DE3246525A1

DE3246525A1 - Einrichtung zur entzerrung linearer zeitinvarianter oder langsam zeitvarianter nachrichtenuebertragungskanaele

Info

Publication number: DE3246525A1
Application number: DE19823246525
Authority: DE
Inventors: Jürgen Dr.-Ing. 7904 Erbach Lindner
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Telefunken Systemtechnik AG
Priority date: 1982-12-16
Filing date: 1982-12-16
Publication date: 1984-06-20
Also published as: DE3246525C2

Description

Beschreibung
Einrichtung zur Entzerrung linearer zeitinvarianter oder langsam zeitvarianter Nachrichtenübertragungskanäie Die Erfindung betrifft eine Einrichtung nach den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Merkmalen.
Bei der Datenübertragung über linear verzerrende, gestörte Kanäle sind die Parameter, die die Verzerrungen festlegen, in der Regel unbekannt. Andererseits ist die genaue Kenntnis des gerade aktuell vorliegenden Ubertragungskanals notwendig, wenn möglichst effektiv Daten über diesen Kanal übertragen werden sollen. Aus diesem Grund sind in der Vergangenheit adaptive Entzerrer entwickelt worden, die sich automatisch dem Ubertragungskanal anpassen.
Bei zei tvarianten Kanälen, deren verzerrende Eigenschaften sich innerhalb weniger Symbol intervalle ändern, hat sich herausgestellt, daß die bei anderen Kanälen üblichen Entzerrer-Adaptionsverfahren nicht geeignet sind, Dies trifft insbesondere für den "stochastischen Gradientenalgorithmus" zu.
In der Offenlegungsschrift DE-OS 28 22 874 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem mit Hilfe von "*estfoLgen", die in die eigentlich zu übertragende Datenfolge periodisch eingeblendet und mit übertragen werden, die aktuelle Stoßantwort der gesamten Übertragungsstrecke ermittelt wird. Diese resultierende "Kanalstoßantwort" wird anschließend dazu benutzt, ein Kanalkorrelationsfilter (Kanal-Matched Filter) und einen adaptiven Entzerrer einzustellen.
Diesem Verfahren sind jedoch dadurch Grenzen gesetzt, daß die Kanalstoßantwort bei diesem Verfahren nur ungenau bestimmt werden kann. Da hinter dem Quadraturdemodulator mit dem Symboltakt abgetastet wird, stehen nur Abtastwerte der Kanalstoßantwort im Symbolraster zur Verfügung. Ein weiterer Nachteil ist, daß die Einstellung des Kanalkorrelationsfilter und des Entzerrers nur nach jeder Messung erfolgt, womit schnelle Kanaländerungen nicht zu erfassen sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Stand der Technik zu verbessern. Insbesondere soll die Ermittlung der Kanalstoßantwort so genau wie theoretisch möglich erfolgen und die Werte der Kanalstoßantwort den Kanaländerungen laufend nachgeführt werden.
Die Aufgabe wird durch die im Anspruch t genannten Merkmale gelöst.
Es ist nunmehr möglich, durch die Bestimmung der Stoßantwort j'eweils am Anfang und am Ende eines Datenblockes und auch zwischen den Datenblöcken den Entzerrer und das Kanalkorrelationsfilter laufend nachzuführen und dadurch die Kanalstoßantwort so genau wie möglich zu bestimmen.
Dabei ist die Entzerrungsaufgabe auf das Kanalkorrelationsfilter und einen Entzerrer mit Entscheidungsrückführung verteilt und das Kanalkorrelationsfilter entsprechend dem Abtasttheorem realisiert. Diese Maßnahmen stellen sicher, daß der gesamte Entzerrer mit Entscheidungsrückführungs zusammen mit dem Kanalkorrelationsfilter zu jedem Zeitpunkt optimal eingestellt werden kann.
Das grundlegende, allgemein bekannte Prinzip der Kanalstoßantwortmessung läßt sich wie folgt beschreiben: y(t) = h(t)*x(t) (t) y(t)*x«(-t) = x(t)*h(t)*x*(-t) (2) = PXX(t)*h(t) = = h(t) wenn pXx(t) = 6(t) Mit y(t) als Empfangssignal, x(t) als Sendesignal und h(t) als Kanalstoßantwort, beschreibt Gl.1 eine Übertragung des Sendesignals über einen linear verzerrenden Kanal mit der Stoßantwort h(t). Additive Störungen sollen bei der Erläuterung des Prinzips zunächst nicht beachtet werden, desweiteren ist es zum Verständnis zweckmäßig, einen Kanal vorauszusetzen, der während der Meßdauer zeitinvariant ist.
Der * in diesen Gleichungen bedeutet die Faltungsoperation, der hochgestellte * in Gl.2 die Bildung des konju giert komplexen Signals. Mit 6(t) ist der Diracstoß und mit pxx(t) die Autokorrelationsfunktion des Sendesignals x(t) bezeichnet.
Gl.2 sagt aus, daß eine Korrelation (= Faltung mit dem zeitinversen, konjugiert komplexen Signal) des Empfangssignals mit dem Sendesignal die Kanalstoßantwort h(t) ergibt, sofern die Autokorrelationsfunktion Pxx (t) des Sendesignals gleich dem Diracstoß 6(t) ist.
Das einfachste Testsignal, welches die Bedingung Px (t) = 6(t) erfüllt, ist 6(t) selbst. Seine Anwendung scheidet jedoch aus, wenn Störungen die Messung verfälschen können und ein einzelner isolierter Diracstoß aus praktischen Gründen unerwünscht ist. In all diesen Fällen ist eine endliche Folge von passend gewichteten Diracstößen sinnvoller, die jedoch die Bedingung (t) = 6(t) nur näherungsweise erfüllen kann.
Wählt man aber ein Testsignal wie es anschließend beschrieben wird, dann kann in zwei Schritten die Kanalstoßantwort genau bestimmt werden: 1. Korrelation nach Gl.2 2. Korrektur dieser Korrelation.
Dies soll nun näher erläutert werden: Das Testsignal x(t) sei eine Folge gewichteter Diracstöße: T ist hierbei der zeitliche Abstand der Diracstöße und 5 x(i) ist eine Folge von Gewichtsfaktoren, für die nun eine periodisch wiederholte Pseudo-Noise (PN)-Folge angenommen werden soll. xPN(t) sei eine Periode des Testsignals.
Korreliert man das Ausgangssignal y(t) entsprechend Gl.2 mit einer Periode xPN(t), dann erhält man als Ergebnis das Signal w(t) = y(t)*xPN(-t) P (k) ist in dieser Gleichung die periodische (= zykli xx sche) Autokorrelationsfunktion der PN-Folge xpN(k), für die bekanntlich gilt:

NPN für k = 0

Pxx(k) = (5a)

-1 für 1#k#NPN-1

Pxx(k+NPN) = Pxx(k) für alle k (5b) wobei NpN die Länge der PN-Folge ist. Setzt man voraus, daß h(t) auf die Dauer Th zeitbegrenzt ist, so wird mit der Wahl T NpN # T (6) 5 in einem passend gewählten Ausschnitt w0(t) aus w(t) mit Gl.4 sich die folgende Überagerung verschobener Kanalstoßantworten einstellen: wo(t) besitzt hierbei die Dauer Th und die Summe läuft über solche k, die einen Beitrag zu diesem Ausschnitt aus w(t) liefern.
Aus Gl.7 läßt sich folgende Gleichung zur Bestimmung von h(t) ableiten: Da zur Bestimmung von h(t) nur ein Ausschnitt w (t) der Dauer Th notwendig ist, braucht das Sende-Testsignal x(t) auch nur endliche Dauer zu besitzen. Die hierzu gehörige Folge von Gewichtsfaktoren, die "Testfolge" xTF(i), bildet dann auch nur einen Ausschnitt der unendlich oft periodisch wiederholten PN-Folge. Für die Länge NTF dieses Ausschnitts muß gelten: Th NTF # NPN + 2.( - 1). (9) T s Außerhalb dieses Ausschnitts darf die gesamte gesendete Folge x(i) dann beliebig sein, z.B. können direkt Datensymbole gesendet werden, womit ein nahtloses Einfügen der Testfolgen in eine kontinuierliche Folge von Datensymbolen möglich wird, Bei praktischen Anwendungen nimmt die Zeitvariable t oft nur diskrete Werte an, d.h.
t = ist (io) womit sämtliche Gleichungen auch zeitdiskret berechnet werden können. Insbesondere lassen sich so Abtastwerte h(idt) bestimmen, die h(t) nach dem Abtasttheorem eindeutig repräsentieren, sofern h(t) ein auf f bandbegrenztes g Signal ist und 1 = (11) 2fg gilt.
Fig.1 zeigt das Prinzip des Empfängers für eine QAM-Datenübertragung (QAM = Quadraturamplitudenmodulation) mit Kanalkorrelationsfilter 2 und Entzerrer mit Entscheidungsrückführung 3 in zeitdiskreter Realisierung Das Empfangssignal y(t) wird im Block 1 demoduliert, das demodulierte Signal zu den Zeiten t = i.Jt abgetastet und weiterverarbeitet. Im Block 4 wird die beschriebene Korrelation, in Block 5 die Korrektur der Kanalstoßantwort und in Block 6, ausgehend von der jeweils gemessenen Kanalstoßantwort, eine laufende Nachadaption von h(i-at) vorgenommen. Hierzu kann ein übliches Verfahren, z.B. die in Magee, F.R.; Proakis, J.G.: Adaptive Maximum-Likelihood Sequence Estimation for Digital Signaling in the Presence of Intersymbol Interference, IEEE-Trans. on ET (1973), Seiten 120 bis 124 beschriebene Version des stochastischen Gradientenverfahrens verwendet werden.
Der Umschalter 7 deutet darauf hin, daß während der Testphase die im Block 5 korrigierte Kanalstoßantwort und in den übrigen Zeiten die durch Nachadaption im Block 6 nach- geführte Kanalstoßantwort zur Einstellung des Kanalkorrelationsfilter 2 und des Entzerrers 3 herangezogen wird. Im letztgenannten Fall ermittelt die Nachadaption im Block 6 die nachgeführte Kanalstoßantwort wie beschrieben aus der vom Block 5 korrigierten Kanalstoßantwort (Verbindung 65) und dem abgetasteten demodulierten Signal.
L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche 1. Einrichtung zur Entzerrung linearer zeitinvarianter oder langsam zeitvarianter Nachricht enübertragungskanäle über die Nachrichten im Einseitenband-, Restseitenband-oder Zweiseitenband-Verfahren ohne Trager übertragen werden, bei denen die Nachrichten vorzugsweise rnittels eines digitalen Modulationsverfahrens in Form von Datenblöcken übertragen werden und vor jedem Datenblock jeweils eine Testzeichenfolge ausgesendet wird und empfangsseitig ein Quadratur-Demodulator und eine Entscheidungsstufe verwendet wird, zwischen Demodulator und Entscheidungsstufe ein einstellbares Kanalkorrelationsfilter und ein einstellbarer Entzerrer geschaltet sind, aus jeder Testzeichenfolge empfangsseitig die Stoßantwort der Übertragungsstrecke ermittelt wird und mit Hilfe der Stoßantwort die Einstellung des KanalkorrelationsfiLters und ds Entzerrers vorgenommen bzw. korrigiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Testzeichenfolge ein Ausschnitt aus einer periodisch wiederholten Pseudo-Noise (PN)-Folge verwendet wird, daß das Ausgangssignal des Demodulators mit einer aufbereiteten PN-Folge korreliert wird und daß das Ergebnis der Korrelation w (t) gemäß der Vorschrift korrigiert wird, wobei h(t) die gesuchte Stoßantwort (Kanalstoßan,twort) der Übertragungsstrecke ist, a, b Korrekturfaktoren sind, die von der Länge der PN-Folge, der Dauer der Kanalstoßantwort h(t) und der Symboldauer T abhängen, 5 und daß eine Einrichtung im Empfänger vorgesehen ist, mit der die Kanalstoßantwort zwischen zwei Messungen in an sich bekannter Weise den Kanaländerungen nachgeführt wird.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als digitales Modulationsverfahren Quadraturamplitudenmodulation (QAM) verwendet wird und der Entzerrer bevorzugt als Entzerrer mit Entscheidungsrückführung (quantisierter Rückführung = Decision Feedback Equalizer (DFE)) ausgeführt ist.
3. Einrichtung, nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrelation des Demodulator-Ausgangssignals mit der aufbereiteten PN-Folge und die Korrektur der Korrelation digital mit Abtastwerten durchgeführt wird.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitung zur Bestimmung der Stoßantwort mit Hilfe eines programmierbaren digitalen Prozessors in Echtzeit vorgenommen wird.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Realisierung sämtlicher zum Empfang notwendiger Signalverarbeitungsschritte, einschließlich der zur Stoßantwort-Bestimmung notwendigen, mit Hilfe eines programmierbaren digitalen Prozessors in Echtzeit vorgenommen wird.