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Adaptiver Entzerrer zur Entzerrung breitbandiger Analosignale Die
Erfindung betrifft einen adaptiven Entzerrer zur Entzerrung breitbandiger Analogsignale
bestehend aus einem einstellbaren Transversalfilter mit speichernden Einstellgliedern,
deren Einstellung über eiIle otrolleinichtung erfolgt, deren einer Eingang mit einen
Abgriff des Transversalfilters und deren anderer Eingang mit dem Ausgang eines Subtrahierers
verbunden ist, dessen einer Eingang an einen Vergleichssignalgenerator und dessen
anderer Eingang an dem Ausgang des Transversalfilters angeschlossen ist.
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Zur Entzerrung von auf Nachrichtenübertragungskanälen auftretenden
Laufzeit- und Dämpfungsentzerrungen lassen sich bekanntlich sogenannte adaptive
Entzerrer verwenden, d.h.
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also sich selbst einstellende Entzerrer, bei denen mit Hilfe von Vergleichs-
und Regelschaltungen die empfangsseitig ankommenden Signale untersucht, die Qualität
des Übertragungskanals festgestellt und dementsprechend die im Entzerrer vorhandenen
Einstellglieder eingestellt werden.
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Es sind in diesem Zusammenhang bereits eine Reine verschiedenartiger
Entzerrer bekannt geworden, bei denen die Schaltungsstruktur und dementsprechend
die verwendeten Abgleichkriterien dem jeweiligen Anwendungszweck angepaßt sind.
Zur Entzerrung breitbandiger Analogsignale ist insbesondere durch den Aufsatz "An
Adaptive Equalizer for Television Channels" ZIELE Transactions on Cummunication
Technology", Vol. Com-17, No.6, Dec.1969, Seiten 726 bis 734) ein Entzerrer bekannt
geworden, bei dem die vom Nachrichtenübertragungskanal kommenden Signale einem einstellbaren
Entzerrer
zugeführt werden, der in Form eines Transversalfilters
ausgeführt ist. Das Transversalfilter selbst besteht aus einer Verzögerungsleitung
mit speichernden Einstellgliedern, deren Einstellung über eine Kontrolleinrichtung
erfolgt. Die Kontrolleinrichtung selbst ist mit ihrem einen Eingang mit einem Abgriff
des Transversalfilters verbunden, während ihr anderer Eingang an den Ausgang eines
Subtrahierers angeschaltet ist. Die Ausgangssignale des Subtrahierers wiederum werden
in der Weise gebildet, daß einer seiner Eingänge unmittelbar mit dem Ausgang des
Transversalfilters verbunden ist, während sein anderer Eingang an einen Vergleichssignalgenerator
angeschaltet ist, mit dessen Hilfe ein Vergleichssignal solcher Art hergestellt
werden kann, daß unter Einwirkung der Kontrolleinrichtung die am Ausgang des Transversalfilters
auftretenden Signale möglichst frei von Störungen sind. Bei dieser bekannten Einrichtung
wird zur Einstellung des Entzerrers, beispielsweise in den Vertikalbildaustastlücken
eines Fernsehbildes, ein Testsignal übertragen und dieses Testsignal mit dem empfangsseitig
erzeugten Vergleichssignal verglichen und daraus die nötigen Einstellkriterien gewonnen.
Wie auch in der genannten Literaturstelle ausgeführt ist, hängt die Zahl der benötigten
Abgriffe an der Verzögerungsleitung und damit auch der Einstellglieder von der Größe
der auftretenden Verzerrungen ab und es wird deshalb das an sich schneller und präziser
konvergierende, beispielsweise von W.Lucky ("Bell System Techn. J.", Vol.44, Seiten
547 bis 588) angegebene Abgleichkriterium, nämlich die Minimierung des quadratischen
Fehlers, nicht angewendet, weil die hierfür erforderliche Verwendung von Kreuzkorrelatoren
als nachteilig angesehen wird. Es wird deshalb der totale Fehler minimiert, und
zwar in der Weise, daß der Entzerrer entgegengesetzt zum Vorzeichen des Fehlers
eingestellt wird.
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Aus diesem Grund wird die Einstellung der einzelnen Einstellglieder
des Transversalfilters digital vorgenommen,
was jedoch die Verwendung
von Komparatoren erforderlich macht, deren Anzahl mit der Anzahl der verwendeten
Einstellglieder übereinstimmen muß, wodurch wiederum die Gesamtschaltung verhältnismäßig
aufwendig wird. Insbesondere ist dies dann störend, wenn die zu entzerrenden Laufzeit-und
Dämpfungsverzerrungen das im vorerwähnten Aufsatz angegebene Maß noch erheblich
übersteigen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den vorerwähnten Schwierigkeiten
nach Möglichkeit abzuhelfen und den Aufbau eines adaptiven Entzerrers anzugeben,
der durch eine günstige Unterteilung in einen analogen und einen digitalen Teil
eine einfach zu realisierende Systemstruktur aufweist und dennoch geeignet ist,
verhältnismäßig große Entzerrungen zu entzerren.
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Ausgehend von einem adaptiven Entzerrer zur Entzerrung breitbandiger
Analogsignale bestehend aus einem einstellbaren Transversalfilter mit speichernden
Einstellgliedern, deren Einstellung über eine Kontrolleinrichtung erfolgt, deren
einer Eingang mit einem Abgriff des Transversalfilters und deren anderer Eingang
mit dem Ausgang eines Subtrahierers verbunden ist, dessen einer Eingang an einen
Vergleichssignalgenerator und dessen anderer Eingang an dem Ausgang des Transversalfilters
angeschlossen ist, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kontrolleinrichtung
aus einem Korrelator besteht, dessen beiden Eingängen Analog-I>igitalwandler
(A/D-Wandler) vorgeschaltet sind, die Digitalzahlen im Zweier-Exponenten-Code abgeben
und dessen Ausgang ein Signalverteiler nachgeschaltet ist, dessen Ausgänge mit den
Einstellgliedern des Transversalfilters verbunden sind, und daß der Korrelator besteht
aus zwei Speichern zur Speicherung der von den A/D-Wandlern gelieferten Digitalzahlen,
aus einem Summierer und einem Decodierer, dem ein Additionsspeicher nachgeschaltet
ist.
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Bei der Erfindung wird von der Überlegung ausgegangen, daß adaptive
Systeme zur Einstellung der variablen Parameter in der Regel Korrelatoren benötigen.
Bei der Nachbildung oder Entzerrung von Nachrichtenübertragungskanälen mit einer
sehr langen Impulsantwort, d.h. also bei solchen Kanälen, bei denen das am Empfangs
ort ankommende Signal viele störende Vor- und Nachschwinger aufweist, wird die Anzahl
der Einstellelemente und damit der Korrelatoren beträchtlich.
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Zwar wäre eine Realisierung in digitaler Technik vorteilhaft, da die
zur Korrelation erforderlichen Multiplikationen mit einem einzigen Multiplizierer
im Zeitmultiplexbetrieb durchgefiihrt werden können. Bei Breitbandanwendungen, wie
beispielsweise bei der adaptiven Entzerrung von Bildfernsprechsignalen im Weitverkehr,
wird jedoch eine rein digitale Realisierung deshalb zu aufwendig, weil eine sehr
genaue (etwa 8 bit) A/D-Wandlung etwa im Takt von 2 MFF-z durchgeführt werden muß
und die im gleichen Takt angeliefe ten Signale ebenso schnell verarbeitet werden
müssen. Wenn es demzufolge gelingt, den gesamten Entzerrer in günstiger Weise in
einen digitalen und analogen Teil zu unterteilen, dann kommen dem Entzerrer die
Vorteile der digitalen und analogen Technik zugute.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen noch
näher erläutert.
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Es zeigen in der Zeichnung: Fig.1 den Aufbau des Entzerrers im Blockschaltbild;
Fig.2 den Aufbau des Transversalfilters; Fig.3 die in Fig.1 gestrichelte umrahmte
Kontrolleinrichtung;
Fig.4 den Aufbau von A/D-Wandlern, die geeignet
sind, Digitalzahlen im Zweier-Exponenten-Code abzugeben.
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Im Ausführungsbeispiel der Fig.i ist der Entzerrereingang mit der
Bezugsziffer 1 bezeichnet und es sei angenommen, daß zur Einstellung ein Testsignal
S verwendet wird, das beisnielsweise in Vertikalbildaustastlücken gesendet werden
kann. Der eigentliche Entzerrer besteht aus einem Transversalfilter 2, dessen Einstellung
über die gestrichelt umrahmte Kontrolleinrichtung 4 adaptiv erfolgt. Am Ausgang
3 des Entzerrers kann dann das entzerrte Signal abgenommen werden. Zur Einstellung
ist ein Eingang 14 der Kontrolleinrichtung 4 mit einem der Abgriffe des Transversalfilters
2 verbunden, während ein weiterer Eingang 15 der Kontrolleinrichtung 4 mit dem Ausgang
eines Subtrahierers 6 verbunden ist. Der Subtrahierer 6 bezieht seine Eingangssignale
einerseits vom Ausgang 3 des Transversalfilters und andererseits von einem Vergleichssignalgenerator
5. Im Ausführungsbeispiel ist die Schaltung dabei so vorgenommen, daß der Ausgang
3 des Transversalfilters mit dem mit "+" bezeichneten Eingang und der Vergleichssignalgenerator
mit dem mit "-" bezeichneten Eingang des Subtrahierers 6 verbunden ist.
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Das Transversalfilter 2 ist zur besseren Übersicht in Fig.2 dargestellt
und kann nach an sich bekannten Methoden, wie beispielsweise der von Lucky und Rudin
in Bell System Technical Journal", Vol.46, November 1967, Seiten 2179 bis 2208 ("An
Automatic Equalizer for General-Purpose Communication Channels) angegebenen Methode
bemessen werden. In Fig.2 ist wiederum der Eingang 1 erkennbar, auf den eine Reihe
von Laufzeitgliedern 7 folgen, die im Einzelnen mit 71, 72...7n bezeichnet sind.
Von den Abgriffen der Iiaufzeitkette 7 führen Leitungen auf die Einstellglie-
der
8, die wiederum einzeln mit 81 bis 8n bezeichnet sind und die als speichernde Einstellglieder
ausgebildet sind.
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Die Einstellung der Einstellglieder erfolgt durch aus der Kontrolleinrichtung
4 (vgl. Fig.1) kommende Signale, die über Steuerleitungen 9 den Einstellgliedern
8 zugeführt werden. Analog zur Laufzeitkette 7 und zu den Einstellgliedern 8 sind
die einzelnen Steuerleitungen wiederum mit Zahlenindizes versehen, so daß also die
erste Steuerleitung mit 9i, die zweite Steuerleitung mit 92 usw. und schließlich
die letzte Steuerleitung mit 9n bezeichnet ist.
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Wie bereits erwähnt, hängt die Zahl der erforderlichen Laufzeit- und
Einstellglieder von der Größe der im Übertragungskanal auftretenden Verzerrungen
ab. Bei der Ubertragung impulsförmiger Signale treten aufgrund der verzerrenden
Eigenschaften des Übertragungskanals bekanntlich Störungen deshalb auf, weil die
Impulse verformt werden und außer dem sogenannten Hauptschwinger noch störende Vor-und
Nachschwinger auf der Empfangsseite erscheinen. Die Aufgabe des Transversalfilters
2 besteht nun darin, über die Einstellglieder 8 die einzelnen Teilsignale in einem
Summierer 10 so zusammenzusetzen, daß am Ausgang 3 des Summierers 10, der gleichzeitig
den Ausgang des Entzerrers darstellt, ein möglichst unverzerrtes Signal erscheint.
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Insbesondere bei Breitbandübertragungssystemen müssen deshalb eine
größere Anzahl von Laufzeit-Einstellgliedern vorgesehen werden, was in Fig.2 durch
die gestrichelten Linien kenntlich gemacht werden soll.
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Wie bereits erwähnt, kann im Vergleichssignalgenerator 5 ein Signal
hergestellt werden, mit dem das ankommende Testsignal S verglichen wird und das
durch Differenzbildung im Subtrahierer 6 die im Signal S enthaltenen Fehler ek feststellt
Wie aus den Fig.1 und 2, in denen funktionsgleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern
versehen sind, hervorgeht, werden die über die Steuerleitungen 9 den Einstellglie-
dern
8 zugeführten Signale aus einem Signalverteiler 16 gewonnen, der dle erforderliche
Anzahl von n Eorrektursignalen liefert. Zur Gewinnung des Korrektursignals wird
dem Eingang 14 der Kontrolleinrichtung 4 ein Analog-Digitalwandler 12 nachgeschaltet
und ebenso wird dem Eingang 15 ein weiterer gleichartig aufgebauter Analog-Digitalwandler
12' nachgeschaltet. Die im folgenden mit A/D-Eandler bezeichneten Analog-Digitalwandler
12 und 12' sind nun derart ausgebildet, daß sie Digitalzahlen im Zweier-Exponenten-Code
abgeben und es werden diese digitalen Signale einem Korrelator 18 zugeführt, dem
æusgangsseitig der Signalverteiler 16 nachgeschaltet ist. Im beschriebenen Ausführungsbeispiel
wandelt der Signalverteiler 16 die einlaufenden digitalen Signale in entsprechende
analoge um und verteilt diese zur Einstellung der Einstellglieder notwendigen Steuergrößen
auf die Einstellglieder 8.
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Es ist sofort einsichtig, daß der Signalverteiler seine Funktion auch
in der umgekehrten Reihenfolge wie der angegebenen ausführen kann, nämlich Multiplexen
der Digital zahlen und nachfolgende D/A-Vlandlung für jedes einzelne Einstellglied
in einem eigenen D/A-Wandler. Das ist besonders dann interessant, wenn multiplizierende
D/A-Wandler verwendet werden.
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In Fig.3 ist der Korrelator 18 strichpunktiert umrahmt und es sind
wiederum die Anschaltpunkte der A/D-WanFdler 12 und 12' erkennbar. Der Korrelator
selbst besteht aus zwei Speichern 20 und 20', die jeweils den A/1)-Wandlern 12 und
12' nachgeschaltet sind. Die Speicher 20 bzw. 20' liefern an ihrem Ausgang Zahlen
m bzw. n, die im nachfolgenden Summierer 21 addiert werden. Dem Summierer 21 ist
ein Decodierer 22 nachgeschaltet, auf den ein Additionsspeicher 23 folgt. Der Korrelator
18 wird im Takt T gesteuert und es wird vom Korrelator 18 das Korrektursignal digital
abgegeben
und durch den nachfolgenden (vgl. Fig.1) Signalverteiler 16 beispielsweise in analoge
Größen umgewandelt und verteilt. Der Takt T steuert die Kontrolleinrichtung derart,
daß der adaptive Entzerrer das Abgleichkriterium der Minimierung des quadratischen
Fehlers erfüllt.
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In vorteilhafter Weise können die A/D-Wandler 12, 12' als schnelle
Parallelwandler ausgeführt sein, wie dies im einzelnen in Fig.4 dargestellt ist.
Solche Parallelwandler sind für sich beispielsweise aus dem Aufsatz von H.Schmid
in "Electronic Design", 26,. 19.Dezember 1968, Seiten 57 bis 76 mit dem Titel "An
Electronic Design practical guide to a/d conversion, Part 2", bekannt und bestehen
aus parallel geschalteten Komparatoren 25, die im einzelnen mit 251, 252...25n bezeichnet
sind. Das am Eingang 26 anliegende Analogsignal wird parallel auf jeweils einen
Eingang der Komparatoren 25 verteilt. Der andere Eingang der Komparatoren 25 liegt
an Vergleichsspannungen Ul, U2 bis Un und es erscheint am Ausgang der Komparatoren
jeweils der Zahlenwert "0" oder "1", je nachdem ob die Eingangsspannungen größer
oder kleiner als die Vergleichsspannungen sind. Die von den Komparatoren abgegebenen
Zahlenwerte werden einem im Takt T' gesteuerten Umcodierer 28 zugeführt, an dessen
Ausgang 27 Digitalzahlen im Zweier-Exponentencode erscheinen, d.h. also es stehen
am Ausgang 27 dem Umcodierer 28 eingangsseitig in digitaler Form eingegebene Zahlen
2m bzw. 2n als Digitalzahlen m bzw. n zur Verfügung.
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Für die elektrische Wirkungsweise der gesamten Schaltung gelten im
einzelnen noch die folgenden Uberlegungen.
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Die beiden für die Korrelation erforderlichen Größen werden quantisiert
und in Zweier-Potenzen addiert. Die Quantisierung kann ebenfalls in Stufen von 2n,
aber auch nach einer
anderen geeigneten Kennlinie erfolgen.
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Die Multiplikation wird auf eine Addition von Potenzen zurückgeführt.
Der Multiplizierer läßt sich also außerordentlich einfach realisieren.
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Die beiden A/D-Wandler für die zur Korrelation verwendeten Größen
brauchen nur wenige, relativ grob quantisierte Werte liefern und können deshalb
sehr einfach, z.B. als schnelle Parallelwandler ausgeführt sein.
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3 Patentansprüche 4 Figuren