DE3132012A1 - Anordnung zum ausgleich von amplituden- und phasenverzerrungen auf uebertragungsstrecken fuer analoge signale - Google Patents

Description

• Anordnung zum Ausgleich von Amplituden- und Phasenver-
• zerrungen auf Übertragungsstrecken für analoge Signale Die Erfindung betrifft eine Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Bei diesen Übertragungsstrecken kann es sich z. Bo um Leitungen handeln, die als Modus lationszubringer in Funknetzen verwendet werden. Analoge Signale, die die Übertragungsstrecke durchlaufen, erleiden AmplitudenX und Phasenverzerrungen. Diese werden gemäß dem Stand der Technik mit fest eingestellten Entzerrerverstärken entzerrt.
• Aufgabe der Erfindung ist es eine Anordnung der ein gangs genannten Art zu schaffen, welche eine automatische, schnelle und genaue adaptive Entzerrung erlaubt und vergleichsweise einfach aufgebau ist. Die Erfindung ist im Anspruch 1 beschrieben. Die weiteren Ansprüche beinhalten vorteilhafte Ausbildungen bzw. Weiterbildungen der Erfindung0 Die Erfindung wird im folgenden anhand der. Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen: FIG. 1: Prinzipielles Blockschaltbild des adaptiven Entzerrernetzwerks gemäß der Erfindung mit geeigneten Mitteln zur Steuerung und Speicherung des digitalen Testsignals auf der Empfängerseite.
• FIG. 2: Blockschaltbild zur Steuerung und Speicherung des digitalen Testsignals auf der Senderseite.
• FIG. 3: Ausführung des erfindungsgemäßen Entzerrers für BandpaBentzerrung.
• FIG. 4: Beispiel für die Formung des Leistungsdichtespektrums des Testsignals durch eine Partial-Response-Codierung.
• FIG. 1 stellt eine Ausführungsform der Erfindung dar, und zwar für die Empfangsseite. Sie besteht im wesentlichen aus einem adaptiven Transversalfilter TVF und zusätzlichen Bausteinen SR, TEST, VER und STE, die zur Adaption des Transversalfilters benötigt werden. Das Transversalfilter ist in bekannter Art aufgebaut und besteht aus m Koeffizienten und (m-1) Laufzeitgliedern mit der Verzögerung t. Die Verzögerung # berechnet man unmittelbar aus der zu entzerrenden Bandbreite f3 der Ubertragungsstrecke. . Es gilt: t r 1/(2 fB) (Basisbandentzerrung) (1) oder # = 1/f (Bandpaßentzerrung) (2) 3 Der Unterschied zwischen beiden Versionen der Entzerrung wird weiter unten noch erläutert. Es soll zunächst von einer Basisbandentzerrung ausgegangen werden.
• Die benötigte Zahl m der Filterkoeffizienten hängt von den Verzerrungen der Übertragungsstrecke ab. Für typische Anwendungen, etwa Draht- oder TF-Strecken, dürfte die Zahl zwischen 90 und 20 liegend Die Erfindung beruht nun auf dem Gedanken, die Entzerrung der Übertragungsstrecken, die für analoge Signale ausgelegt sind, durch Transversalfilter vorzunehmen, die mit digitalen Signalen adaptiert werden. Hierdurch gewinnt man die Vorzüge einer schnellen, genauen und vergleichsweise einfach realisierbaren Entzerrung, die in der digitalen Übertragungstechnik seit langem genutzt werden, auch für analoge Übertragungsverfahren.
• Die Adaption der Transversalfilterkoeffizienten erfolgt mit Hilfe eines anfänglich gesendeten digitalen Testsignals, das der Empfängerseite in unverzerrter Form bekannt ist und dort in einem Baustein TEST abgespeichert ist. Da das Testsignal den Charakter einer Pseudo-Noise-Folge haben muß, läßt sich der Speicher TEST z.B. einfach als rückgekoppeltes Schieberegister realisieren.
• Die Schrittdauer des digitalen Testsignals ist genau # nach Gleichung (1) oder Gleichung (2). Die Länge des Testsignals hängt von der Zahl m der Koeffizienten und dem gewählten Adaptionsverfahren ab. Typisch sollte man mindestens das 10 - 30-fache des oeffizientenzahl E als Schrittzahl des Testsignals vorsehen. Wenn eine zeitliche variable Übertragungsstrecke verwendet wird, ist des Testsignal in geeignetem Zeitabstand periodisch zu wiederholen.
• Der Beginn des Adaptionsvorganges wird eingeleitet von einer Steuereinheit STE, die durch einen Steuerimpuls 51 das Auslesen des Testsignals W aus dem Speicher TEST bewirkt. Weiter schaltet die Steuereinheit STE durch einen Steuerimpuls S2 einen Schalter SR derart, daß das empfangene Signal d zu einem Summenpunkt VER gelangt und hier durch die Subtraktion des unverzerrten Testsignals W ein Fehlersignal # gewonnen wird. Mit Hilfe des Fehlersignals können die Filterkoeffizienten nach einem geeigneten bekannten Adaptionsalgorithmus eingestellt werden. Eine Übersicht über gebräuchliche Algorithmen findet man z. B. in der Veröffentlichung "Advances in equalization for intersymbol interference" von J.G. Proakis aus Advances in communication systems, Vol. 4, Academic Press, New-York, 1975. Vorzugsweise sollte man im Hinblick auf den Realisierungsaufwand den einfachen stochastischen Gradientenalgorithmus wählen, der in der angegebenen Literaturstelle ausführlich beschrieben ist und deshalb hier nicht mehr erläutert zu werden braucht. Nach Ende der digitalen Testfolge sorgt die Steuereinheit STE dafür, daß der Schalter SR wieder auf Normalbetrieb zurückgestellt wird, die adaptiv gewonnene Einstellung der Filterkoeffizienten erhalten bleibt und der Speicher TEST abgeschaltet wird bzw.
• wieder in den Ausgangszustand für eine erneute Adaption gelangt.
• FIG. 2 zeigt die Mittel, die das Aussenden des digitalen Testsignals auf der Senderseite verlangt. Eine Steuereinheit STS schaltet ähnlich wie auf der Empfängerseite das digitale Testsignal, das aus einem Speicher TEST abrufbar ist, mittels eines Schalters SR ein. Nach Abschluß des Testsignals sorgt die Steuerung STS dafür, daß der Schalter SR wieder in die Normal stellung zurückgeht und das Testsignal abgeschaltet wird.
• Die bisher unterstellte Annahme, daß eine Basisbandentzerrung vorgenommen wird, wird für viele Ubertragungsstrecken, die als Bandpaßsysteme ausgelegt sind, nicht zutreffen. Man muß in diesem Fall den Entzerrer als Bandpaßentzerrer realisieren, wie dies im Prinzip in FIGo 3 gezeigt ist. Real und Imaginärteil der Bandpaßimpulsantwort müssen jeweils getrennt durch Transversalfilter TVFr und TVFi entzerrt werden, wobei für den Imaginärteilenzerrer TVFi ein 90° -Phasenschieber verwendet werden muß. Weiter muß das Vergleichssignal als Bandpaßsignal zur Verfügung stehen, wozu ein Modulator MOD benötigt wird. Schließlich muß der gleiche Modulator auch im Steuerteil der Senderseite eingesetzt werden.
• Vorzugsweise wird man ein einfaches Modulationsverfahren wählen, z.B. die binäre Phasentastung. Sinngemäß läßt sich die in FIG. 3 gezeigte Bandpaßentzerrung nach vorheriger Abwärtsmischung auch als Basisbandentzerrer für Real- und Imaginärteil ausbilden. Da das Stand der Technik ist, soll hierauf nicht weiter eingegangen werden Mit den bisher beschriebenen Anordnungen kann es bei danchen Übertragungsstrecken Verkommen, daß starke Dämpfungseinbrüche innerhalb der Übertragungsbandbreite nicht hinreichend genau entzerrt werden und folglich unzulässig hohe Restverzerrungen übrigbleiben. Ein Beir spiel ist in FIG. 4 dargestellt, in dem die Dämpfung zu den Rändern des Übertragungsbereiches hin stark ansteigt. Im Leistungsspektrum des Fehlersignale # ist wegen der Dämpfungseinbrüche vergleichsweise wenig Information über diese Bereiche enthalten, so daß der Entzerrer gerade in den Frequenzbereichen, in denen er besonders genau adaptieren müßte, ungenau und fehlerhaft arbeitet. Diesen unerwünschten Effekt kann man durch eine geeignete Formung des Leitungsspektrums des digitalen Testsignals entgegenwirken, da man meist eine grobe Information über die Lage und Größe der Dämpfungseinsprüche der Übertragungsstrecke besitzt. Besonders geeignet für die Formung des Leistungsspektrums sind die Partial-Response-Codes, die z. B. in der Veröffentlichtung "Generalization of a Technique for Binary Data Communicationw von E.R. Eretzzer, IEEE Trans. Commun.
• COM-14 (1966), Seiten 67-68 beschrieben sind. Man muß den Code so auswählen, daß das Leistungsspektrum des codierten Testsignals gerade an den Stellen Maxima aufweist, wo mit starken Dämpfungseinbrüchen der Ubertragungsstrecke zu rechnen ist. Für das Beispiel aus FIG. 4 mit Dämpfungseinbrüchen an den Rändern des Ubertragungsbereiches ist insbesondere der Bipolar-Code erster Ordnung (auch als AMI-Code bekannt) geeignet.
• Die Partial-Response-Codierung bietet weiter den Vorteil, die Entzerrung in Basisbandtechnik auch dann noch einsetzen zu können, wenn die Übertragungsstrecke keinen Gleichanteil übertragen kann. Man muß dann für das Testsignal einen Code wahlen, der im Basisband ein Signalleistungsspektrum ohne Gleichkomponente erzeugt. Besonders geeignet ist hier neben dem schon erwähnten Bipolarcode erster Ordnung auch der Bipol arc ode zweiter Ordnung.
• Eine alternative Ausführung der Erfindung besteht darin, anstelle des Transversalfilterentzerrers ein rekursives Filter mit Laufzeiten nach Gleichung (1) oder (2) einzusetzen. Die Einstellung der Koeffizienten des Rekursivfilters kann nach den gleichen Adaptionsalgorithmen, die für das Transversalfilter gelten, vorgenommen werden, vorzugsweise wieder durch den stochastischen Gradientenalgorithmus.
• L e e r s e i t e

Claims (5)

1. Patentansprüche 1. Anordnung zum Ausgleich von Amplituden- und Phasenverzerrungen auf Ubertragungsstrecken für analoge Signale, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - die Empfängerseite der Übertragungsstrecke weist ein Entzerrernetzwerk mit Transversalfilterstruktur (TVF) auf, - die Laufzeiten t im Transversalfilter sind durch die zu entzerrende bandbreite der Übertragungsstrecke festgelegt, - die Einstellung der Filterkoeffizienten des Transversalfilters (TVF) erfolgt mit Hilfe eines digitalen Testsignals der Schrittdauer #, welches zu Anfang einer Nachrichtenaussendung oder periodisch wiederholt von der Senderseite der Übertragungsstrecke ausgesendet wird - das auf der Ubertragungsstrecke verzerrte Test signal (d) wird auf der Empfängerseite mit einem unverzerrten Testsignal (W) verglichen, - auf Grund des Vergieichsergebnisses werden die Filterkoeffizienten des Transversalfilters (VF) gemäß dem stochastischen Gradientenalgorithmus oder einem anderen bekannten Adaptionsalgorithmus eingestellt, - die Senderseite bzw. Empfängerseite weisen Mittel zur Speicherung (TEST), Steuerung (STS bzw. SXE) und zum Vergleich (VER) des digitalen Testsignals auf.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Entzerrernetzwerk als Basisbandentzerrer und das digitale Testsignal als Basisbandsignal ausgelegt sind.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Entzerrernetzwerk als Bandpaßentzerrer mit komplexen Koeffizienten und das digitale Testsignal zur Adaption als Bandpaßsignal ausgelegt sind.
4. 4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das digitale Testsignal gemäß den bekannten Gesetzen der Partial-Response Codierung ausgebildet ist.
5. 5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Transversalfilter durch ein adaptives rekursives Filter ersetzt ist.