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Verfahren und Einrichtung zur Kompensation
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der Leitungsverzerrung eines digitalen Signalübertragungssystems
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kompensation der Leitungsverzerrung eines
digitalen Signalübertragungssystems.
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Um die Qualität der am Ende einer Übertragungsleitung empfangenen
Signale zu verbessern, sind im Laufe der Jahre verschiedene digitale Kodes entwickelt
worden. Zwei Beispiele solcher Kodes sind der bekannte Miller-Kode und der bipolare
Kode oder AMI-Kode (AMI = Alternate Mark Inversion). Beim Miller-Kode wird der eine
binäre Zustand eines binärkodierten Signals durch einen Übergang in der Mitte einer
Bitperiode dargestellt, und der andere Binär zustand durch keinen Übergang in der
Mitte der Bitperiode, wobei, falls zwei aufeinanderfolgende Bitperioden keinen Übergang
in der Mitte haben, dann stattdessen ein Übergang zwischen den beiden Perioden besteht.
Der bipolare Kode oder AMI-Kode wird manchmal als ein pseudoternärer Kode bezeichnet.
Er wird von einem gewöhnlichen Binärkode abgeleitet, bei dem aus übertragungstechnischen
Gründen aufeinanderfolgende logische 1-Zustände abwechselnd mit positivem und negativem
Pegel übertragen werden. Das Ziel dieser Maßnahme besteht darin, sicherzustellen,
daß über eine gegebene Zeitperiode das Signal ausgeglichen ist, d.h. daß das Signal
bei einer geraden Anzahl von Bits mit dem Binärwert 1 eine akkumulierte Polaritätsdisparität
von 0 hat.
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Obwohl die verschiedenen übertragenen Kodes offensichtlich geeignete
Eigenschaften hinsichtlich der Übertragung haben mögen, unterscheiden sie sich in
ihrer Verträglichkeit der Leitungsverzerrung.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Kompensation der Leitungsverzerrung
eines digitalen Signalübertragungssystems anzugeben.
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Die Aufgabe wird wie im Patentanspruch 1 angegeben gelöst.
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Eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens und Weiterbildungen
davon sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen beispielsweise näher
erläutert. Es zeigen: Fig.1 ein einfaches Druckschaltbild der erfindungsgemäßen
Einrichtung zur Kompensation der Leitungsverzerrung, und Fig.2-4 die Anwendung der
Erfindung auf unterschiedliche digitale Leitungskodes.
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Bei der Einrichtung nach Fig.1 werden die zu übertragenden digitalen
Signale an einen invertierenden Verstärker 1 angelegt, der eine feste Verstärkung
aufweist.
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Die ankommenden Signale werden ausserdem an eine Verzögerungsleitung
2 angelegt, deren Verzögerungszeit die Dauer einer Bitperiode nicht überschreitet.
Als typische Verzögerungszeit läßt sich die Hälfte oder ein Viertel einer Bitperiode
wählen.
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Das Ausgangs signal der Verzögerungsleitung 2 wird an einen invertierenden
Verstärker 3 angelegt, dessen Verstärkungsfaktor steuerbar und kleiner als 1 ist.
Das Ausgangssignal des Verstärkers 3 wird mit dem unverzögerten Signal am Eingang
des Verstärkers 1 kombiniert, dessen Ausgangssignal schließlich auf die Übertragungsleitung
gelangt.
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Anhand von Fig.2 wird nun die Kompensation der Wirkungen der Leitungsverzerrung
auf ein im AMI-Kode kodiertes Signal betrachtet. Die Fig.2a zeigt eine AL1II-Folge
1101100101, wie sie vom Kodierer abgegeben wird. Die Fig.2b zeigt die verzerrte
Signalimpulsfolge, wie sie bei einer Bitperiode von 5,2 ps am Ende einer 2,4 km
langen Übertragungsstrecke mit einem im Durchmesser 0,4 mm starken Kabel empfangen
wird. Die Fig.2c.zeigt dieselbe ursprüngliche AMI-Signalfolge kombiniert mit einer
verzögerten; gedämpften und invertierten Version derselben Signalfolge, wobei die
Verzögerung gleich einer Bitperiode gewählt ist. Die Fig.2d zeigt die entsprechende
Signalimpulsfolge nach Empfang am Ende derselben Ubertragungsstrecke wie im Fall
von Fig.2b. Die Fig.2e zeigt die ursprüngliche AMI-Signalfolge kombiniert mit einer
verzögerten, gedämpften und invertierten Version derselben Signalfolge, jedoch in
diesem Falle mit einer Verzögerung von einer halben Bitperiode.
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DieFig.2f zeigt diese Signalfolge nach dem Empfang am fernen Ende
derselben Übertragungsstrecke wie bei Fig.2b und 2d.
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Fig.3 ist die Kompensation der Wirkung der Leitungsverzerrung auf
ein im sogenannten "Zweiimpulse-Kode" kodiertes Signal.
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Diese Kodierung ergibt ein digitales Basisbandsystem, bei dem die
Binärwerte 01 und 10 übertragen werden, um die binären Zustände der von der Datenquelle
gelieferten Daten darzustellen.
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Die Leitungssignalfolge ist dann äquivalent einem Datenstrom
mit
der doppelten ursprünglichen Modulationsfrequenz. Die Fig.3a zeigt eine Folge von
11010 im "Zweiimpulse-Kode"t, wie sie vom Kodierer gesendet wird. Die Fig.3b zeigt
die verzerrte Signalimpulsfolge nach Empfang am Ende einer 2,4 km langen Übertragungsstrepke
mit einem 0,4 mm im Durchmesser starken Kabel bei einer Bitperiode von 6,7 ps.
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Die Fig.3c zeigt dieselbe Signalimpulsfolge kombiniert mit einer verzögerten,
gedämpften und invertierten Version derselben Signalimpulsfolge, wobei als Verzögerungszeit
eine halbe Bitperiode gewählt ist. Die Fig.3d zeigt die entsprechende Signalimpulsfolge
nach Empfang am fernen Ende der Leitung. Die Fig.3c zeigt die ursprüngliche Signalfolge
im "Zweiimpulse-Kode" kombiniert mit einer verzögerten, gedämpften und invertierten
Version derselben Signalimpulsfolge, jedoch ist in diesem Fall die Verzögerungszeit
ein Viertel einer Bitperiode. Die Fig.3f zeigt die entsprechende Signalimpulsfolge
nach Empfang am fernen Ende der Leitung.
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Schließlich sei die Kompensation der Wirkungen der Leitungsverzerrung
auf ein im oben definierten "Miller-Kode" kodiertes Signal betrachtet. Die Fig.4a
zeigt ein Augendiagramm einer SignalEolge im Miller-Kode kombiniert mit einer verzögerten,
gedämpften und invertierten Version derselben Signalfolge, wie diese von einem Kodierer
gesendet wird, -wobei die Verzögerungszeit gleich einer halben Bitperiode ist. Die
Bitperiode beträgt 5 Fs. Die Figuren 4b-4e zeigen die Augendiagramme für die Signalfolge
nach Fig.4a nach dem Empfang bei Leitungslängen von 600 m, 1,2 km, 1,8 km und 2,4
km bei einem Kabeldurchmesser von 0,4 mm. In diesem Beispiel war die am Sender eingeführte
Kompensation
dazu ausgelegt, in der Entfernung von 2,4 km ein optimales Signal zu produzieren.
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In jedem Falle kann die am sendeseitigen Ende produzierte, kompensierte
Signalimpulsfolge durch f (t)-f(t-6) dargestellt werden, wobei 6 ein Bruchteil der
ursprünglichen Bitperiode jedes kodierten Bits ist.
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Das Frequenzspektrum für zufällige Daten in der am Sender produzierten
Signalimpulsfolge hat Nullstellen, die in der gleichen Lage wie die entsprechenden
Nullstellen der ursprüngJichen Signalimpulsfolge sind, jedoch ist die Form des Spektrums
zwischen den Nullstellen derart verändert, daß die relative Energie der höherfrequenten
Anteile erhöht ist.
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Der Grad der Kompensation ist sowohl durch die Verzögerungszeit und
die Amplitude der Hilfs-Signalimpulsfolge bedingt.
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Eine Betriebsart mit einer festen Verzögerungszeit wird bevorzugt.
Welche Verzögerungszeit die wirksamste ist, hängt von dem Sonde ab, sie ist jedoch
niemals größer als die minimale Elementperiode des Kodes.
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Die relative Amplitude der Hilfs-Signalfolge kann fest oder veränderlich
sein, je nach Kode und Anwendungsfall. Der optimale Wert hängt von der Leitungsverzerrung
ab, die mit der Leitungsdämpfung verknüpft ist. Ein Haß der Leitungsdämpfung kann
von der Amplitude eines von einem Sender mit fester Amplitude empfangenen Signals
erhalten werden. Ein Sender mit fester Amplitude ist notwendig für einen Duplexbetrieb.
Wenn der Empfangsverstärker mit einer automatischen Verstärkungsregelung
ausgestattet
ist, so kann die Regelspannung dieser Verstärkungsregelung auch zur Regelung der
Amplitude der IIilfs-Signalfolge verwendet werden. Zu diesem Zweck muß die Regelspannung
von einem linear/ logarithmisch-Wandler umgewandelt werden.
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Der IZachteil der durchgeführten Kompensation ist eine kleinere Signalamplitude.
Die zu erreichende Kompensation wird verbessert, wenn man die Verzögerungszeit verkürzt,
wodurch ein entsprechender Nachteil in Form einer weiteren Verkleinerung der Signalamplitude
auftritt.