DE2740123A1

DE2740123A1 - Echoausloeschanordnung fuer eine zweidraht-zweiweg-datenuebertragungsanlage

Info

Publication number: DE2740123A1
Application number: DE19772740123
Authority: DE
Inventors: Stephen Brant Weinstein
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1976-09-07
Filing date: 1977-09-06
Publication date: 1978-03-09
Also published as: FR2363945A1; GB1585395A; NL186671C; JPS5923497B2; US4131767A; IT1086459B; FR2363945B1; NL7709795A; SE416367B; DE2740123C2; JPS5334407A; CA1112383A; ES462189A1; BE858375A; SE7709560L; NL186671B

Description

Beschreibung

Echoauslöschanordnung für eine Zweidraht-Zweiweg-Datenübertrap;unp;sanlap;e

Die Erfindung betrifft eine Echoauslöschanordnung gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein großer Teil des heutigen sehr schnellen Datenübertragungsverkehrs wird gleichzeitig in zwei Richtungen ausgeführt; d. h., der Verkehr läuft im Vollduplexbetrieb ab. Für Datengeschwindigkeiten unterhalb etwa 2A00 Bits pro Sekunde kann das Sprachband, das sich von etwa 300 bis 3000 Hz erstreckt, in zwei Hälften ausgeteilt werden, um jeder Hälfte eine bestimmte Übertragungsrichtung auf einer äquivalenten Vierdraht-Übertragungsleitung zuzuordnen. Für Datengeschwindigkeiten oberhalb 2400 Bits pro Sekunde sind zwei körperlich getrennte Zweidraht-Leitungen mit Sprachbandbreite erforderlich. Wenn eine sehr schnelle, gleichzeitige Zweiweg-(Vollduplex-) übertragung zwischen zwei Punkten bei voller Bandbreite auf einem einzigen Zweidraht-Kanal durchgeführt v/erden könnte, wären beträchtliche Kosteneinsparungen möglich. Ferner wäre

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eine Möglichkeit zur gleichzeitigen Zweiweg-Digitaldatenübertragung über das öffentlich vermittelte Direktfernwähl(DDD-)-Netz\verk in Fällen wertvoll, in denen der Datenteilnehmer von einer Null-"Verweilzeit" Nutzen ziehen könnte. Bei der derzeitigen Praxis erfordert die Übertragungsrichtungsumkehr bei einem Halbduplex-DDD-Übertragungskanal Zeit zum Abschalten eingebauter Echounterdrücker.

Eine Zweiweg-Datenübertragung über einen Zweidraht-Übertragungskanal erfordert eine Unterdrückung des störenden lokal erzeugten Signals am Empfangseingang einer jeden Datenendstelle. Dies \f±ra teilweise erreicht durch die Verwendung von Gabelschaltungskopplungsnetzwerken an den Endstellen. Eine Reststörung resultiert jedoch aus der unvermeidlichen Impedanzfehlanpassung zwischen einem festgelegten Gabelschaltungskoppler und einer Vielzahl von Kanalverbindungen, ferner von Echos, die von entfernten Punkten im Übertragungskanal zurückkehren.

Für analoge Anlagen sind adaptive Echoauslöscher mit Transversalfiltern vorgeschlagen worden. Bei dieser Art Echoauslöscher wird ein Teil des an einer Gabelschaltungskopplungsstelle an der Vierdraht-Seite ankommenden Analogsignals über ein Transversalfilter mit einstellbarer Abgriffverstärkungssteuerung geleitet, um ein Auslöschsignal zu synthetisieren, das

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von dem von der Gabelschaltung ausgehenden Signal subtrahiert wird. Das resultierende ausgehende Signal wird amplitudenbegrenzt und mit der Folge von Abtastwerten des ankommenden Signals, die an den Abgriffen des Transversalfilters erscheinen, korreliert, um Steuersignale für die Abgriffverstärkungen oder Gewichtungskoeffizienten des Transversalfilters zu bilden.

Die genannten Echoauslöscher, die Transversalanordnungen verwenden, erfordern Abgriffsabstände, die nicht langer sind als das Nyquist-Intervall, das gleich ist dem Reziprokwert des doppelten Wertes der höchsten Frequenz, die im zu übertragenden Nachrichtensignal auftritt, und zwar hauptsächlich deswegen, weil das zu übertragende Signal analoger Art ist. In der tjTpischen Sprachbandbreite von 4000 Hz sind acht solcher Abgriffe für jede Millisekunde der erwarteten Echoverzögerung erforderlich.

Ein vorgeschlagenes Echoauslöschsignal wird synthetisiert in einer Transversalanordnung mit Abgriffen, die im Abstand von Baudintervallen angeordnet sind und nicht der beim Stand der Technik spezifizierten Nyquist-Intervalle, und zwar aus Abtastwerten von zu übertragenden Basisbanddaten vor der Modulation oder Zuführung an die Gabelschaltungskopplungsstelle, unter der Steuerung eines Fehlersignals, das am Ausgang des

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Empfangsteiles eines Datensenders erhalten worden ist.

Gemäß einem weiteren Vorschlag sind ein gemeinsamer Echoauslöscher und Zwischensymbolstörungsentzerrer im Empfangsabschnitt einer Datenendstelle angeordnet, derart, daß der Zwischensymbolstörungsentzerrer dem Echoauslöscher vorausgeht, und die Adaption beider wird gemeinsam durch das ermittelte Basisbandausgangssignal des Empfangsabsehnit 1s gesteuert. Bei dieser Anordnung ist das Auslöschsignal lediglich bei Baud- oder Symbolintervallen wirksam, was auch für den begleitenden Zwischensymbolstörungsentzerrer gilt, mit dem Ergebnis, daß die Fernend- und Nahend-Taktsignale eng synchronisiert sein müssen. Ist dies nicht der Fall, muß zwischen dem Auslöschsignal, das von der am nahen Ende gesendeten Datentaktimpulsfolge abgeleitet wird, und dem entzerrten Empfangssignal, dessen Taktirapulse an der fern gelegenen Endstelle oder durch Zwischen-Signalverstärker bestimmt werden, eine elastische Pufferung vorgesehen sein. Eine Anordnung für eine solche Puf ferung ist durch den genannten Vorschlag gegeben.

Die Lösung des geschilderten Problems ist im Patentanspruch 1 gekennzeichnet und in den Unteransprüchen vorteilhaft weitergebildet.

Erfindungsgemäß wird ein von fern ankommendes Datensignal, das über eine Gabelschaltung von einer Zweidraht-Übertragungsein-

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richtung empfangen worden ist, mit einer Folgefrequenz abgetastet, die gleich oder größer der Nyquist-Folgefrequenz ist, d. h., mit einer Folgefrequenz, die gleich oder größer ist als der doppelte Wert der Frequenz der höchsten gebräuchlichen Signalfrequenz im empfangenen Signal. Von diesem wird ein Echo- oder Streuungsauslöschsignal subtrahiert, das von einer lokalen Datenquelle unter der Steuerung eines lokalen Datentaktes und einer Senderträgerfrequenz, falls vorhanden, abgeleitet wird, um ein Ausgangssignal zu liefern, das im wesentlichen frei ist von Nahend- und Fernend-Echos der lokal gesendeten Daten, und das unabhängig ist vom Fernend-Sendertakt und von der Impulsgangkennlinie der· übertragungseinrichtung. Dadurch wird eine gleichzeitige Zweiweg-Vollbandbreiten-Datenübertragung über Zweidraht-Einrichtungen möglich.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird vorausgesetzt, daß das Übertragungsmedium bei Basisbandfrequenzv/erten arbeitet, d. h., bei Frequenzen, die bis Null herabreichen, und daß deshalb keine Modulatoren oder Demodulatoren an den Datenendstellen erforderlich sind.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird vorausgesetzt, daß das Übertragungsmedium ein Durchlaßband oder Paßband mit endlichen oberen und unteren Grenzfrequenzen aufweist, so daß in den Datenendstellen Madulatoren und Demodulatoren benötigt werden.

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Bei beiden Ausführungsformen wird das Echoauslöschsignal im Basisbandbereich erzeugt. Bei der im Paßbandbereich arbeitenden Ausführungsform ist es jedoch erforderlich, das Echoauslöschsignal in den Paßbandbereich aufwärts zu modulieren, bevor es mit dem empfangenen Signal kombiniert wird.

Bei beiden Ausführungsformen wird das Fehlersignal, das die Verstärkungseinstellungen der Abgriffverstärkungsvorrichtungen in der das Echoauslöschsignal erzeugenden Transversalanordnung steuert, vom Ausgang des Kombinators für das empfangene und das Auslöschsignal erhalten, wird also außerhalb des Signalempfangsteils erhalten. Diese Anordnung unterscheidet sich von den erwähnten Vorschlägen, bei denen Fehlersteuersignale von den ermittelten Daten abgeleitet wurden.

Merkmale der vorliegenden Erfindung sind:

1. Der Echoauslöscher kann für einen existierenden Datenmodem (Datensignalumsetzer) verwendet werden, da seine Steuersignale unabhängig von der empfangenen Nachricht sind;

2. der Echoauslöscher wird vorteilhafterweise mit einer vielfach angezapften Transversalanordnung aufgebaut, deren Abgriffe keinen größeren Abstand als das Nyquist-Interall haben, d. h., nicht weiter entfernt sind als der Reziprokwert des

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doppelten Wertes der höchsten gebräuchlichen Frequenz des empfangenen Signals, bei der jedoch jeder Abgriff im Auslöschfilter nur einmal pro Baud-Intervall aktiv ist; und

3. die Einstellungen des Echoauslöschers sind von den Parametern des zugeordneten Empfängers unabhängig.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsformen näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer bekannten Zweiweg-Zweidraht-Vollduplex-Digitaldatenübertragungsanlage mit Echoauslöschung;

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Echoauslösehers für eine Basisbandendstelle einer Digitaldatenübertragungsanlage gemäß der Erfindung;

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines Echoauslöschers für eine Paßbandendstelle einer Digitaldatenübertragungsanlage gemäß Erfindung; und

Fig. 4 ein Blockschaltbild eines spärlich gefüllten Transversalfilters, das im Echoauslöscher entweder der Fig. 2 oder der Fig. 3 verwendbar ist.

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Fig. 1 zeigt eine Ost- und eine West-Datenendstelle, die durch ein Zweidraht-Ubertragungsmedium 10 miteinander verbunden sind. Die Ost-Endstelle umfaßt eine Ost-Datenquelle 21, die eine Basisbanddatenfolge b_k erzeugt, einen Ost-Sender 23ι eine Ost-Gabelschaltung 25, einen differenzbildenden Kombinator 26, einen Ost-Empfänger 28, eine Ost-Datenrückgewinnungsschaltung 29 zum Wiederherstellen einer Empfangsbasisbanddatenfolge S_k, eine Ost-Datensenke 29 und einen Echoauslöscher 24. Gleichermaßen umfaßt die West-Endstelle eine West-Datenquelle 11, die eine Basisbanddatenfolge a_k erzeugt, einen West-Sender 13» eine West-Gabelschaltung 15, einen differenzbildenden Kombinator 16, einen West-Empfänger 18, eine West-Datenrückgewinnungsschaltung 19 zur Wiedergewinnung einer Empfangsbasisbanddatenfolge t>_k, eine West-Datensenke 20 und einen Echoauslöscher 14. Beim Nichtvorhandensein der Echoauslöscher 14 und 24 können die West-Datenquelle 11 und die Ost-Datenquelle 21 nur abwechselnd bei voller Bandbreite Datenfolgen a_k bzw. b_k zur Ost-Datensenke 29 bzw. West-Datensenke 19 senden. Die Winkel über dem Folgeelement zeigen, daß diese beste Abschätzungen der Empfangsdaten sind.

Von den Datenquellen 11 und 21 ist angenommen, daß sie eine herkömmliche Baud-Zeitsteuerungsvorrichtung aufweisen, so daß Datensymbole synchron bei Baud-Intervallen T abgegeben werden. Das tiefgestellte k kennzeichnet diese Baud-Intervalle so, daß alle Signale mit einem gemeinsamen tiegestellten In-

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dex im wesentlichen gleichzeitig auftreten.

Der Grund dafür, daß eine gleichzeitige Vollduplex-Vollbandbreiten-Datenübertragung bisher nicht über Zweidraht-Einrichtungen durchgeführt worden ist, ist hauptsächlich der, daß GabelSchaltungsnetzwerke 15 und 25 lediglich kompromißartige Impedanzanpassungen an die Zweidraht-Leitung 10 erzeugen, die von Fernsprechverbindung zu Fernsprechverbindung unterschiedliche Eigenschaften aufweist und sich sogar während bestehender Fernsprechverbindungen zeitlich ändern kann. Die unvollkommene Anpassung an den Gabelschaltungsverbindungen erlaubt eine beträchtliche Streuung des relativ starken Signals vom lokalen Sendeteil über die Gabelschaltungsverbindung hinweg und führt zu einer beträchtlichen Störung des relativ schwachen Empfangssignals.

Gemäß einem früheren Vorschlag wurde ein Echoauslöscher, der auf das geformte oder modulierte Senderausgangssignal ansprach, zum Zweck der Erzeugung eines Auslöschsignals direkt parallel zum Streuweg über das Gabelschaltungsnetzwerk auf der Vierdraht-Seite angeordnet. Dieser Vorschlag wurde dadurch modifiziert, daß man den Echoauslöscher nicht auf das dem GabelSchaltungsnetzwerk zugeführte modulierte oder gefilterte Datensignal sondern auf Baudintervall-Abtastwerte der Basisbandquellendaten ansprechen ließ und daß man das Fehler-

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signal für die Abgriffsverstärkungskoeffizienteneinstollung von den quantisierten Empfängerausgangsdaten ableitete.

Fig. 1 zeigt ein vereinfachtes Schaltbild der Modifikation, bei der in der West-Endstelle die von der Quelle 11 stammende und am Verbindungspunkt 12 ankommende Basisbanddatenfolge a_k gleichzeitig dem Sender 13 zur herkömmlichen Formung oder Modulation und dem Echoauslöseher 14 zugeführt wird. Bei der am einfachsten zu verwirklichenden Form ist der Auslöscher 14, wie ein Linearsignalprozessor, eine Transversalanordnung, die eine Vielzahl von Elementen der Folge a^ speichert und diese Elemente gleichzeitig an Abgriffen der Transversalanordnung für einstellbare Abgriffverstärkungsvorrichtungen für eine gewichtete Summierung zum gewünschten Auslöschsignal verfügbar macht. Das Auslöschsignal vom Auslöscher 14 wird im Kombinator 16 in Form einer Subtraktion mit dem ankommenden Empfangssignal kombiniert, das eine Echokomponente umfaßt, die von der Quelle 11 stammt und dem vom Datensender 23 stammenden gewünschten Datensignal 15^ überlagert ist. Eine Fehlerkorrekturschleife wird über den Empfänger 18 (der notwendigerweise einen Quantisierungsdetektor umfaßt) vervollständigt, wodurch ein Steuersignal erzeugt wird, das proportional zur Differenz zwischen dem Empfängerausgangssignal und dem Digitalentscheidungsausgangssignal ß^ der Datenrückgewinnungsschaltung 19 ist. Dieses Steuersignal wird mit allen Abgriffs-

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ausgangsSignalen des Auslöschers 14 kreuzkorreliert, um die Verstärkungen in einer den Fehler minimierenden Richtung einzustellen.

Die gleichen Funktionen und Vorgänge werden in der Ost-Endstelle beim Senden der Datenfolge t>_k von der Datenquelle 21 zur West-Endstelle und beim Ermitteln der Datenfolge ä_k aus dem ankommenden Empfangssignal in der Ost-Datenrückgewinnungsschaltung 29 ausgeführt.

Beim früheren Vorschlag hängt die Erzeugung des Echoauslöschsignals von der Baud-Taktimpulsfolge im Senderabschnitt ab und kann daher die Nahend-Echokomponenten nur bei diesen Baudintervallen zuverlässig auslöschen. Ferner werden Fernend-Echos nicht sauber kompensiert, es sei denn, die Taktsteuerung der ankommenden Signale ist mit derjenigen der abgehenden Signale eng synchronisiert. Bei dem vorgeschlagenen gemeinschaftlichen Echoauslöscher und Entzerrer ist der Ver such gemacht worden, das Synchronisationsproblem zwischen zwei in Verbindung stehenden Endstellen zu überwinden durch eine Schlupf-Taktsteuerungsmethode, bei welcher der Echoauslöscher gemeinschaftlich durch den Sende- und den Empfangssignaltakt gesteuert wird. Bei der vorliegenden Erfindung wird das Synchronisationsproblem vermieden durch eine unabhängige Taktsteuerung der Echokompensationsschleife mit einer Folgefrequenz, die höher ist als der doppelte Wert der höchsten

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beachtlichen Frequenz in den gesendeten und empfangenen Signalen.

Fig. 2 stellt eine einzige Endstelle einer Basisband-Datenübertragungsanlage dar, die erfindungsgemäß modifiziert ist, um einen externen Echoauslöscher zu schaffen, der mit einer Folgefrequenz taktgesteuert wird, die größer oder gleich der Nyquist-Folgefrequenz ist, von der Baud-Folgefrequenz des empfangenen Signals unabhängig ist, jedoch ein ganzzahliges Vielfachers der Baud-Folgefrequenz der Datenquelle 31 darstellt, und der sich an ein Fehlersignal anpaßt, das aus der Differenz zwischen dem empfangenen Signal, das mit der oben definierten Taktfolgefrequenz abgetastet worden ist, und dem Echoauslöschsignal gebildet ist, und zwar unabhängig vom Detektor im Empfangsabschnitt. Es wird angenommen, daß an das andere Ende der Zweidraht-Übertragungseinrichtung 45 eine angepaßte Zweidraht-Datenendstelle angeschlossen 1st.

Die Basisband-Datenendstelle der Fig. 2 umfaßt eine Daten quelle 31» einen Sender 33» ein Gabelschaltungsnetzwerk 35» einen EchounterdrUcker 34, der ein Eingangssignal von einem Verbindungspunkt 32 zwischen der Quelle 31 und dem Sender 33 erhält, einen Komblnator 36, einen Nyquist-Abtaster 37» ein Tiefpaßfilter 40, einen Baud-Abtaster 41, eine Empfangseinrichtung 42 und eine Datensenke 43. Nimrt aan vollständig un-

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korrelierte Signale von den Sendern in den einzelnen Endstellen einer Zweidraht-Datenübertragungsanlage an, stellt das nicht ausgelöschte Echosignal in jedem Empfangsabschnitt effektiv ein Störrauschen dar. Wenn ein simuliertes Echoauslöschsignal vom empfangenen Signal subtrahiert wird, stehen demgemäß lediglich die nicht ausgelöschten Echokomponenten im Differenzsignal mit dem den Echoauslöscher durchlaufenden Signal in WechselbeZiehung. Bei diesen Echokomponenten kann es sich überdies entweder um Nahend-Kompcnenten handeln, die um das Gabelschaltungsnetzwerk herumlaufen, oder um Fernend-Komponenten, die von entfernten Impedanzfehlanpassungen in der übertragungseinrichtung reflektiert werden, oder um beide.

Die Komponenten der Basisbandendstelle der Fig. 2 sind von herkömmlicher Art, und eine ausführliche Erläuterung erscheint nicht erforderlich. Die Datenquelle 31 kann einen Sender aufweisen, der Basisband-Digitaldaten diskreter Amplituden während synchroner Zeitintervalle T, die von einer nicht ausdrücklich gezeigten Intervallzeitsteuerungsvorrichtung oder einem Takt gemessen werden, sendet. Der Sender 33 kann vorteilhafterweise ein Tiefpaßfilter aufweisen, das Basisband-Datenimpulse in eine Form bringt, wie die angehobene Kosinus-Wellenform, um die Übertragungseigenschaften des Übertragungsmediums, an welches die Gabelschaltung 35 angeschlossen ist, anzupassen. Die Gabelschaltung 35 kann einen Differenzübertra-

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ger aufweisen, der mit einem Symmetriernetzwerk versehen ist, das die Impedanz des Übertragungsmediums A5 so dicht wie möglich nachbildet, so daß eine Streuung unerwünschter Signalenergie zwischen dem sendenden und dem empfangenen Tor minimal gemacht und eine Übertragung der gewünschten Signalenergie zwischen dem Zweidraht-Tor am Übertragungsmedium h5 und dem Sende- und Empfangstor auf der Vierdraht-Seite maximal wird. Der Echoauslöscher 34 wird vorteilhafterweise durch ein Transversalfilter mit gesteuerten Abgriffsverstärkungskoeffizienten gebildet. Der Kombiriator 36 ist funktionell eine Subtrahiervorrichtung, deren Ausgangssignal die algebraische Amplitudendifferenz zwischen zwei Eingangsgrößen ist. Ein invertierender Operationsverstärker mit Widerstandsrückkopplung genügt für diesen Zv/eck. Die Abtaster 37 und 41 sind normalerweise offene Schalter, die zu synchronen Augenblicken momentan geschlossen sind, um die übertragung eines Amplitudenabtastwertes eines Eingangssignals zu erlauben. Die synchronen Momente des Schließens des Abtasters 37 sind an die Baud-Folgefrequenz der Datenquelle 31 gekoppelt und treten bei einer ganzzahligen Vielfachen dieser Baudrate auf, die der Nyquist-Folgefrequenz gleich ist öder diese übersteigt. Die Nyquist-Folgefrequenz versteht sich als jener Wert, welcher zweimal so groß ist wie die Frequenz der höchsten bedeutsamen Frequenzkomponente des abgetasteten Signals. Die synchronen Momente des Schließens des Abtasters 41 sind durch

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die Bedürfnisse des Empfängers 42 vorgeschrieben und sind unabhängig von der Datenquelle 31 und dem Auslöscher 34. Das Tiefpaßfilter 40 kann ein Serienwiderstand sein, der mit einem Parallelkondensator gepaart ist, die zusammen eine Zeitkonstante derart aufweisen, daß die Frequenzkomponenten oberhalb einer gewissen vorbestimmten Grenzfrequenz gegenüber den Frequenzkomponenten unterhalb der Grenzfrequenz stark gedämpft werde; . Beim vorliegenden Beispiel wird die Grenzfrequenz so gelegt, daß sie oberhalb der Baudfrequenz und unterhalb der Nyquist-Frequenz liegt. Der Empfänger 42 verarbeitet abgetastete Empfangssignale, um Doppelfrequenzkomponenten zu entfernen, die aus dem Abtastvorgang resultieren, und um Datenbits mit diskreten Werten zu erzeugen. Die Datensenke 43 repräsentiert eine Verbrauchervorrichtung für Digitaldaten, wie ein Bandgerät, ein Kartenlocher oder ein Computer.

Beim Echoauslöscher 34 handelt es sich vorzugsweise um eine Transversalanordnung mit Abgriffen, die nicht weiter auseinanderliegen als das Nyquist-Intervall, entweder an einer ana logen Verzögerungsleitung oder einem Schieberegister, das mit einer Folgefrequenz geschoben wird, die gleich dem Kehrwert des gewählten Abgriffsabstandes ist. Der Echoauslöscher 34 erhält sein Eingangssignal von der Verbindungsstelle 32 am Ausgang der Basisbanddatenquelle 31. Da die höchste bedeutende Frequenz in einem Sprachbanddatensignal niedriger als

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3200 Hz ist, liegt ein geeigneter Abgriffsabstand beim Kehrwert des doppelten Wertes dieser Folgefrequenz von näherungsweise 156 Mikrosekunden (1/6400 Sekunden) für einen typischen Fernsprechübertragungskanal. Die höchste Baudrate, die in einem Telefon-Sprachbandkanal aufrechterhalten werden kann, ist derzeit etwa 2400. Der Abstand zwischen den Abgriffen an Baudintervall-Echoauslöschern ist etwa 416 Mikrosekunden (1/2400 Sekunden). Bei einem Nyquist-Intervall-Echoauslöscher, wie er hier beschrieben ist, muß also die Abgriffszahl um einen Faktor 3 oder 4 über die für einen Baudintervall-Auslöscher erforderliche Anzahl erhöht werden. Dieser ganzzahlige Faktor kann durch den Schreibbuchstaben "iⁿ dargestellt werden.

Gemäß Fig. 2 speichert der Echoauslöscher 34 eine dynamische Vielzahl von Elementen der abgehenden Basisbanddaten. Zu jeglichem Zeitmoment finden sich die Datenelemente bei Baudintervallen am Transversalfilter, d. h., an jedem £-ten Abgriff. Alle anderen Abgriffe enthalten Null-Abtastwerte, die keinen Beitrag zum Filterausgangssignal liefern. Die von Null verschiedenen Abgriffsspannungen werden durch (nicht gezeigte) Abgriffsverstärkungsvorrichtungen beeinflußt und summiert, um Abtastwerte eines Echoauslöschsignals an Abgriffsabstandsintervallen zu erzeugen. Gleichzeitig wird das empfangene Signal durch einen Abtaster 37 geleitet. Die beiden abgetaste ten Signale werden im Kombinator 36 kombiniert, um ein Aue- ■

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gangssignal zu erzeugen, aus dem die meisten Echosignale ausgelöscht sind. Das Restecho in diesem Teil, das über Leitung 38 zum Echoauslöscher 34 zurückgeführt wird, ist mit den Abtastwerten der an dessen Abgriffen gespeicherten gesendeten Daten korreliert, um Korrektursignale für die Abgriffsverstärkungsvorrichtungen zu bilden. Was gleichzeitig als unkorrelier tes Rauschen am Echoauslöscher 34 erscheint, ist weitgehend das abgetastete Empfangssignal, das über Leitung 39 an das Tiefpaßfilter 40 gegeben wird. Letzteres Filter rekonstruiert eine kontinuierliche Welle aus der auf der Leitung 39 erscheinenden Abtastsignalfolge, und das Filterausgangssignal wird im Baudabtaster 41 wiederum mit der Baud-Folgefrequenz abgetastet. Es kann auch eine andere Interpolationsformel verwendet werden, um die gewünschten Baudintervall-Abtastwerte (mit der richtigen Abtastphase) von der Abtastwertfolge auf Leitung 39 abzuleiten. Danach wird der Digitaldateninhalt des empfangenen Signals vom Empfänger 42 ermittelt, wiedergebildet, und der Empfänger 42 liefert die wiedergewonnenen Daten an die Datensenke 43. Der Empfänger 42 kann einen adaptiven Entzerrer umfassen, der in bekannter Weise durch ein Baud-Folgefrequenz-Fehlersignal gesteuert wird.

Beim externen Echoauslöscher gemäß vorliegender Erfindung wird die Einstellung der Abgriffsverstärkungsvorrichtungen adaptiv durch ein Fehlersignal gesteuert, das aus Nyquist-

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Intervall-Abtastwerten besteht, während jegliche Zwischensymbolstörung im Empfänger adaptiv durch ein unabhängiges Fehlersignal mit Baudintervallquantisierung gesteuert wird. Als Ergebnis wird die Echoenergie im wesentlichen vom gesamten Frequenzspektrum entfernt, das durch das Bezugssignal auf Leitung 39 belegt ist. Ein Mangel an Synchronisation zwischen den Sendern in den verbundenen Endstellen hört nun auf, ein Hauptproblem zu sein, das nach einer speziellen Korrekturvorrichtung verlangt.

Fig. 3 zeigt eine alternative Ausführungsform für einen adaptiven externen Echoauslöscher, der den erfindungsgemäßen Prinzipien entsprechend aufgebaut ist. Diese Ausführungsform ist auf die Auslöschung der Echos gesendeter Signale in dem Fall gerichtet, in welchem das Ubertragungsmedium 75 in einem Durchlaßband oder Paßband arbeitet, das keine Gleichstromübertragung erlaubt. Die Datenendstelle, welche diesen Echoauslöscher aufweist, umfaßt eine Datenquelle 51» einen Sender 53, ein Gabelschaltungsnetzwerk 55, ein Zweidraht-Paßband-Übertragungsmedium 75, einen Echoauslöscher 54, eine Trägerquelle 58, einen Aufwärtsmodulator 65, einen Nyquist-Abtaster 57, einen Kombinator 56, einen Demodulator 59, ein Tiefpaßfilter 60, einen Baud-Abtaster 61, einen Empfängerabschnitt 62 und eine Datensenke 63. Die Datenquelle 51 liefert eine Basisbanddatenfolge am Verbindungspunkt 52 zum Sender

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und zum Echoauslöscher 54. Der Sender 53 umfaßt eine Modulationsvorrichtung, wie sie erforderlich ist, um die Basisbanddatenfolge in das Paßband des Übertragungsmediums 75 umzusetzen. Beim Echoauslöscher 54 handelt es sich vorzugsweise um eine vielfach angezapfte Transversalanordnung mit bekannten einstellbaren Verstärkungssteuerungsvorrichtungen an jedem Abgriff, Korrelationsvorrichtungen zum Vergleichen individueller Abgriffssignale mit einem Fehlersteuersignal und einer Summierschaltung, von der ein Basisband-Echoauslöschsignal ausgeht. Den erfindungsgemäßen Prinzipien entsprechend sind die Abstände der Abgriffe am Echoauslöscher 54 nicht größer als Nyquist-Intervalle.

Die Komponenten der Paßbandendstelle der Fig. 3 sind ebenfalls herkömmlicher Art und deren ausführliche Beschreibung scheint nicht erforderlich zu sein. Die Datenquelle 51 gleicht im wesentlichen der in Fig. 2 gezeigten Datenquelle 31» und sie sendet synchrone Digitaldaten bei Intervallen T, die durch eine nicht ausführlich gezeigte interne Taktsteuerungsvorrichtung gemessen v/erden. Der Sender 53 kann vorteilhafterweise einen Amplitudenmodulator umfassen, in dem Basisbanddaten in ein durch eine sinusförmige Trägerwelle bestimmtes Paßband umgesetzt werden, um eine Anpassung an die Übertragungseigenschaften des Übertragungsmediums zu schaffen, an das die Gabelschaltung 55 angeschlossen ist. Die Gabelschaltung 55 gleicht im wesentlichen der in Fig. 2 gezeigten Gabel-

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schaltung 35. Der Echoauslöscher 54 gleicht im v/esentlichen dem Echoauslöscher 34 in Fig. 2. Der Kombinator 56 unterscheidet sich vom Kombinator 36 in Fig. 2 lediglich darin, daß seine Ausgangssignale im Paßbandfrequenzbereich liegen. Was den Aufbau betrifft, kann der Kombinator 56 einen invertierenden Operationsverstärker aufweisen. Die Abtaster 57 und 61 gleichen im wesentlichen den Abtastern 37 und 41 in Fig. Die Trägerwelle 58 ist eine stabile Sinuswellenquelle, vorzugsweise kristallgesteuert, zur Erzeugung eines Frequenzwertes, bei dem Datensignale im Sender 53 moduliert werden, um eine Anpassung an die Eigenschaften des Ubertragungsmediums 75 zu schaffen. Die Sinuswelle kann auch zum Demodulieren der ankommenden empfangenen Paßbandsignale im Modulator 59 in das Basisband verwendet werden. Der Demodulator 59 spricht auf die Sinusträgerwelle der Trägerquelle 58 an, um die Ursprungswelle wiederzugewinnen, die in der entfernten Endstelle auf eine Trägerwelle aufmoduliert worden ist. Beim Aufwärtsmodulator 65 handelt es sich um eine Vorrichtung, die auf eine Sinusträgerwelle von der Trägerquelle 58 anspricht, um ein Basisband-Echokompensationssignal vom Echoauslöscher 54 auf den Paßbandfrequenzwert der ankommenden Empfangssignale umzusetzen, bevor dieses vom Paßbandempfangssignal im Kombinator 56 subtrahiert wird. Das Tiefpaßfilter 60, der Baudabtaster 61 und die Datensenke 63 gleichen in ihrem Aufbau im wesentlichen ihren Gegenstücken 40, 41 und 43 in Fig.

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Der Empfänger 62 kann einen Demodulator zur Umsetzung der empfangenen Signale in einen Basisbandfrequenzwert aufweisen. Es wird angenommen, daß der Empfänger 62 seine eigene Quelle für die demodulierende Trägerwelle aufweist.

Das vom Übertragungsmedium 75 ankommende Empfangssignal durchläuft das Gabelschaltungsnetzwerk 45 und v/ird mit einer Folgefrequenz abgetastet, die nicht kleiner ist als der doppelte Wert der höchsten Frequenz im empfangenen Signal, wie es der Fall ist bei der Basisband-Ausführungöform der Fig. 2. Das abgetastete Ausgangssignal seinerseits wird einem Eingang des Kombinators 56 zugeführt, der an einem anderen Eingang das Echoauslöschsignal empfängt. Da das im Echoauslöscher 54 erzeugte Echoauslöschsignal im Basisbandfrequenzbereich liegt, ist es erforderlich, es in den Paßbandbereich des empfangenen Signals umzusetzen, und zwar im Aufwärtsmodulator 65, der unter der Steuerung der Trägerquelle 58 steht. Die Trägerquelle 58 wird auch dazu verwendet, das abgehende gesendete Signal in das Paßband des Übertragungsmediums 75 umzusetzen.

Das Ausgangssignal des Kombinators 56 umfaßt die abgetastete Form des vom Übertragungsmedium 75 über das Gabelschaltungsnetzwerk 55 empfangenen Signals, und zwar kompensiert durch ein Echoauslöschsignal vom Echoauslöscher 54, das im Modula-

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tor 65 in den Paßbandbereich des Ubertragungsmediums 75 aufwärtsmoduliert worden ist. Da das Ausgangssignal des Korabinators 56 im Durchlaßfrequcnzbereich liegt, ist der unter der Steuerung der Trägerquelle 58 stehende Demodulator 59 vorgesehen, um das kompensierte Empfangssignal, bei dem es sich um ein Fehlersignal handelt, soweit die Einstellung des Echoauslöschors betroffen ist, zurück in den Basisbandfrequenzbereich umzusetzen. Das demodulierte Fehlersignal wird dem Echoauslöscher 54 auf Leitung 64 zugeführt.

Das auf Leitung 66 erscheinende kompensierte Empfangssignal ist exakt analog dem direkten Ausgangssignal des Koinbinators 36 bei der Basisband-Ausführungsform der Fig. 2. Es folgt, daß das Tiefpaßfilter 60, der Baudabtaster 61, der Empfänger 62 und die Datensenke 63 im v/es entlichen Gegenstücke der Elemente 40 bis 43 in Fig. 2 sind. Das kompensierte Empfangssignal wird also herkömmlich ermittelt, um Digitaldaten an die Datensenke 63 zu liefern.

Fig. 4 zeigt in vereinfachter Blockdarstellung ein spärlich gefülltes Transversalfilter, das sich bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung verwenden läßt, und zwar speziell als eine Verwirklichung der Blöcke 34 und 54 in Fig. 2 bzw. 3. Was den Aufbau betrifft, ist das Transversalfilter der Fig. herkömmlich, und es umfaßt eine Vielzahl Verzögerungseinheiten 80, die in Kaskade verbunden sind, um Signalabgriffs-

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punkte 81 am Anfang, an Zwischenpunkten und am Ende eines zusammengesetzten Verzögerungsmediums zu schaffen; eine Hultipliziervorrichtung 85 an jedem Abgriffspunkt 81; einen Korrelator 87 an jedem Abgriffspunkt; eine Summierschaltung 86; und einen Ausgangsanschluß 90. Es wird angenommen, daß ein Baudintervall je vier aufeinanderfolgende Abgriffspunkte umspannt, und aufeinanderfolgende Abgriffspunkte sind durch das Nyquist-Intorvall /^ getrennt, so daß das Verhältnis von Baud- zu Nyquist-Intervall beispielsweise gleich der ganzen Zahl Vier ist, d. h., =4.

An einem Eingangsanschluß 12 wird dem Verzögerungsmedium, bei dem es sich beispielsweise um eine Reihe analoger Verzögerungseinheiten 80 mit individuellen Verzögerungsbeträgen Δ handelt, eine Folge von Baudintervall-Abtastwerten der beabsichtigten abgehenden Datenfolge { a λ zugeführt. Zu jedem Zeitpunkt enthält somit nur jeder vierte Abgriff einen von Null verschiedenen Signalabtast^rert (wie es durch die Kennzeichnung a_n, S_n+1» ^a _n_w angegeben ist), und die dazwischenliegenden Abgriffe sind unbelegt (wie es durch die Nullen angezeigt ist). An jeden Abgriff ist eine Multipliziervorrichtung und ein Korrelator 87 angeschlossen, die beide schematisch durch in einem Kreis befindliche Multiplikationszeichen dargestellt sind, welche die Produktbildungsfunktion anzeigen. Jeder Korrelator 87 bildet das Produkt aus dem zugeordneten Abgriffssignal ^_n an einem Abgriff 81 und dem gemeinsamen

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Fehlersignal auf Leitung 88, um einen Abgriffsverstärkungskoeffizienten q zu bilden. Jede Multipliziervorrichtung 85 multipliziert das ihr zugeordnete Abgriffssignal a^ an einem Abgriff 81, um das Produkt S_nI_n zu erzeugen. Die Summierung dieser Produkte wird in der Summierschalung 86 vorgenommen, um ein Echoauslöschsignal auf einer Ausgangsleitung 90 entsprechend dem in Fig. 4 gezeigten mathematischen Ausdruck zu bilden. Da die Zwischenabgriffe jedoch Nullwert-Abtastwerte aufweisen, tragen die Zwischenabgriffe während eines jeden Nyquist-Intervalls nicht zum summierten Ausgangssignal der Summierschaltung 86 bei. In diesem Sinn ist das Verzögerungsmedium spärlich belegt. Trotzdem wird der Inhalt des Verzögerungsmediums in jedem Nyquist-Intervall um das Intervall Λ nach rechts verschoben, und eine neue Gruppe von Abgriffsverstärkungskoeffizienten q_n wirkt auf die von Null verschiedenen Abtastwerte der abgehenden Basisbanddaten.

Beispielsweise sind zu dem in Fig. 4 gezeigten Zeitpunkt Abgriff sverstärkungskoeffizienten q_^, q_Q, q₊^ usw. auf Leitungen 84 als Eingangsgrößen für die Multipliziervorrichtungen 85 aktiv. Im nächsten Nyquist-Intervall werden Abgriffsverstärkungskoeffizienten q_3» Q₊-J* Q₊5 t|sw. verwendet. Somit arbeitet die Anordnung der Fig. 4, als ob vier unterschiedlich verzögernde Verzögerungsmedium parallel auf dieselbe Eingangssignalfolge wirken. Auf diese Weise wird bei jedem

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" ²⁹ " 27A0123

Nyquist-Intervall von Baudintervall-Abta^twerten der abgehenden Datenfolge eine Echoauslöschkomponente erzeugt. Als praktische Tatsache hat der Auslöscher eine äquivalente Realisierung in einer Transversalanordnung mit Abgriffen in Baudintervallen und einer Folge von Abgriffsverst'irkungskoeffizienten, die in Nyquist-Intervallen rotieren.

Es ist beobachtet worden, daß, obwohl die im empfangenen Signal erscheinende Hauptechokoraponente auf Nahend-Orteschleifen-Impedanzdiskontinuitäten in der Gabelschaltungsverbindung und auf einer Streuung über diese hinweg beruht, auch eine Fernend-Echokomponente von Impedanzunregelmäßigkciten im Fernsprechzentralvermittlungsamt, an Schnittstellen zwischen Abschnitten des Übertragungsweges (beispielsweise an Verbindungsstellen zwischen Zweidraht- und Vierdraht-Vorbindungen) und von der Gabelschaltungsverbindung an der Fernend-Endstelle exisitert. Die Nahend- und die Fernend-Echogruppen sind je über einige Millisekunden dispergiert oder verstreut. Die Stärke der Zerstreuung ist für die Anzahl der am Echoauslöscher erforderlichen Abgriffe bestimmend. Gleichzeitig kann das Intervall zwischen Echogruppen bis 100 Millisekunden bei Landschaltungen und bis zu 1000 Millisekunden bei Satellitenschaltungen sein. Obwohl das entfernte Echo typischerweise etwa 10 dB unter dem Nahecho liegt, ist es dennoch stark genug, um die Funktionsfähigkeit beträchtlich zu verschlechtern.

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~³°~ 27A0123

Anstatt einen sich über 1000 Millisekunden erstreckenden Echoauslöscher zu haben, ist es innerhalb der erfindungsgemäßen Prinzipien möglich, getrennte Echoauslöscher je für die Nahend- und die Fernend-Echogruppen vorzusehen und zv/ischen die lokale Datenquelle und den Echoauslöscher, der die entfernte Echogruppe beeinflussen soll, eine massiv verzögernde Einheit einzufügen. Die separaten Echoauslöschsignale werden zuerst gemischt, um ein zusammengesetzte.? Echoauslöschsignal zu bilden, bevor eine Kombination mit dem abgetasteten Empfangssignal erfolgt.

Hi/ku 809810/1003

Claims

BLUMBACH · WESER ■ BERGEN · KRAMER

zwiRNER-HiRSCH-BREHM 27 A0123

PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEM UND WIESBADEN

Palentconsult Radeckestraße Ί3 8000 München 60 Telefon (089) 883603/883604 Telex 05-212313 Telegramme Patentconsult Pdtentconsull Sonnenberger Straßo 43 6200 Wiesbaden Telefon (06121) 562943/561998 Telex 04-186237 Telegromme Palentconsull

Western Electric Company, Incorporated Weinstein 4

New York, N.Y., USA

Patentansprüche

Echoauslöschanordnung für eine Digitaldatenübertragungsanlage zur gleichzeitigen Zweiwegsignalübertragung mit voller Bandbreite über einen gemeinsamen Signalweg, mit zwei Endstellen, die je aufweisen: einen Sendeabschnitt (33), einen Empfangsabschnitt (40-43) und eine mit dem Sendeabschnitt verbundene, Datensymbolquelle (31)»

dadurch gekennzeichnet , daß die Echoauslöschanordnung aufweist: einen Abtaster (37), der ankommende empfangene Signale mit einer Folgefrequenz abtastet, die im

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München: R. Kramer Dipl.-Ing. ■ W. Weser Dipl.-Phys. Dr. rer. nat. · P. Hirsch Oipl.-Ing. . H. P. Brehm Dipl.-Chom. Dr. phil. nat. Wiesbaden: P. G. Blumbach Dipl.-Ing. . P. Bergen Dipl.-Ing. Dr. jur. i G. Zwimer Oipl.-Ing. Dipl.-W.-Ing.

ORIGINAL INSPECTED

wesentlichen zwei mal so hoch wie die im geraeinsamen Signalweg verwendete höchste Frequenz ist;

einen mit dem Ausgang des Abtasters verbundenen Differenzverstärker (36);

einen einstellbaren Signalprozessor (34), der eingangsseitig mit der Datensymbolquelle (31) verbunden ist und dessen Ausgangssignal im Differenzverstärker in substraktiver Weise mit dem Ausgangssignal des Abtasters verknüpft wird; daß der Signalprozessor aufeinanderfolgende Abtastwerte der Signale von der Datenquelle (31) in Intervallen abtastet, die nicht größer sind als der Reziprokwert des doppelten Wertes der höchsten Frequenz auf dem gemeinsamen Signalweg, so daß in jedem Baudintervall eine ganzzahlige Anzahl solcher Abtastintervalle auftritt;

daß der Signalprozessor aufeinanderfolgende Abtastwerte mit dem Ausgangssignal des Differenzverstärkers in Wechselbeziehung bringt;

und daß eine Schaltungsanordnung (40, 41, 42) vorgesehen ist, die aus dem subtraktiven Ausgangssignal des Differenzverstärkers Digitaldaten zurückgewinnt.
2. Echoauslöschanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Prozessor (34) aufweist: ein synchron abgegriffenes Verzögerungsmedium (34, 54); eine einstellbare Verstärkungsvorrichtung (34) für jeden Abgriff am Verzögerungsmedium;

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eine Vorrichtung zur Eingabe eines Digitaldatenabtastwertes in das Verzögerungsmedium bei Baudintervallen und von Nullpegel-Abtastwerten in dazwischenliegenden Zeiten; einen Korrelator (87) für jeden Abgriff, die gemeinsam auf das subtraktive Ausgangssignal des Differenzverstärkers und auf Datenabtastwerte ansprechen, zum Aktualisieren der einstellbaren Verstärkungsvorrichtungen;

und eine Kombinierschaltungsanordnung (86) zum Kombinieren von Abgriffsignalen, die durch die einstellbaren Verstärkungsvorrichtungen beeinflußt worden sind.
3. Echoauslöschanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der gemeinsame Signalweg (Fig. 2, 45) zwischen Endstellen bei Basisbandfrequenzen arbeitet.
4. Echoauslöschanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der gemeinsame Signalweg (Fig. 3, 75) zwischen Anschlüssen bei Durchlaßbandfrequenzen arbeitet;

daß eine Trägerquelle (58) Durchlaßbandfrequenzen erzeugt; daß ein Modulator (65) das Ausgangssignal des Prozessors (54) mit den Durchlaßbandfrequenzen moduliert; daß die Ausgangssignale des Modulators in subtraktiver Weise mit dem Ausgangssignal des Abtasters (57) kombiniert werden;

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und daß ein an die Trägerquelle angeschlossener Demodulator (59) das Ausgangssignal des Kombinators (51) in das Basisband demoduliert, bevor es dem Prozessor als Fehlersteuersignal zugeführt wird.

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