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Adaptive Echokompensationseinrichtung zur digitalen Du-
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plexübertragung auf Zweidrahtleitungen Stand der Technik Die Erfindung
betrifft eine Einrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Eine derartige Einrichtung ist bekannt aus Frequenz 34 (1980), H.2,
S. 40 bis 45.
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Bei dieser Einrichtung ist die Anzahl der Taktperioden, über welche
die Regelschaltung die Korrelationssummen berechnet, gleich einer fest vorgegebenen
Zahl G. Die Nachstellung der Filterkoeffizienten soll in entsprechender Weise nach
Beendigung der Korrelationssummenberechnung erfolgen, also auch nach jeweils derselben
Anzahl G von Taktperioden. Es ist darauf hingewiesen. daß die so arbeitende Regelschaltung
den Nachteil einer langsamen Adaption des digitalen Filters hat.
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Als einzige Möglichkeit, die Geschwindigkeit der Adaption zu erhöhen,
ist eine Regelschaltung angeführt, die zwar auch die Korrelationssummen über die
feste Anzahl G von Taktperioden berechnet, jedoch nach jeder Taktperiode die Filterkoeffizienten
nachstellt. Diese Regelschaltung weist allerdings den Nachteil eines erheblichen
Speicherbedarfs auf.
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Aufgabe Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Einreichung der
oben an erster Stelle genannten Art anzugeben, die zu einer verhältnismäßig schnellen
Adaption fähig ist, ohne daß sie dazu zusätzliche Speicherkapazit-ät benötigt,
Lösung
Die Aufgabe wird mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Mitteln gelöst. Weiterbildungen
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Figurenbeschreibung Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen
beispielsweise näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild der wesentlichen Teile des Echokompensators
der Einrichtung gemäß der Er-Erfindung.
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Fig. 2 ein Diagramm der wesentlichen Takte und Signale aus Fig. 1
und Fig. 3 Einzelheiten der Steuerschaltung nach Fig. 1.
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Die Schaltung nach Fig. 1 stellt ein adaptives digitales Filter und
dessen Regelschaltung zur Koeffizientennachstellung dar. Das digitale Filter ist
im vorliegenden Beispiel ein Transversalfilter, bestehend aus einer Verzögerungsleitung
20 mit 16 Angriffen, aus einem Multiplexer 21, aus einem Koeffizientenspeicher 22
und aus einem Faltungsakkumulator 23, der in bekannter Weise für jeden digitalen
Eingangswert 5n einen digitalen Ausgangswert des Filters in Form der Faltungssumme
liefert. Die Koeffizienten Ci zur Bildung der Faltungssume sind im Koeffizientenspeicher
22 gespeichert, der bei 16 Koeffizienten mit jeweils 12 Bits ein 16 x 12 Bit-Schreib-Lese-Speicher
ist. Die Werte Sn j, die für die Faltungssumme notwendig sind, sind die von Multiplexer
2 1 nacheinander übernommenen Ahgriffswerte der Verzögerungsleitung
20,
durch welche die-Eingangsbitfolge n mit der doppelten Bitgeschwindigkeit 2/T hindurchgeschoben
wird.
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Eine Abtastperiode ist also gleich einer halben Bitperiode T, und
der Multiplexer schaltet während jeder Abtastperiode 16 Werte Sn ; nacheinander
zu seinem Ausgang durch.
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Dazu erhält der Multiplexer einen Takt TM, dessen Frequenz das 16-fache
der Abtastfrequenz beträgt.
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Damit während einer Abtastperiode für jeden der Werte Sn ; (i = 0
bis 15) der entsprechende Koeffizient Ci am Koeffizienteneingang des Faltungsakkumulators
23 bereitsteht, werden die 16 Koeffizienten ebenfalls im Multiplexertakt TM aus
dem Koeffizientenspeicher 22 gelesen. Dies geschieht wie folgt: Die Speicheradressen,
unter denen jeweils ein Koeffizient Ci gespeichert ist und die an einem Adresseneingang
AM (4 Bits) des Koeffizientenspeichers anliegen, werden im Takt TM des Multiplexers
fortgeschaltet. Solange dabei jeweils eine Adresse anliegt, wird der unter dieser
Adresse gespeicherte Koeffizient Ci über einen Nachstellakkumulator 24 dem Koeffizienteneingang
des Faltungsakkumulators 23 zugeführt und über eine vom Ausgang des Nachstellakkumulators
24 zum Eingang des Koeffizientenspeichers 22 führende Leitung in diesem unter der
gleichen Adresse wieder eingespeichert. Die dazu notwendige Umsteuerung des Koeffizientenspeichers
22 von "Lesen" auf "Schreiben" besorgen ein Lesetakt, der an einem Lese-Steuereingang
TR liegt, und ein Schreibtakt, der an einem Schreib-Steuereingang TW liegt Beide
Takte haben die Frequenz des Multiplexertaktes und gegeneinander verzögerte Taktphasen,
derart, daß der Koeffizientenspeicher jeweils während jeder anliegenden Adresse
zunächst auf "Lesen" und dann auf
"Schreiben" geschaltet wird. Ob
die Koeffizienten beim Durchlaufen des Nachstellakkumulators 24 nachgestellt werden
oder unverändert bleiben, hängt ab vom Zustand eines Steuersignals L, das an einem
Steuereingang L anliegt und den zweiten Eingang des Nachstellakkumulators 24, der
mit dem Ausgang eines Speichers 25 für Nachstellwerte verbunden ist, nur dann öffnet,
wenn die Koeffizienten nachgestellt werden sollen. In welchen Zeitabständen das
Steuersignal L, die Nachstellung der Koeffizienten bewirkt, bestimmt die Regelschaltung
des bisher beschriebenen digitalen Filters, die nachstehend erläutert wird.
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Zunächst wird darauf hingewiesen, daß in Fig. 1 die Leitungen, die
Mehrfachleitungen sind, über die mehrere Bits parallel übertragen werden, mit einem
Schrägstrich und einer daneben stehenden Zahl gekennzeichnet sind, welche die Anzahl
der parallel übertragenen Bits angibt.
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Gemäß dem Prinzip des bekannten Echokompensators, welches hier nicht
näher erläutert zu werden braucht, hat diese Regelschaltung die Aufgabe, die Filterkoeffizienten
derart nachzustellen, daß der Betrag eines Fehlersignals e(t) minimiert wird.
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Ein kontinuierliches Signal sgn e(t) das die Vorzeicheninformation
des Fehlersignals darstellt, wird in einem Abtast- und HaltegLied 26 abgetastet,
und seine Abtastwerte sgn en gelangen von dort auf den einen Signaleingang eines
Korrelators 27, dessen anderem Signalgang die bereits erläuterten Werte sn i vom
Multiplexerausgang zugeführt werden. Das Abtast- und Halteglied wird ebenso wie
die Verzögerungsleitung 20 im Abtasttakt TA betrieben. Der Korrelator 27 wird im
Multiplexertakt TM betrieben und bildet innerhalb
jeder Abtastperiode
16 Produkte (sgn e ) s .. i=O bis 15.
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n n-i Mit jedem Taktimpuls des Multiplexertakts TM gibt der Korrelator
27 über seine Ausgangsleitung ein Produkt (sgn en) - sn ; auf einen Signaleingang
eines Korrelationsakkumulators 28, dessen anderer Signaleingang über eine 8-Bit-Mehrfachleitung
mit dem Ausgang eines Zwischenspeichers 29 verbunden ist. Dieser Zwischenspeicher
hat 16 Speicherzellen mit jeweils 8 Bits und dient zur Speicherung von 16 Zwischensummen
bei der Berechnung der zur Nachstellung der 16 Koeffizienten notwendigen 16 Korrelationssummen.
Der Zwischenspeicher wird nun derart gesteuert, daß die Zwischensummen im Multiplexertakt
TM nacheinander ausgelesen werden und zum anderen Signaleingang des Korrelationsakkumulators
28 gelangen. Dieser addiert nun jeweils zur i-ten Zwischensumme das gleichzeitig
anliegende Produkt sgn e - so s und gibt die n n-i neue Zwischensumme über eine
Ausgangsleitung ( 8-Bits parallel) auf den Eingang des Zwischenspeichers 29. Dort
ersetzt die neue Zwischensumme die vorhergehende in der gleichen Speicherzelle.
Das dazu notwendige Fortschalten der Speicheradressen und das Umschalten des Zwischenspeichers
von "Lesen" auf "Schreiben" geschieht wie im Zusammenhang mit dem Koeffizientenspeicher
22 beschrieben mittels des Lesetakts TR,des Schreibtakts TW und der am Adresseneingang
AM (4 Bits) anliegenden Adresse. Nachdem auf diese Weise während jeder Abtastperiode
alle 16 Zwischensummen im Ko-rrelationsakkumulator erhöht oder erniedrigt worden
sind, beginnt ein neuer Zyklus, in dem auf die gleiche Weise die Produkte (sgn en+1)
5n+1-i' i=O bis 15,zu den entsprechenden Zwischensummen addiert werden.
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Somit werden für alle 16 Koeffizienten Ci die Korrelationssummen
(sgn en) Sn-i über mehrere Perioden des Abtasttaktes berechnet, und zwar so lange,
bis an einem Steuereingang des Korrelationsakkumulators ein sogenanntes Nachstellsignal
N erscheint, das die Korrelationssummenberechnung beendigt und den Nachstelivorgang
einleitet.
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Bevor die Erzeugung des Nachstellsignals N erläutert wird, soll zunächst
der Ablauf der Koeffizientennachstellung beschrieben werden. Es sei vorweggenommen,
daß das Nachstellsignal N mit positivem Pegel, das den Zeitpunkt und die Dauer des
Nachstellvorgangs bestimmt, so erzeugt wird, daß es genau mit einer Bitperiode zeitlich
zusammenfällt.
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Für die Dauer derjenigen Bitperiode, in der das Nachstellsignal N
den positiven Pegel hat, sperrt es den mit dem Korrelator 27 verbundenen Eingang
des Korrelationsakkumulators und den zum Zwischenspeicher 29 führenden Ausgang und
öffnet einen zu einer logischen Schaltung 30 führenden anderen Ausgang, der für
die übrige Zeit gesperrt ist.
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Während der nächsten Abtastperiode, d. h. während der ersten Hälfte
der Nachstelldauer, durchlaufen nun die im Zwischenspeicher 29 stehenden Zwischensummen
nacheinander den Korrelationsakkumulator ohne dabei geändert zu werden und gelangen
von dort über die logische Schaltung 30 zum Eingang eines Speichers 31 für Nachstellwerte.
Die logische Schaltung leitet von jeder Korrelationssumme einen aus zwei Bits bestehenden
Nachstellwert ab, wobei das eine Bit angibt, ob der entsprechende Koeffizient nachzustellen
ist oder nicht, und wobei das andere Bit angibt, ob der Koeffizient um eins erhöht
oder um eins erniedrigt werden soll. Das letztere Bit hängt vom Vorzeichen der Korrelationssumme
ab. An einem Steuereingang des Speichers 31 für die
Nachstellwerte
liegt während der ersten Hälfte der Nachstelldauer ein Schreibsignal Sch, so daß
die 16 Nachstellwert nacheinander in den Speicher eingeschrieben werden. Zu diesem
Zweck wird auch bei diesem Speicher die am Adresseneingang AM liegende Adresse im
Multiplexertakt fortgeschaltet. Während der zweiten Hälfte der Nachstelldauer, d.
h. während der auf die Dauer des Einschreibens folgenden Abtastperiode, liegt an
einem zweiten Steuereingang des Speichers 31 ein Lesesignal L, so daß die gespeicherten
Nachstellwerte während dieser Abtastperiode im Multiplexertakt wieder ausgelesen
werden. Wie bereits erwähnt, öffnet das Lesesignal L ausschließlich während dieser
Abtastperiode den für die Nachstellwerte vorgesehenen Eingang des Nachstellakkumulators
24, so daß hierdurch die Möglichkeit für eine Nachstellung der Koeffizienten Ci
aufgrund der Nachstellwerte gegeben ist. Nach Ablauf dieser Abtastperiode verschwinden
das Lesesignal L und das Nachstellsignal N gleichzeitig. Da während des Nachstellvorgangs
der zum Eingang des Zwischenspeichers 29 führende Ausgang des Korrelationsakkumulators
28 gesperrt ist, werden während des Nachstellvorgangs sämtliche Speicherplätze mit
Null-Werten überschrieben, so daß die Berechnung der nächsten Korrelationssummen
nach Abschluß eines Nachstellvorgangs wieder bei Null beginnt. Diese Berechnung
dauert solange an, bis das Nachstellsignal N wieder den logischen Pegel 1 annimmt
und den nächsten Nachstellvorgang einleitet.
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Die Zeitabstände der Koeffizientennachstellung werden von einer uberwachungsschaltung
31 und einer Steuerschaltung 32 bestimmt, deren Funktion nachstehend bezugnehmend
auf Fig. 2 erläutert wird.
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Der Eingang der überwachungsschaltung 32 ist ebenso wie der Eingang
des Zwischenspeichers 29 mit dem Ausgang des Korrelationsakkumulators 28 verbunden
und empfängt jede dort berechnete Zwischensumme zur überwachung.
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Erreicht eine Zwischensumme betragsmäßig einen vorgebenen Wert M,
so gibt die überwachungsschaltung einen Steuerimpuls ST an die Steuerschaltung,
die daraufhin mit dem Beginn der nächsten Bitperiode das Nachstellsignal N erzeugt.
Der laufende Zyklus, in dem irgendeine Zwischensumme den Wert M erreicht, wird also
noch zu Ende gebracht, bevor der Nachstellvorgang beginnt. Falls innerhalb einer
vorgegebenen Anzahl G von Bitperioden die uberwachungsschaltung nicht anspricht,
die Steuerschaltung 31 also keinen Steuerimpuls ST empfängt, so erzeugt sie das
Nachstellsignal N nach dem Ablauf dieser G Taktperioden.
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Auf diese Weise sind die Zeitabstände, in denen die Filterkoeffizienten
nachgestellt werden, abhängig von der Entwicklung der Korrelationssummen. Bei starker
Korrelation, also am Anfang der Regelung, wo das Fehlersignal e noch n stark vom
Sendesignal sn beeinflußt ist, nehmen die Korrelationssummen erheblich schneller
zu ( in positiver oder negativer'Richtung) als bei schwacher Korrelation.
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Die Regelschaltung der vorliegenden Einrichtung sorgt daher bei starker
Korrelation für eine schnelle Adaption und bei schwacher Korrelation für eine genaue
Adaption, indem sie im letzteren Fall die Korrelationssummen über eine große Anzahl
G (z.B. 4096) von Bitperioden berechnet.
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Als Eingangstakte empfängt die Steuerschaltung 33 den Bittakt TB (z.B.
80 KHz) (Fig. 2) und einen Grundtakt TG mit deutlich höherer Frequenz (z.B. 10,
24 MHz), von dem in
einer nicht gezeigten Taktschaltung unter anderem
der Bittakt TB, der Abtasttakt TA (Fig. 2), der Multiplexertakt TM, der Schreibtakt
TW,der Leset.akt TM und die Adressen AM darstellenden Takte abgeleitet werden.
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Weitere Ausgangssignale der Steuerschaltung 31 neben dem Nachstellsignal
N sind daß Schreibsignal Sch und das Lesesignal L.
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Im Folgenden wird noch ein Ausführungsbeispiel der Steuerschaltung
33 anhand von Fig. 3 erläutert.
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Ein Zähler 34, der mit dem Grundtakt TG betrieben wird, ist ausgangsseitig
über mehrere parallele Leitungen mit einer Dekodierschaltung 35 verbunden, die dazu
ausgelegt ist, bei bestimmten Zählerständen, die, vom Zählerstand Null gerechnet,
bestimmten Zeitspannen entsprechen, Ausgangssignale abzugeben. So erscheint am Ausgang
To der Dekodierschaltung ein Signal beim Zählerstand 0 und am Ausgang T3 ein Signal
bei einem Zählerstand, der einer Zähldauer von G Bitperioden entspricht (z.B. G=4Q96).
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Das bei T3 erscheinende Signal gelangt über eine ODER-Schaltung 36
auf einenRücksetzeingang RS des Zählers 34 und setzt den Zähler spätestens nach
G Bitperioden zurück. An einem Ausgang T2 der Dekodierschaltung erscheint bei einem
Zählerstand, welcher der Dauer einer Bitperiode entspricht, ein Signal, das auf
den Rücksetzeingang eines Flipflops FF2 gelangt. Der Setzeingang dieses Flipflops
ist mit To verbunden, so daß an seinem Q-Ausgang ein Signal erscheint, das bei jedem
Rücksetzen des Zählers auf den logischen Pegel 1 geht und diesen Pegel für die Dauer
einer Bitperiode behält. Dieses ist das bereits beschriebene
Nachstellsignal
N. An einem Ausgang T1 der Dekodierschaltung erscheint ein Signal bei einem Zählerstand,
welcher der Dauer einer halben Bitperiode entspricht. Dieser Ausgang ist mit dem
Rücksetzeingang eines Flipflops FF1 und mit dem Setzeingang eines Flipflops FF3
verbunden. Das Flipflop FF1 wird vom Ausgangssignal To gesetzt, und das Flipflop
FF3 wird vom Ausgangssignal T2 rückgesetzt. Somit erscheint am Q-Ausgang von FF1
das in Fig. 2 gezeigte Schreibsignal Sch, und am Q-Ausgang von FF3 das in Fig. 2
gezeigte Lesesignal L.
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Um die korrelationsabghängige Nachstellung zu ermöglichen, ist der
zweite Eingang der ODER-Schaltung 36 mit einem Signal beaufschlagt, das von den
Steuerimpulsen ST verursacht wird, welche die überwachungsschaltung 32 (Fig. 1)
wie oben beschrieben abgibt. Da diese Impulse wegen ihrer Zufälligkeit nicht mit
dem Beginn einer Taktperiode zusammenfallen, wird das Rücksetzen des Zählers 34
nach Erscheinen eines Steuerimpulses bis zum Beginn der nächsten Taktperiode verzögert.
Dazu dient ein Flipflop FF4, das bei Erscheinen eines Steuerimpulses gesetzt wird
und dessen Q-Ausgang mit dem einen Eingang einer UND-Schaltung 37 verbunden ist.
Am anderen Eingang der UND-Schaltung 37 liegt der Bittakt TB (Fig. 2), und ihr Ausgang
ist mit einem Eingang der ODER-Schaltung 36 verbunden. Wie in Fig. 2 gezeigt wird
somit der Zähler 34 dann zurückgesetzt, und damit ein Nachstellvorgang ausgelöst,
wenn die ansteigende Flanke des Bittakts TB erscheint und während der vorausgegangenen
Abtastperiode ein Steuerimpuls ST aufgetreten ist, oder wenn die G Bitperioden abgelaufen
sind Das Flipflop FF4 wird mit der Rückflanke des Bittakts TB zurückgesetzt
Abschließend
wird noch darauf hingewiesen, daß die vorstehend beschriebene Erfindung nicht nur
auf Echokompensatoren anwendbar ist, die eine für alle Koeffizienten verwendete,
im Zeitmultiplex betriebene Regelschaltung haben. Falls die zu verarbeitende Bitgeschwindigkeit
so hoch ist, daß die verfügbaren BaueLemente für einen Zeitmultiplexbetrieb zu langsam
sind, wird für jeden Koeffizienten eine eigene Regelschaltung vorgesehen, die über
mehrere Bittaktperioden die Korrelationssumme berechnet.
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In diesem Falle wäre für jeden Koeffizienten eine über wachungsschaltung
vorgesehen, und jedes Ausgangs-Steuersignal jeder überwachungsschaltung würde über
eine logische Schaltung die gleichzeitige Nachstellung sämtlicher Filterkoeffizienten
in den einzelnen Nachstellschaltungen auslösen.
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L e e r s e i t e