DE2529030A1

DE2529030A1 - Automatischer entzerrer fuer mehrphasenmodulierte datensignale

Info

Publication number: DE2529030A1
Application number: DE19752529030
Authority: DE
Inventors: Karl Goeran Baang
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1974-07-01
Filing date: 1975-06-28
Publication date: 1976-01-22
Also published as: SE7408631L; CH607470A5; SE390592B; GB1502454A

Description

Die Erfindung betrifft einen Entzerrer für ein übertragungssystem mit Mehrphasenmodulation, der sich automatisch der Amplituden- und GruppenlaufZeitverzerrung der empfangenen Datensignale anpaßt, bei dem zwei durch kohärente Demodulation eines mehrphasenmodulierten Signals erhaltene Basisbandsignale auf jeweils eine Verzögerungsleitung, die aus mehreren hintereinandergeschalteten Verzögerungselementen besteht, gelangen, und bei dem die Verzögerungszeit der einzelnen Verzögerungselemente gleich dem Kehrwert der Zeichengeschwindigkeit ist.

Kg/Scho
23.6.1975

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Ein derartiger Entzerrer ist beispielsweise bekannt aus dem Aufsatz von R.W.Lucky:"Techniques for adaptive Equalisation of Digital Communication Systems" in Bell Syst. Techn.Journal 44, Februar 1966, S.255-286, insbesondere aus Figur 3 auf Seite 262.

Bei der übertragung von Informationsiüber einen Übertragungskanal ist das empfangene Signal oftverzerrt als Folge von ungünstigen Amplituden- und Gruppenlaufzeitcharakteristiken. Diese Verzerrung kann entweder bewirken, daß das empfangene Signal so weit vom gesendeten Signal abweicht, daß die übertragene Information verfälscht wird, oder daß der Störabstand hinsichtlich anderer Arten von Störungen, beispielsweise Rauschen, sehr klein wird, wodurch die Fehlerdichte sehr hoch wird. Um diese Nachteile zu beseitioen, ist es möglich, die Empfangsseite mit einem sogenannten Entzerrer auszurüsten, der die durch die erwähnten Eigenschaften des Übertragungskanals hervorgerufene Verzerrung ausgleicht, so daß das Ausgangssignal des Entzerrers idealen Signalverhältnissen sehr nahe kommt. Der Entzerrer arbeitet solange wie die Datenübertragung andauert und gleicht auch langsame Änderungen der Kanaleigenschaften au^, d.h. es handelt sich um einen adaptiven Entzerrer.

Entzerrer, die adaptiv sind, sind nicht nur für Übertragungssysteme bekannt, die lineare Hodulationsverfahren, d.h. verschiedene Arten der Amplitudenmodulation verwenden,

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sondern auch für Systeme mit Mehrphasenmodulation der eingangs genannten Art.

Bei der kohärenten Demodulation eines mehrphasenmodulierten Signals kann das empfangene Signal mittels zweier Träger signale demoduliert werden, die die gleichen Frequenzen wie die empfangene Trägerwelle haben, deren Phasen sich jedoch um-90° voneinander unterscheiden. Nach Durchlaufen von Tiefpässen liegen zwei Basisbandsignale vor, die im folgenden als x(t) und y (t) bezeichnet v/erden. Die Verzerrung dieser Signale x(t) und y(t) unterscheidet sich von der Verzerrung eines demodulierten, vorher amplitudenmodulierten Signals.

Aufgabe:

Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Entzerrer der eingangs genannten Art anzugeben, der die Verzerrung der Signale x(t) und y(t) auf ein Minimum reduziert und Ausgangssignale abgibt, die eine fehlerlose Dekodierung eines phasenipodulierten Signals ermöglichen.

Lösung;

Die Aufgabe wird mit den in den Patentansprüchen angegebenen Mitteln gelöst.

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Beschreibung;

Die Erfindung wird nun anhand der Figuren beispielsweise näher erläutert«

Es zeigen:

Fig.1 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Entzerrers;

Fig.2a einen 8-Phasen-Detektor für Fig.1;

Fig.2b die acht idealen Phasen in der i,-q.-Ebene bei 8-Phasen-Modulation;

Fig.3a einen 4-Phasen-Detektor für Fig.1;

Fig.3b die vier idealen Phasen in der i, -σ. -Ebene bei 4-Phasen-Modulation.

Die verzerrten Basisbandsignale x(t) und y(t) werden mit einer Frequenz abgetastet, die gleich der Zeichengeschwindigkeit ist. Der zeitliche Abstand der Zeichen wird mit T bezeichnet, und die Abtastwerte der Signale x(t) und y(t) werden wie folgt abgekürzt:

x;(t_Q + kT) = x_k

y(t_o + kT) = y_k

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Wie in Fig.1 gezeigt, gelangt jedes der Signale x, und y, auf jeweils eine Verzögerungsleitung, die die Form von einzelnen Verzögerungselementen 1, 2, ... N-1 hat. Die Verzögerungszeit jedes dieser Verzögerungselemente ist gleich dem zeitlichen Abstand T der Zeichen. Das Ausgangssignal jedes Verzogerungselements wird zwei Multiplizierern c(m) und d(m) zugeführt, die es mit Koeffizienten c(m) und d(m) multiplizieren (m=1,2.. N-1). Die Multiplizierer, die vor dem Verzögerungselement 1 liegen, sind als c(1), d(1) bezeichnet, die vor dem Verzögerungselement 2 als c (2) , d(2) usw.

Die Zahl N-1 bezeichnet die Anzahl von Abgriffen der Verzögerungsleitung und hängt ab von der Stärke der bestehenden Verzerrung. Die entzerrten Signale i_k und a_k, die Xj^. und y_k entsprechen, werden nach folgenden Gleichungen gebildet:

N N

i, = J c (m) x, ., + 7 d (m) y, „ k ^fL₁ k-m+1 ^₁ -k-m+1

N N

q = I c(m) x_k-m+1 +J d(m) y _ m=1 m=1

Diese Addition wird in den Addierern 5 und 6 ausgeführt.

Die Koeffizienten c(m) und d{m) werden dabei, wie nachstehend beschrieben, rekursiv bestimmt.

Die entzerrten Signale i_fc und q_k werden von den Ausgängen der Addierer 5 und 6 einem Phasendetektor 7 zugeführt. Die Fig.2b zeigt die acht idealen Phasen in der i_k-q_k-Ebene,

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Der gestrichelt ge2eichnete Vektor zeigt das empfangene verzerrte Signal, Abhängig davon, in welchem der acht gleich großen Sektoren die Koordinaten i, , q, des empfangenen Signals liegen, läßt sich klassifizieren, welche Phase als die Phase des gesendeten Signals am wahrscheinlichsten ist. Gleichzeitig ist es möglich, für jedes empfangene Zeichen ein Fehlersignal abzuleiten, das zur Neufestsetzung der Koeffizienten c{m) und d(m) verwendet wird. Im Falle der 8-Phasen-Modulation kommen zwei verschiedene Größen als I-Komponenten des idealen Signals in Frage, die in Fig.2b als A und B bezeichnet sind. Das Fehlersignal läßt sich damit schreiben als:

% - V ¹Ek ⁽³>

wobei, abhängig von der festgestellten Fläche in der I-Q-Phasenebene

I¹EkI= ^{A Oder} I¹Ek H -^{B iSt}-

Zur Dekodierung der acht möglichen Phasen wird aus den entzerrten Signalen i, und q, die folgende digitale Information abgeleitet.

sign (i_k) (4)

sign (g_k) · (5)

sign (|i_k|-|q_k|)

Aus diesen drei binären Zuständen, die für jedes Zeichen bestimm-

dieren.

bestimmt werden, lassen sich die acht (2 =8) Phasen deko-

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Fig.2a zeigt eine einfache Realisierung des 8-Phasen-Detektors. Jedes der entzerrten Signale i, und σ, wird in einem Gleichrichter 8 bzw. 9 gleichgerichtet. Diese gleichgerichteten Signale |i,} und jq, ] werden in einem Vergleicher 10 miteinander verglichen. Wenn Ji, I größer ist als JqJ, muß I_Ek ⁼A verwendet werden, um das richtige Fehlersignal zu ergeben (die Grenzgerade bildet einen Winkel von 45° mit den i, - und σ,-Achsen) . Falls jedoch jijj kleiner als jq_k| ist, ist Ι_Ετ.⁼Β zu verwenden. Diese Entscheidung wird in Block 11 getroffen.

Das Fehlersignal wird schließlich gebildet als Differenz zwischen dem gleichgerichteten Wert von i_k (jijj ) und Ig, , die in einem Addierer 12 entsteht, und in einem Multiplizierer 13 mit dem Vorzeichen sign (jijj) multipliziert wird. Die durch die Gleichungen (4) , (5) und (6) gegebene Vorzeicheninformation, die zur Dekodierung notwendig ist, liefern Blöcke 14 und 15 und der Block 11.

Im folgenden wird die Neufestsetzung der Koeffizienten c(m) und d(m), die eine wichtige Rolle spielt, erläutert. Bei diesem Verfahren werden die Koeffizienten mit jedem empfangenen Zeichen nach den Gleichungen:

c(j)_k-a(i_k-I_Ek).x_k__j+1 (7)

(8)

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neu festgesetzt. Dabei ist α der sogenannte Konvergenzfaktor (a<1). Auf diese Weise entsteht also jeder neue Wert aus dem entsprechenden alten Wert minus dem Produkt aus dem Konvergenzfaktor α, dem Fehlersignal (i,-I . ) und dem am Ausgang des entsprechenden Verzögerungselements (j-1) liegenden nicht entzerrten Signal x_k_..4 bei den c-Koeffizienten bzw. Υι__·.₁ bei den d-Koeffizienten. In Fig.1 sind die Blöcke, die diese Neufestsetzung der Koeffizienten bewirken, mit S bezeichnet.

In diesem Zusammenhang ist wichtig, daß ein einziges Fehlersignal zur Neufestsetzung der c- und der d-Koeffizienten verwendet wird.

Fig.3b zeigt die idealen Phasenlagen bei der 4-Phasen-Modulation. Hier bilden die I- und Q-Achsen und nicht die Kinkelhalbierenden die Grenzgeraden zur Entscheidung über die vier Phasen. Der gestrichelt gezeichnete Vektor ist ein Beispiel für ein empfangenes verzerrtes Signal und für die Bildung des dazugehörigen Fehlersignals e,=i, - C . Da die Größen der I-Komponenten hierbei konstant (=Q sind, kann der 4-Phasen-Detektor gegenüber den 8-Phasen-Detektor um einiges vereinfacht werden. Fig.3a zeigt eine einfache Realisierung des 4-Phasen-Detektors. Die Dekodierung erfolgt aufgrund der vier möglichen Kombinationen der in den Blöcken 16 und 17 ermittelten Vorzeichen:

sign (i_k) (9)

sign (q_ß) (10)

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Das Fehlersignal erhält man, wenn man den konstanten Wert C in Block 18 vom gleichgerichteten Wert i, subtrahiert, den Block 19 liefert, und dieses Signal schließlich in Block 20 mit sign (i_k) multipliziert.

Falls man die 8-Phasen-Modulation verwenden will, kann es bei starken Verzerrungen mitunter vorteilhaft sein, den Entzerrer zunächst für eine kurze Zeit mit einem 4-Phasen-Signal beginnen zu lassen. Zu Beginn der Entzerrung v/erden alle Koeffizienten in jeder Verzögerungsleitung außer einem c-Koeffizienten gleich 0 gesetzt. Der c-Koeffizient, der nicht gleich 0 gesetzt wird, ist vorzugsweise einer, der irgendwo in der Mitte der Verzögerungsleitung auftritt. Er wird gleich dem Wert 1 gesetzt. Dies bedeutet, daß die Ausgangssignale i^ und q, (abgesehen von einer Zeitverzögerung) gleich den Eingangssignalen x_k und y_k sind <±_k=x_Jc—i+1, ^σ]ς⁼Υ]ς..£₊ι» wenn c(i)=1). Damit beginnt der Entzerrungsvorgang. Wenn darauf ein 4-Phasen-Signal empfangen wird, so werden die Koeffizienten nach den Gleichungen (7) und (8) neu festgesetzt. Wenn die Koeffizienten ihren Gleichgewichtswert errreicht haben, so werden die Werte für eine kurze Zeit gehalten, während der der übergang zur 8-Phasen-Modulation erfolgt. Darauf kommt die Neufestsetzung der Koeffizienten wieder in Gang und dauert solange an, wie Daten übertragen v/erden. Eine Voraussetzung zur richtigen Neufestsetzung der Koeffizienten ist, daß die Eingangssignale des Entzerrers als Zufallsoder Pseudozufallsfolge auftreten.

In Fällen mit geringerer Verzerrung ist es auch möglich, den Entzerrungsvorgang sofort mit dem 8-Phasen-modullerten Signal zu beginnen.

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Claims

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Patentansprüche

Entzerrer für ein Übertragungssystem mit Mehrphasenmodulation, dar sich automatisch der Amplituden- und Gruppenlauf zeitverzerrung der empfangenen Datensignale anpaßt , bei dem zwei durch kohärente Demodulation eines mehrphasenmodulierten Signals erhaltene Basisbandsignale auf jeweils eine Verzögerungsleitung, die aus mehreren hintereinandergeschalteten Verzögerunqselementen besteht, gelangen,, und bei dem die Verzögerungszeit der einzelnen Verzögerungselemente gleich dem Kehrwert der Zeichengeschwindigkeit ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal jedes Verzögerungselements auf zwei Multiplizierer gelangt, daß die Ausgangssignale der Multiplizierer (c(1)..j2(N) , d(1). . d(N) )derart addiert vrerden, daß

N N

i_k - I c (in) x_k._m+1 + Σ d(m) y_k__m+1

ItI= I ItI= A

N N

q = £ c(m) y,-m+1 - J d (m) χ . ist, ^K m=1 ^K m=1 ^K"^m+1

v/obei i, und q, die entzerrten Basisbandsignale χ, und y, sind
2. Entzerrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Multiplizierer (ö(1)...G(N) ,d(l)...d(N)) über Addierer (5,6) mit einem Phasendetektor (7) verbunden sind, dem

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somit die entzerrten Signale i, und q, zugeführt werden, daß der Phasendetektor aus den Amolitudenwerten i, und q, die richtige Phase feststellt, derart, daß diese bei einem L-phasenmodulierten Signal einem aus L gleich großen Sektoren in der I-Q-Ebene zur Entscheidung über die Phase zugeordnet werden.
3. Entzerrer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasendetektor (7) ein Fehlersignal (e,) abgibt, das die Differenz zwischen der I-Konraonente eines empfangenen verzerrten Signals (ip und dem idealen Wert (¹TTv) ι eier zu dem in Frage kommenden Sektor gehört, ist, daß das Fehlersignal (e, ) jeweils dem einen Einaang einer Anzahl von v/eiteren Multiplizierern ( ^ mit zwei Eingängen zugeführt wird, deren anderem Eingang jeweils ein verzerrtes Signal von einem entsprechenden Abgriff der Verzögerungsleitung zugeführt wird, daß das Fehlersignal (e, ) und das verzerrte Signal in diesen Multiplizierern multipliziert und gewichtet wird und daß das so erhaltene Ausgangssignal der Multiplizierer zur Neufestsetzung der Werte der Koeffizienten c(m) und d(m) verwendet wird.
4. Entzerrer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Koeffizienten c(j) und d(j) nach den Gleichungen

+1 ^{= C(j)}k - ^a(ik-

k-1 ^{= d(j)}k - ⁰^V
neu festgesetzt werden, wobei α ein Konvergenzfaktor ist,

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der kleiner als 1 ist, daß die Anfangswerte aller Koeffizienten außer einem Koeffizienten c in jeder Verzögerungsleitung gleich O sind und der eine Koeffizient den Wert 1 hat und vorzugsweise in der Mitte der Verzögerungsleitung liegt, und daß eine Bedingung für eine korrekte Neufestsetzung der Koeffizienten darin besteht, daß die empfangenen Daten eine Zufallsoder Pseudozufallsfolge bilden.
5. Entzerrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das mehrphasenmodulierte Signal ein 4-Phasen-moduliertes Signal oder ein 8-Phasen-moduliertes Signal ist.
6. Entzerrer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dekodierung im Falle der 8-Phasen-Modulation allein aufgrund der Vorzeichen

sign (i_k)

sign (q_k)

sign (|i_k| -|q_kl)

und im Falle der 4-Phasen-Modulation allein aufgrund der Vorzeichen

sign (i, ) und sign (σ, ) erfolgt, wobei die Vorzeicheninformation die sendeseitig codierte Binärinformation ist.

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