DE3006547A1

DE3006547A1 - Adaptiver diversity-empfaenger fuer digitale datenuebertragung

Info

Publication number: DE3006547A1
Application number: DE19803006547
Authority: DE
Inventors: Kojiro Watanabe
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1979-02-21
Filing date: 1980-02-21
Publication date: 1980-09-25
Also published as: JPS5927133B2; JPS55112049A; DE3006547C2; FR2450009B1; US4271525A; FR2450009A1

Description

Die Erfindung "betrifft einen adaptiven Diversity-Empfänger für digitale Daten- oder Nachrichtenubertragung und insbesondere einen Empfänger, der die Charakteristika der Übertragungskanäle automatisch abschätzen und ermitteln und adaptiv optimale Empfangscharakteristika erzeugen kann, 10

Diversity-Empfänger werden in großen Umfang eingesetzt, um dem unerwünschten Fading bei der Datenübertragung zu begegnen. Jedoch werden bei Vorliegen von frequenzselektivem Fading in dem Transmissionsfrequenzband tiefe Einbrüche ausgebildet, die die Übertragungseigenschaften verschlechtern und dadurch Übertragungsfehler verursachen.

Aus der US-PS 3 879 664 ist ein adaptiver Diversity-Empfänger bekannt, der eine automatische Entzerrung bei verknüpfender Rückkopplung vornimmt. Ein derartiger bekannter Empfänger arbeitet im allgemeinen im stationären Zustand zufriedenstel-

(tap gain) lend. Wenn jedoch der Empfänger die Abgriffsverstärkungen / mehrerer adaptiver Entzerrer mit Vorwärtstransversalfiltern steuern soll, um ein aus den kombinierten Ausgangssignalen dieser Entzerrer erzeugtes Fehlersignal zu minimalisieren, ist folglich ein sehr langer Zeitraum erforderlich, bis jede Abgriffsverstärkung einen Optimalwert einnimmt. Dies ergibt sich daraus, daß die Eigenwerte einer Koeffizientenmatrix in einer simultanen linearen Gleichung zur Bestimmung optimaler Abgriffsverstärkungen diversifiziert werden. Ein in einem Datendetektor und einem Fehlergenerator erzeugtes Detektorfehlersignal wird Entzerrern zugeführt, die ein derartiges Fehlersignal versetzen, bevor die Abgriffsverstärkungen dieser Entzerrer aktualisiert werden, so daß sich ein Fehler bei der Optimierung der adaptiven Entzerrung ergibt.

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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen adaptiven Diversity-Empfanger zu schaffen, der die vorstehend genannten Machteile bekannter Empfänger vermeidet.

Der erfindungsgemäße, adaptive Diversity-Empfanger weist mehrere Transversalfilter auf, die vor einer linearen Kombinationsschaltung für jeden der mehreren Diversity-Kanäle angeordnet sind. Die Abgriffsverstärkung jedes Filters wird so aktualisiert, um für jeden Diversity-Kanal aufgetastete Werte eines zum Basisband äquivalenten Impulsansprechverhaltens (nachstehend als Kanalimpulsansprechverhalten bezeichnet) abzuschätzen, anstelle das kleinste mittlere Quadrat des Fehlersignals zu erzeugen. Dies bedeutet, daß jeder Transversalfilter einen adaptiv angepaßten Filter für den entsprechenden Diversity-Kanal bildet. Die Ausgangssignale der Transversalfilter werden linear miteinander kombiniert, um Optimalempfang mit maximalem Signal-Rausch-Verhältnis zu realisieren. Das linear kombinierte Ausgangssignal wird kaskadenförmig einem adaptiven, verknüpfenden Rückkopplungsentzerrer zugeführt, der einen adaptiven Vorwärtstransversalfilterentzerrer und einen adaptiven Rückwärtstransversalfilterentzerrer aufweist, um eine Interferenz zwischen den Zeichen auszuschalten.

Ferner ist erfindungsgemäß der adaptive Vorwärtstransversalfilterentzerrer hinter der Kombinationsschaltung angeordnet, die durch ein Fehlersignal gesteuert wird. Dadurch kann erfindungsgemäß die Einstellung der Abgriffsverstärkung für mehrere adaptive Vorwärtstransversalfilterentzerrer weggelassen werden.

Die Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die anliegende Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm des vorstehend beschriebenen, bekannten Empfängers,

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Fig. 2 ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Ausfüh- 1 _f rungsform und j

Fig. 3A bis 3C Schaltkreise 5A bzw. 5B zum Aktualisieren der Abgriffsverstärkung fur eine erfindungsgemäße Ausführungsform.

In der Zeichnung sind die Signalpfade für komplexe Signale durch eine dicke Linie und die Signalpfade für ein reales Signal durch eine dünne Linie wiedergegeben, und gleiche Be~ zugszeichen kennzeichnen gleiche Bauelemente.

Gemäß Fig. 1 weist der bekannte Empfänger mehrere adaptive Vorwärtstransversalfilterentzerrer 13 auf, von denen jeweils einer für einen der mehreren Diversity-Kanälen 11 vorgesehen ist und deren Ausgangssignale einer linearen !Combinationsschaltung 14· zum linearen Kombinieren dieser Ausgangssignale zugeführt werden. Das linear kombinierte Signal wird in einem Demodulator 15 demoduliert. Das demodulierte Basisbandsignal wird einer Subtraktionsschaltung 18 zugeführt, wo das Ausgangssignal eines adaptiven Rückwärtstransversalfilterentzerr ers 17 zur Erzeugung eines entzerrten Signals von dem Basisbandsignal subtrahiert wird. Das entzerrte Signal wird dem Eingang eines Datendetektors und Fehlergenerators 16 zugeführt, der detektierte (demodulierte) Datensignale erzeugt. Der Datendetektor und Fehlergenerator 16 erzeugt ferner die Differenz zwischen dem entzerrten Signal und den detektierten Datensignalen und gibt diese Differenz als Fehlersignal ab. Das Fehlersignal wird nicht nur zum Aktualisieren der Abgriffsverstärkungen der adaptiven Rückwärtstransversalfilter 17 verwendet, sondern wird auch in einem Modulator 20 moduliert und zum Aktualisieren der Abgriffsverstärkungen der Entzerrer 13 verwendet. Die Aktualisierung der Abgriffsverstärkung erfolgt so, daß man das kleinste mittlere ,Quadrat des Fehlersignals erhält.

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Ein erfindungsgemäßer Diver sity-Empf anger gemäß Pig. 2 weist Diversity-Kanäle 11-1 und 11-2, Zwischenfrequenzverstärker 12A und 12B, einen automatischen Verstärkungssteuerkreis (AGC) 120, Transversalfilter 2 und 4-, Aktualisierungsschaltkreise 5A, 5B, 10 und 42 für die AbgriffsverStärkung, einen linearen Kombinationsschaltkreis 1²I-, einen adaptiven Vorwärtstransversalfilterentzerrer 13, einen Demodulator 15, . einen Auftastkreis 9, einen Taktschaltkreis 19? einen Subtraktionsschaltkreis 18, einen adaptiven Rückwärtstransversalfilterentzerrer 17 sowie einen Datendetektor und Fehlergenerator 16 auf.

Die Kombination aus dem Transversalfilter 2 und dem Aktualisierungsschaltkreis 5A für die Abgriffsverstärkung bzw. aus dem Transversalfilter 4- und dem Aktualisierungsschaltkreis. 5B für die Abgriffsverstärkung bilden adaptiv angepaßte Filter. Der adaptive Entzerrer 13, der adaptive Entzerrer 17 der Subtraktionsschaltkreis 18 sowie die Aktualisierungsschaltkreise 10 und 42 für die Abgriffsverstärkung bilden einen adaptiven Verknüpfungsrückkopplungsentzerrer.

Die Arbeitsweise des vorstehenden Empfängers wird nachstehend mit Bezug auf Fig. 2 näher erläutert. Zwei Diversitysignale oder linear modulierte (z.B. phasenmodulierte) Signa Ie werden durch zwei nicht dargestellte Antennen empfangen und den Zwischenfrequenzverstärkern 12A und 12B über die Raumdiversity-Kanäle 11-1 und 11-2 zugeführt. Der automatische Verstärkungssteuerkreis (AGC) 120 steuert die Verstärkungen der beiden Verstärker 12A und 12B auf die maximale Leistung der empfangenen Signale. Dadurch wird das empfangene Signalniveau auf einen Wert innerhalb eines dynamischen Bereichs der linearen Kombinationsschaltung 14· eingestellt. Hinsichtlich der Arbeitsweise des AGC 120 wird auf Spalte 4-, Zeilen 34-57 der US-PS 3 879 664· verwiesen.

Die durch die Verstärker 12A und 12B verstärkten Signale werden den Transversalfiltern 2 und 4- und dann der linearen

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Kombinationsschaltung 14 zugeführt, wo sie einer optimalen Diversitykombination ausgesetzt sind. Das Ausgangssignal der Kombinationsschaltung 14 wird dem adaptiven Vorwärtstransversalfilterentzerrer 13 zugeführt, so daß die Zwischenzeichen-Interferenz aufgrund des "Vorläufers des vorstehend erwähnten Kanalimpulsansprechverhaltens eliminiert wird. Das Ausgangssignal des Entzerrers 13 wird durch den Demodulator 15 phasendetektiert und demoduliert. Das demodulierte Basisbandsignal wird in dem Auftaster 9 durch Taktimpulse aufgetastet, die im Abstand von T Sekunden vom Taktgenerator 19 zugeführt werden; das aufgetastete Signal wird dann dem Subtraktionsschaltkreis 18 zugeführt, wo ein von dem adaptiven Rückwärtstransversalfilterentzerrer 17 zugeführtes Rückkopplungssignal von dem aufgetasteten Signal subtrahiert und dadurch die Zwischenzeichen-Interferenz aufgrund des Nachläufers des Kanalimpulsansprechverhaltens eliminiert wird. Das Ausgangssignal des Subtraktionsschaltkreises 18 wird durch einen Datendetektor 16A des Datendetektors und Fehlergenerators 16 detektiert, und man erhält einen abgeschätzten Wert der übertragenen Daten, der durch die Zwischenzeichen-Interferenz aufgrund des frequenzselektiven Fading gering beeinflußt ist, am Datenausgangsanschluß als Ausgangssignal des Empfängers. Die AbgriffsverStärkungen des Transversalfilters 2 werden durch den Schaltkreis 5A aktualisiert, dessen drei Eingangssignale das detektierte Datensignal, das Eingangssignal vom Anschluß 11-1 sowie ein sinusförmiges Signal (synchron zu der Trägerphase der zugeführten, phasenmodulierten Welle) sind, das durch einen spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) des Demodulators 15 gemäß Fig. 3 erzeugt wird. In ähnlicher Weise werden die AbgriffsverStärkungen des Transversalfilters 4 durch den Schaltkreis 5B aktualisiert, dessen eines Eingangssignal vom Anschluß 11-2 kommt. Die Anordnung aller Transversalfilter ist die gleiche wie bei Pig. 2 der US-PS 3 879 664, jedoch mit der Ausnahme, daß die erfindungsgemäß eingesetzten Filter 2 und 4 ein Wichtungsanpaßsteuersignal von den Schaltkreisen 5A bzw. 5B für die Aktualisierung der

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AbgriffSverstärkung empfangen.

Der Aufbau und die Arbeitsweise des Schaltkreises 5A oder 5B zum Aktualisieren der Abgriffsverstärkung werden nachstehend mit Bezug auf die Pig. JA bis JC unter der Annahme näher erläutert, daß jeder dieser Schaltkreise vier Abgriffe aufweist. Die realen und imaginären Komponenten des Ausgangssignals des Datendetektors und Fehlergenerators 16 oder der von diesem detektierten Datensignalen sind in Fig. 3-Ä· dargestellt und werden den Modulatoren 201 bzw. 202 zugeführt. In dem Modulator 201 phasenmoduliert die reelle Komponente ein sinusförmiges Signal, das von dem spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) des Demodulators 15 erzeugt wird; in dem Modulator 202 phasenmoduliert die imaginäre Komponente ein sinusf ör-

¹^ miges Signal, das von einem 90°-Phasenschieber 204 zugeführt wird und das gegenüber dem dem Modulator 201 zugeführten sinusförmigen Signal um 90° phasenverschoben ist. Die Ausgangssignale der Modulatoren 201 und 202 werden in einem Addierschaltkreis 203 aufsummiert und man erhält modulierte (Detektor)-Datenausgangssignale. Der Unterschied zwischen den modulierten Detektorausgangssignalen und dem modulierten Fehlersignal, das zum Aktualisieren des adaptiven Vorwärtstransversalfilterentzerrers I3 verwendet wird, legt fest, welcher der beiden Transversalfilter der gleichen Konfiguration als angepaßter Filter oder als Entzerrer arbeitet.

Die modulierten Datensignale werden gemäß Fig. 3B einem Verzögerungsglied 2CW- für T Sekunden zugeführt und in einem Verzögerungsglied 205 weiter verzögert. Diese verzögerten, modulierten Datensignale werden durch die geraden und ungeraden Abgriffsverstärkungen der Filter 2 und 4· konvolviert. Insbesondere wird das Ausgangssignal des Verzögerungsgliedes 204- einem Mischer 208 zugeführt, wo es mit der reellen Komponente w^, _Λ d-^er ersten Abgriffsverstärkung multipliziert; das Ausgangssignal des Verzögerungsgliedes 205 wird einem Mi-

r scher 212 zugeführt und dort mit der reellen Komponente w..,*

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der dritten Abgriffsverstärkung multipliziert $ das Signal von einem 90°-Phasenschieber 206, das gegenüber dem Ausgangssignal des Verzögerungsgliedes 204 um 90° phasenverschoben ist, wird einem Mischer 209 zugeführt, und dort mit der imaginären Komponente w.»,. der ersten Abgriffsverstärkung multipliziert; das Signal von einem 90°-Phasenschieber 207, das gegenüber dem Ausgangssignal des Verzögerungsgliedes 205 um 90° phasenverschoben ist, wird einem Mischer 213 zugeführt und dort mit der imaginären Komponente w.,₇ der dritten AbgriffsverStärkung multipliziert. Die Ausgangssignale der Mischer 208 und 212 werden in einem Akkumulator 216 summiert, während die Ausgangssignale der Mischer 209 und 213 einem Akkumulator 216 zugeführt werden, wo sie von den aufsummierten Ausgangssignalen der Mischer 208 und 212 subtrahiert werden. Eine Konvolution durch die geradzahligen Abgriffsverstärkungen wird entsprechend implementiert, und zwar unter Verwendung der Mischer 210, 211, 214 und 215 neben einem Akkumulator 217. Das Ausgangssignal des Akkumulators 216 ergibt einen Schätzwert eines aufgetasteten Wertes X-p_n eines Eingangsempfangssignals X. zum Zeitpunkt n, während das Ausgangssignal des Akkumulators 217 einen Schätzwert eines aufgetasteten Wertes ^χ·»_η->ι/2 ^des Eingangsempfangssignals X. zum Zeitpunkt _n_/]/2 ergibt. In der vorstehenden Beschreibung bedeutet der Index j, der zu der Abgriffsver-Stärkung w und dem Eingangssignal X hinzuaddiert ist, einen der zwei Diversity-Kanäle 1 oder 2. Die Indizes r und i, die zu der Abgriffsverstärkung w addiert sind, bilden die reella-bzw. imaginäre Komponente eines komplexen Signals.

Gemäß I¹Xg. 3C werden das Ausgangssignal des Akkumulators 216 oder der Schätzwert X., _n_i/2 ⁱⁿ einer Addierschaltung 226 mit dem Signal X., _n_/i/o verglichen, das durch Verzögern des Eingangssignals X^ in einem Verzögerungsglied 224 um die Zeit T vom Anlegen des Eingangssignals zur Datendetektion oder -demodulation erhalten wird, und die Addierschaltung 226 erzeugt ein Differenzsignal. In ähnlicher Weise

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werden das Ausgangssignal des Akkumulators 217 oder der Schätzwert X., in einer Addierschaltung 227 mit dem Signal X.,_n verglichen, das durch Verzögern des Ausgangssignals des Verzögerungsgliedes 224 in einem Verzögerungsglied 225 um einen Zeitraum T/2 erhalten wird, und die Addierschaltung 227 erzeugt ein anderes Differenzsignal. Diese Differenzsignale gehen wieder, wie genau die aufgetasteten Werte des Kanalimpulsübertragungsfaktors durch die Abgriffsverstärkungen approximiert werden, wobei das kleinste, mittlere Quadrat der Differenzsignale erhalten wird und die Transversalfilter 2 bzw. 4 angepaßte Filter bilden. Dieses kleinste mittlere Quadrat wird durch das nachstehende Verfahren erhalten: Das Ausgangssignal der Addierschaltung 226 gemäß Fig. 3C wird den Mischern 228 bis 231 zugeführt und dort mit Signalen multipliziert, die in der Anordnung gemäß Fig. 3B mittels Invertern 222 und 223 auf Leitungen 218 bis 221 erzeugt werden; jedes Produkt wird dann in Tiefpaßfiltern (RC-FiItern) 236-1 bis 236-4 gefiltert und dann in geeigneter Weise mittels variabler Widerstände 237-1 bis 237-4 gewichtet, um geradzahlige Abgriffsverstärkungen zu erhalten. Gleichzeitig werden das Ausgangssignal der Addierstufe 227 und die Signale auf den Leitungen 218 bis 221

, · zur Erzeugung ungeradzahliger Abgriffsverstärkungen verwendet, und zwar mittels Mixern 232 bis 235, ßC-Filtern 236-5 ^{: 25} bis 236-8 und variablen Widerständen 237-5 bis 237-8.

Der bekannte adaptive Vorwärtsfilterentζerrer I3 gemäß Fig. 2 in der US-PS 3 879 664 verwendet Verzögerungsglieder mit einer Verzögerungszeit T/2, um eine Verschlechterung seines Wirkungsgrades aufgrund einer Differenz in der Taktphase des Taktgenerators 19 zu verhindern; demgegenüber bildet jeder der Transversalfilter 2 und 4 mit T/2-Verzögerungsgliedern einen adaptiv angepaßten Filter. Daher muß der adaptive Entzerrer I3 keine Entzerrung der durch derartige Taktphasendifferenzen hervorgerufenen Abweichungen vornehmen, so daß ein Verzögerungsglied mit einer Verzöge-

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rungszeit T verwendet werden kann.

Das Aktualisieren der Abgriffsverstärkungen des Entzerrers erfolgt durch den Schaltkreis 10 (Aktualisierungsschaltkreis für die Abgriffsverstärkung), dem ein moduliertes Fehlersignal, "bestehend aus einem Fehler signal von einem Fehlergenerator 16B, der einen Subtraktionsschaltkreis aufweist und die Differenz zwischen dem Eingangs- und dem Ausgangssignal des Generators 16 erzeugt, ein von dem Demodulator erzeugtes, sinusförmiges Signal sowie das Ausgangssignal des linearen Kombinationsschaltkreises 14 zugeführt werden. Der Aufbau und die Arbeitsweise des Entzerrers 13 sind gleich denen gemäß Fig. 2 in der US-PS 3 879 664, jedoch mit der Ausnahme, daß die Yerzögerungsglieder 21 dieses bekannten Empfängers, die eine Verzögerungszeit T/2 aufweisen, durch Verzögerungsglieder mit einer Verzögerungszeit T ersetzt sind, daß das Ausgangssignal des Kombinationsschaltkreises 14 sowohl dem Schaltkreis 10 als auch dem Entzerrer 13 und das Ausgangssignal des Entzerrers 13 dem Demodulator 15 zugeführt wird. Die Abgriffsverstärkungen des Entzerrers 17 werden durch einen Aktualisierungsschaltkreis 42 für die Abgriff sverstärkung aktualisiert, dessen Eingangssignale das detektierte Datensignal und das Fehlersignal vom Fehlergenerator 16B sind. Weitere Einzelheiten des Aufbaus und der Arbeitsweise des Aktualisierungsschaltkreises 10 sind weggelassen, da sie mit denen gemäß Fig. 6 der US-PS 3 879 664 übereinstimmen, jedoch mit der Ausnahme, daß das Eingangssignal X.,· dieses bekannten AGC-Empfängers erfindungsgemäß durch das Ausgangssignal des linearen Kombinationsschaltkreises ersetzt ist. Der Aufbau und die Arbeitsweise des Aktualisierungsschaltkreises 42 sind ebenfalls gleich denen gemäß Fig. der US-PS 3 879 664. Die Bauteile 15, 9, 18, 16A, 16B, 17 und 120 können aus den Schaltkreisen gemäß Fig. 3^(38A, 18B), Fig.. 4.(38, 39), I¹Xg. 5 (45, 46), Fig. 5 (47, 48), Fig. 8 bzw. Fig. 11 der US-PS 3 879 664 bestehen.

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Während vorstehend der Aufbau und die Arbeitsweise eines Raumdiversity-Empfangers beschrieben worden ist, können die erfindungsgemäßen Maßnahmen im Rahmen der Erfindung auch beim Prequenzdiversity-Empfang sowie bei dem mit dem Frequenzdiversity-Empfang kombinierten Raumdiversity-Empfang angewendet werden. Der duale Diversity-Empfang der erläuterten Ausführungsform kann im Rahmen der Erfindung auf multiplen Diversity-Empfang mit M-versohiedenen Diversity-Kanälen ausgedehnt werden, wobei nur M Transversalfilter und Aktualisierungsschaltkreise für die Abgriffsverstärkung vorgesehen werden müssen. Ferner kann im Rahmen der Erfindung den Transversalfiltern und dem adaptiven Torwärtstransversalfilterentzerrer ein durch Modulieren des empfangenen

Signals erhaltenes Basisbandsignal zugeführt werden. 15

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Claims

VOSSIUS · VOSSIUS TAUCRNER HEUNEMANN- RAUH !

PATENTANWÄLTE ' :

SIEBERTSTRASSE 4 · 8OOO MÜNCHEN Ββ · PHONE: (Ο89) 47 4O 75 J

CABLE: BENZOLPATENiI M O N C H E N · TE LE X 5-29 453 VOPAT D ί

21. Februar I980

u.Z. : P 496 (He/H)
Case: P-1855

NIPPON ELEGfTRIC CO., LTD.
Tokio, Japan

"Adaptiver Diversity-Empfänger für digitale Datenübertragung" Priorität: 21. Februar 1979, Japan, Nr. 19 367/79

Pat entansp. ruch

Adaptiver Diversity-Empfänger für digitale Datenübertragung, *

bei dem die in mehreren Diversity-Kanälen empfangenen Signa-Ie zur Vermeidung der zwischen die Signale bildenden Zeichen verursachten Interferenz verarbeitet werden, g e k e η η zeichnet durch

(a) mehrere Transversalfilter entsprechend den Diversity-Kanälen, um durch diese die Signale zu empfangen,

(b) eine erste Schaltung zum linearen Kombinieren der Ausgangssignale der entsprechenden Transversalfilter,

(c) einen verknüpfenden Rückkopplungsentzerrer, dem die Ausgangssignale der ersten Schaltung zugeführt werden und der zur Minimalisierung der Interferenz ein entzerrtes Ausgangssignal erzeugt,

(d) eine zweite Schaltung, der das entzerrte Signal züge- _Λ führt wird und die demodulierte Datensignale als Schätz- ]^:

wert der übertragenen Daten erzeugt,

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1 (e) eine dritte Schaltung, der die demodulierten Signale und die Ausgangssignale der Diversity-Kanäle zugeführt wer-. den, um die Abgriffsverstärkung der Transversalfilter zu aktualisieren und so einen adaptiven, angepaßten Filter

⁵ bezüglich jedes Diversity-Kanals zu bilden, und durch

(f) eine vierte Schaltung, der die demodulierten Datensignale und das entzerrte Ausgangssignal des Rückkopplungsentzerrers zugeführt werden, um jede Abgriffsverstärkung des ¹⁰ Entzerrers zu aktualisieren.

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