatzentzerrers ist mit {h,} gemäß Fig. 4C in Übereinstimmung mit Fig. 3B bezeichnet. Beachtet werden muß, daß die Folgen {h, } um drei Zeiteinheiten gegenüber {i_T} versetzt sind. Dies rührt von den drei Verzögerungsabschnitten des angezapften Filters gemäß Fig. 4A her. Es werden Anfangseinstellungen c_₃ - c_₂ = C_-1 = 0 und c_ = 1 gewählt. Dann wird die Folge {h,} aus der lediglich um drei Einheiten versetzten Folge Ci^.} bestehen. Nach ausreichend vielen Schritten beim Nachstellverfahren ergibt sich ein Ausgangssignal des Vorentzerrers gemäß Fig. 4C in dargestellter Form mit beseitigten VorlaufÜberlappungen.

Es soll nun noch eine allgemeine Betrachtung der Funktionen und ein Tabellenbeispiel für die Arbeitsweise eines solchen Vorentzerrers gegeben werden. Entsprechend dem aus der Literatur bekannten Stande der Technik sind zahlreiche Algorithmen und somit auch verschiedenartige Schaltkreise für voreinstellenden oder nachstellenden Entzerrungsbetrieb möglich. Ein sehr einfacher Algorithmus mit nachstellender Betriebsart soll herausgegriffen werden. Es ist die Entzerrerart, die erstmals von

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Lucky in der oben angegebenen dritten Literaturstelle beschrieben wurde. Dabei stellt der Vorentzerrer während des Betriebes
das allgemeine Einstellglied C. auf C. - Δ {e.} nach. Δ ist

dabei eine Konstante und e. ein Näherungswert für e. = h. - δ· _Λ.

II 1 J 3 »^u

Dieser letztgenannte Index soll angeben, daß mit j im Bereich

von -3 bis 0 gearbeitet wird; dieses 6. -. ist das sog. Rroneckersehe Delta. Die Näherung e. läßt sich durch Kreuzkorrelation
des Entzerrerausgangssignals vermindert um die um j versetzte
Folge {b , .J erreichen.

Der Algorithmus und die Schaltkreise zur Erlangung der Näherung {e.} gehören zum Stande der Technik und wurden in der zitierten dritten Literaturstelle auf den Seiten 255 bis 286 beschrieben.

Die nachstehende Tabelle I illustriert die schrittweisen Änderungen der Datenfolge {h, } innerhalb von vier Nachstellungsschritten. Δ = 0,05 wurde dabei verwendet. Werte, die kleiner
als Δ sind, wurden zum Zwecke der Klarheit einfach weggelassen. Wie die Tabelle I zeigt, sind die voranlaufenden Zwischenimpuls-Überlappungen nach vier Nachstellschritten eliminiert. Das Vorentzerrerausgangssignal {h, } enthält dann überlappungswerte nur noch mit k > 0. Damit ist bewiesen, daß ein solcher Vorsatzentzerrer gut mit der Grundanordnung entsprechend der vorliegenden Erfindung kombiniert werden kann.

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TABELLE I

Abtastpunkte

^ho ^hl

O_f 0,05 -0,1 0,15 1, -0,1 -1, -0,1 0,1

1. Schritt δσ_₃=-Δ=-Ο,Ο5 δσ_₂=Δ=Ο,Ο5 6c =-Δ=-0,05

2. Schritt 6c_₃=O
öc_₂=+O,O5 6c_₁=-0,05 6c_o=+O,O5

3. Schritt δσ^-Ο,05 δσ_ο=+Ο,Ο5

4. Schritt Oc_-1^O, 05

O, -0,05 O, 0,05 O,

O, 0,05 O, -0,05 θ/

O, -0,05 O, 0,05 O,

O, O, -O_fO5 0,15 0,95 -0,05 -1, -0,1 0,1

O, +0,05 O, -0,05 O,

O, -0,05 O, +0,05 O,

O, +0,05 O, -0,05 O,

O, O, O, 0,10 0,95 O, -1,05 -0,1 0,1

O, -0,05 O, +0,05 O,

O, +0,05 O, -0,05 O,

O, O, O, 0,05 1,0 0,05 -1,1 -0,1 0,1

O, -0,05 O, +0,05 O,

O, 0, 0, 0, 1,0 0,1 -1,1 -0,1 0,1

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In Zusammenarbeit mit dem Vorentzerrer gemäß Fig* 4A kann die Grundanordnung mit dem im Umkehrfilter enthaltenen Entzerrer 20 für die nachlaufenden Zwischenzeichenüberlappungen gemäß Fig. 3A kombiniert werden. Der Hauptteil der Empfangsanordnung mit dem Umkehrfilter und dem Hauptentzerrer kann als komplette Einheit aufgebaut werden und einen beschriebenen Vorentzerrer vorgeschaltet bekommen.

In der dargestellten Tabelle I ist die originär eingegebene Datenfolge:

Die Anfangseinstellwerte sind C_-3 = C_„ = C , = 0 und C₀=I. Nach diesen Anfangseinstellungen werden die einzelnen Abgriffswerte nach der nachstehenden Iterationsgleichung verändert:

C_± -»· C. - Δ sgn e. = C. + iC, i < 0

Wenn ein vereinigter Entzerrer aufzubauen ist, wäre das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 anwendbar. Dieses Beispiel gibt als Prinzip die Entzerrung nur eines voranlaufenden überlappungswertes an. Es handelt sich dabei um h. , vor dem Hauptimpuls h_Q. In solchen Fällen, in denen der Einfluß der voranlaufenden Überlappungen nicht allzu schwer ist, kann die Schaltungsanord* nung gemäß Fig. 5A vorzüglich verwendet werden. Dies trifft insbesondere zu, wenn Quadraturamplitudenmodulation (QAM) und nicht Einseitenbandbetrieb (SSB) verwendet wird.

Wie in Fig. 5B dargestellt ist, soll der Eingangsübertragungsgang seitens des Kanals gegeben sein durch i, = 0 für k < -1. Ein Entzerrer gemäß Fig. 3A wird zu einem solchen gemäß Fig. 5A durch Verlegung eines der beiden Verzögerungselemente aus dem Rückkopplungszweig und durch Erweiterung des Anfanges der vorgesehenen Entzerrerkette. Der Decodierer, der {a } aus {b } ableitet, muß ein eigenes Verzögerungselement im Kopplungszweig

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- 21 zum Eingang des mod m-Decodierers aufweisen.

Die in diese Gesamtanordnung einzugebende Impulsfolge ist in Fig. 5B durch die Folge {i,} dargestellt. In anderer Form ist das gleiche am Eingang der Fig. 5A vermerkt. Vor dem Hauptimpuls X₀ erscheint eine voranlaufende Überlappung bei k = -1. Das Ausgangssignal des ersten Addierers 12 ist in Fig. 5C dargestellt, in dem der Impuls g₂ durch die Umkehrfilteroperation schon sehr wesentlich reduziert ist. Das zusätzliche Verzögerungsglied gleich hinter dem Addierer 12, das zur Entzerrung der voranlaufenden Überlappung i , dient, bewirkt eine Verzögerung des Ausgangssignals '{b } des Entzerrers und Quantisierers um eine Zeiteinheit, so daß sich als Ausgangssignal'{b ,} ergibt. Dies ist in Fig. 5Ddargesteilt, in der der Hauptimpuls f_o um eine Zeiteinheit nach rechts verzögert dargestellt ist. Das Ausgangssignal

{a } des Modulo m-Decodierers ist ebenfalls gegenüber der Einn~ j.

gangssignalfolge {x } um eine Zeiteinheit verzögert. Während der Einbau der Vorüberlappungsentzerrung auf diese Weise mit im eigentlichen Entzerrerfilter einer Empfangs anordnung gemäß Fig«, 3A, wie in Fig. 5A dargestellt, untergebracht werden kann, ist die dazu erforderliche Anordnung etwas schwerfälliger, übersichtlieher ist die Anordnung gemäß Fig. 3A mit einem getrennten Vorentzerrer gemäß Fig. 4A. -

Es soll abschließend darauf hingewiesen werden, daß die vorgeschlagenen Schaltungsanordnungen bezüglich der Verwendung der speziellen Entzerrerart und des damit gegebenen Entzerrungsalgorithmus nicht beschränkt sind. Der eigentliche Entzerrerteil kann automatisch voreingestellt oder auch nachgestellt werden. Anstelle von Laufzeitfiltern können ebenso Filter

mit frequenzabhängiger Entzerrung vorgesehen werden.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Empfangsanordnung zur Entzerrung über einen übertragungsgangbeeinf lußten Nachrichtenkanal übertragener und verzerrter codierter Datensignale, gekennzeichnet durch die Kombination der folgenden Merkmale:

a) Umkehrfilter (20, 22, 16/18, 14) und Decodierer (26) zur Durchführung der Umkehrfunktionen einer übertragungsgangbeeinf lußten sendeseitigen Codierung und Vorcodierung und zur Gewinnung der einer sendeseitig eingegebenen Quelldatenfolge {a } angenäherten empfangsseitigen Ausgangsdatenfolge {a }.

b) Algebraischer Addierer (12) zur Verknüpfung der übertragungsgangbeeinflußten empfangenen codierten Datensignalfolge {x } mit einem Rückkopplungs-

N ~ ⁿ
signal { Σ g b , } vom Umkehrfilter (20, 22,

k=l ^{k n}"^k
16/18, 14), wobei am Ausgang dieses Addierers

(12) eine unkorrelierte Datensignalfolge {z } ans teht.

c) Herkömmliches Entzerrerfilter (20), das einen Teil des Umkehrfilters (20, 22, 16/18, 14) bildet, vom Ausgang des genannten Addierers (12) gespeist wird und für welches eine Schaltungsanordnung (28) zur Gewinnung von Einstellsignalen {e.} für die Anpassungsglieder (C.) seiner einzelnen Abgriffe vorgesehen ist.

d) Verbindung vom Ausgang des Entzerrerfilters (20) zum ersten Eingang (+) des Decodierers (26).

e) Verbindung des Ausgangs des Umkehrfilters (20, 22, 16/18, 14) mit dem zweiten Eingang (-) des Decodierers (26) .

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2. Smpfangsanordnung nach Anspruch 1,

gekennzeichnet durch einen vorgeschalteten; Vorentzerrer (10) herkömmlicher Bauart zur Entzerrung den Nutzdaten-Hauptimpulsen voranlaufender Zwischenzeichenüberlappungen mit einer aus μ, Abschnitten bestehenden Verzögerungsleitung und JLLr + 1 Abgriffen,

wobei yü, gleich der Gesamtzahl der voranlaufenden Überlappungen ist

und die Ausgangssignalfolge {y } dieses Vorentzerrers (10) als Summe der angepaßten Ausgangssignale der einzelnen Abgriffe gebildet und der Empfangsanordnung nach Anspruch 1 zugeführt wird.

3. Empfangsanordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Rückführung der Vorentzerrer-Ausgangssignalfolge ' iy„-} zur Bildung von Einstellsignalen

{e¹.} für die Einstellglieder (C ^ bis C^) des Vorent— j —ο υ

zerrers (10)

und Vorkehrung geeigneter Verzögerungsglieder (D) in den Schaltkreisen des Umkehrfilters (20* 22, 16/18, 14) und des Decodierers (26) zur Sicherstellung einer übereinstimmenden Phasenlage bezüglich Umkehrfilterung und Decodierung.

4. Empfangsanordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Modulo m-Äddierer als Decodierer (26), für den m als Gesamtpegelzahl der sendeseitig vorcodierten Datensignalfolge {b } gilt.

5,. Empfangs anordnung nach einem der vorgenannten" Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Quantisierer (22) zwischen dem Ausgang des Entzerrerfilters (20) und den Eingängen des Decodierers (26) und der UmkehrfilterrückkpplgsrKreise (16/18, 14) .

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6. Empfangsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung zur Gewinnung der Einstellsignale {e.} für das Entzerrerfilter (20) einen Kreuzkorrelator (28) aufweist,

dessen erster Eingang mit Signalen vom Eingang des Quantisierers (22) und dessen zweiter Eingang mit Ausgangssignalen des Quantisierers (22) gespeist wird.

7. Verfahren zur Entzerrung einer empfangenen Folge korrelierter Datensignale, die durch den Ubertragungsgang eines Kanals verzerrt sind, mit der Empfangsanordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, _N

daß eine Rückkopplungssignalfolge { Σ g, b , } abgeleitet

k=l ^K ⁿ"^k und diese mit der einlaufenden Datensignalfolge {x } zur Bildung der Umkehrfunktion der sendeseitigen Korrelationsfunktion kombiniert wird,

daß die empfangene Datensignalfolge {x } dekorreliert und als Folge {z } in herkömmlicher Weise unter Unterdrückung der in den korrelierten Signalen enthaltenen Kanalverzerrungen zu einer Datensignalfolge {b } entzerrt wird und

daß die entzerrte dekorrelierte Datensignalfolge {b} zur Wiedergewinnung einer der sendeseitig eingegebenen Quelldatenfolge {a } angenäherten Ausgangsdatenfolge

{a" } decodiert wird,
η

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,

daß die empfangene verzerrte korrelierte Datensignalfolge {x } zur Unterdrückung der den Nutzdaten-Hauptimpulsen voranlaufenden Zwischensignalüberlappungen einer Vorentzerrung unterzogen und als vorentzerrte Datensignalfolge {y } der weiteren Verarbeitung gemäß Anspruch 7 zugeführt wird.

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9. Verfahren nach Anspruch 8; dadurch gekennzeichnet, daß dieser Vorentzerrung die empfangene Datensignalfolge {x } ohne Dekorrelation der einzelnen Signalelemente unterzogen wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet,

daß die bereits entzerrte Datensignalfolge {Σ b . f, }

k ⁿ"^{k k} quantisiert wird, ,

daß die Quantisierereingangs- und Ausgangssignalfolgen miteinander kreuzkorreliert werden zu einer Einstellsignalfolge {e.} und

daß diese Einstellsignalfolge {e.} zur Einstellung der Anpassungsglieder (C_ bis C,) für die einzelnen Abgriffe des verwendeten Entzerrerfilters (20) verwendet wird.

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