DE3333984A1

DE3333984A1 - Unterteiltes transversalfilter

Info

Publication number: DE3333984A1
Application number: DE19833333984
Authority: DE
Inventors: Takahiko Osaka Hattori; Masao Inaba; Kazuhiko Nosaka; Hiroshi Tokio/Tokyo Takahashi
Original assignee: NEC Home Electronics Ltd; NEC Corp; Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1982-09-20
Filing date: 1983-09-20
Publication date: 1984-11-15
Also published as: GB2129638B; DE3333984C2; GB8324245D0; GB2129638A; NL191042B; US4649507A; NL191042C; JPH0117608B2; JPS5952911A; NL8303205A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Querfilter und insbesondere auf ein Querfilter für die Verarbeitung von einem digitalen Tonfrequenz-Signal.

5 Die Verarbeitung eines digitalen Tonfrequenz-Signals, das durch eine Pu ls-Kode-Modulat ion.sschaltung moduliert ist, in der Folge einfach als PCM-System bezeichnet, ist gewöhnlich verwirklicht durch die Steuerung der Frequenz-Charakteristik des PCM-Signales, das von einer konstanten

10 Abtast-Frequenz abgetastet wird. Um eine solche Steuerung zu erreichen, werden in der Regel ein unbegrenztes Impuls-Anzeige-(nachstehend als "HR" bezeichnet)Digitalfilter und ein begrenztes Impuls-Anzeige-(nachstehend als "FIR" bezeichnet)Digitalfilter verwendet. Das IIR-Filter hat den

15 Vorteil, daß Prüfformeln in geschlossener Form für die Prüfung eines IIR-Filters verwendet werden können, in dem

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veränderliche Frequenzen ausgewählt werden können. Jedoch vernachlässigt ein derartiges Muster die für das Filter charakteristische Phase. Es ist daher für ein IIR-Digitalfilter schwierig, sowohl einen gewünschten Amplitudengang wie einen gewünschten Phasengang zu erhalten.

Wenn andererseits ein Querfilter mit einem Satz von FIR-Filtern mit einer gewünschten Frequenz-Charakteristik über eine Frequenzbandbreite ausgestattet ist, die von der unteren Frequenz zu einer Frequenz von etwa f /2 reicht, wobei f die Abtastfrequenz ist, dann ist ein unnehmbarer hoher Grad der Filter-Kennung notwendig. Als Ergebnis.hat das Transversalfilter also den Nachteil, daß es zu komplex ist im Vergleich zu einem IIR-Digitalfilter. Um diesen Nachteil zu beseitigen, ist vorgeschlagen worden, das Frequenzband in einige Frequenzbänder unterhalb von f /2 zu teilen. Die Transversalfilter werden dann für die Frequenzbänder verwendet. Eine vorgegebene Frequenz-Charakteristik wird dann erhalten durch eine Synthese der Filterfrequenz-Charakteristiken der entsprechenden Filter, wodurch die Anordnung weniger komplex wird. Es wird jedoch schwierig, die Charakteristik der Übergangsfrequenz in jedem Frequenzband zu bestimmen, weil in dem niedrigen Frequenzband, zusätzlich zu dem Abtasten bei der Abtastfrequenz f _f ein Unterabtasten bei der Unterabtastfrequenz f ' bewirkt wird, welches niedriger ist als die Abtastfrequenz f . Weiter ist es schwierig, die Filterfolge festzulegen, wenn ein Filter gefordert ist mit einer vorgegebenen Frequenz-Charakteristik .

Inhalt der Erfindung

Entsprechend ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Transversalfilter mit einer Filterkoeffizientfolge 35

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aufgeteilt auf eine Mehrheit von Transversalfilter-Abschnitten, z.B. drei Filterabschnitte, wodurch die Größe der Filterkoeffizient-Folge, die von einem einzelnen Transvei— salfilter-Abschnitt abgedeckt wird, sich verringert. In den ersten und zweiten Abschnitten der drei Transversalfilter-Abschnitte wird eine Faltungsoperation durchgeführt nach einer dezimierten Filterkoeffizientenfölge und der Eingangssignal-Zeile entsprechend der dezimierten Filterkoeffizientenfolge. Weiterhin erfolgt ein Abgleich der Energie der Filterkoeffizienten, die bei dieser Dezimierung der Filterkoeffizientenfolge anfällt. Als Ergebnis kann die Zahl der Operationen vermindert werden um einen Faktor, der der Zahl der Filterkoeffizienten entspricht, die von der Folge dezimiert werden. Bei der Verwendung der Erfindung wird eine vorgegebene Frequenzcharakteristik der Amplitude und der Phasen erhalten, die Komplexität der Filter wird vermindert und das Prüfen der Überkreuz-Frequenz-Charakteristik und der Filterkoeffizienten ist erleichtert.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 ist ein Qlockdiag ramm, das eine erste Verkörperung eines Transversalfilters der vorliegenden Erfindung zeigt; Figur 2 (a) zeigt in grafischer Darstellung eine Transversalfilter-Koeffizienenreihe HI;

Figur 2 (b) zeigt in grafischer Darstellung, wie die Koeffizientenfolgen der End-Transversalfilter HI ' und HI ' erhalten werden durch Division der Folge HI aus Figur 2 (a), wobei die Endfolgen HI. und HI_ dezimiert und die Energie der dezimierten Teile von HI. und HI_? kompensiert wird. Figur 3 ist ein Blockdiagramm, das eine zweite Verkörperung der gegenwärtigen Erfindung darstellt.

Spezielle Beschreibung der vorzugsweisen Verkörperungen

Unter Bezug auf die Zeichnungen werden nun Verkörperungen der vorliegenden Erfindung im einzelnen erklärt. Figur 1 ist ein Blockdiagramm, das eine erste Verkörperung der Transversalfilter der vorliegenden Erfindung zeigt.

Figur 1 zeigt die fünf Grundelemente dieser Verkörperung: Ein erster Transversalfilter-Abschnitt 1, ein zweiter Transversalfilter-Abschnitt 2, ein dritter Transversalfiltei—Abschnitt 3, ein vierter Transversalfilter-Abschnitt 4 und ein Addierwerk 5. Das vierte Filter empfängt eine Folge ' x(n) eines Eingangssignales und eliminiert alle Frequenzkomponenten oberhalb von f '/2 von der Folge x(n) um die

Folge x.(n) am Ausgang zu erhalten. Der dritte Transversalfilter-Abschnitt 3 empfängt die Eingangs-Signalfolge x(n). Wenn D die Zahl der dezimierten oder eliminierten Koeffizienten der Filterkoeffizient-Folge ist, dann ist f '/2 gleich f /2{D+1).

In Figur 2 (a) ist die Amplitudenverteilung dargestellt als Funktion der Zeit für die Elemente der Filterkoeffizienten-Folge HI vor ihrer Dezimierung. Diese Elemente werden auch bezeichnet durch die ganzen Zahlen von 0 bis N-1, wobei M die Länge der undezimierten Folge HI ist.

Figur 2 (b) zeiqt parallel zu Figur 2 (a) die Amplitudenverteilung für die beschriebene dezimierte Filter-Koeffizi enten-Folge.

In Figur 2 (a) ist die undezimierte Filtei—Koeffizient-Folge mit N Elementen gezeigt, während Figur 2 (b) die dezimierte Filter-Koeffizient-Folge zeigt, die η Elemente aufweist, aber die Zählung der undezimierten Folge wurde für die dezimierte Folge beibehalten. Die dezimierte Filter-

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koeffizient-Folge HI.¹ entsprechend dem ersten Transversalfilter 1 hat q Elemente und hat Elemente mit der Zählung zwischen 0 und Q-1. Sowohl η wie q sind willkürlich gewählte ganze Zahlen. Jedoch muß N größer sein als Q. Der dritte Transversalfilterteil hat eine Filter-Koeffizientenfolge HI., von Q bis (N-Q-D wie in (ß) gemäß Figur 2 (a) und 2 (b). Wie in (bO der Figur 2 (b) gezeigt, ist die dezimierte Filterkoeffizienten-Folge HI.' so abgestimmt, daß sie die Energie der dezimierten Filterkoeffizienten-Folgen derart kompensiert, daß die Energie der Koeffizienten dezimiert oder von der Folge HI. in Figur 2 (a) eliminiert, den verbleibenden Koeffizienten in der Folge HI ' von Figur 2 (b) hinzugefügt ist.

Unter Bezug auf Figur 1 entspricht der zweite Transversal-Filterabschnitt 2 der Fi lterkoeff izienten-Folge -HI₂ mit den Elementen von (N-Q) bis (N-1) wie in (Jf) von Figur 2' (a). Ähnlich der Filterkoeffizienten-Folge HI.¹ ist, wie erwähnt, die Filterkoeffizienten-Folge HI«' so abgestimmt, daß sie die Energie der dezimierten Filterkoeffizienten-Folge HI-' derart kompensiert, daß die Energie der dezimierten Koeffizienten der Filterkoeffizienten-Folge HI. von Figur 2 (a) den Elementen der übriggebliebenen Filterkoeffizienten in den Folgen HI₂' von (J*) von Figur 2(b) hinzugefügt ist.

Das Äddiersystem empfängt das Ausgangssignal y.(n) von dem ersten Filterabschnitt 1, die Ausgangssignalfolge y~(n) von dem zweiten Filterabschnitt 2 und die Ausgangssignalfolge y~(n) von dem dritten Filterabschnitt 3 und addiert

diese Elemente zu einer Ausgangs-Signalfolge y(n). So ergibt sich ein Transversalfilter, das drei Transversalfilter umfaßt, wobei jedes von ihnen charakterisiert ist durch seine eigenen Koeffizienten-Folgen. 35

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In der oben erläuterten Verkörperung ist die Zahl der Elemente in der ersten Filterkoeffizient-Folge HI gleich der der Elemente in der zweiten Filterkoeffizient-Folge HI , aber die Erfindung ist nicht begrenzt auf Verkörperungen, welche diese Gleichheit verwenden. Wenn jedoch die Zahl der Elemente auf beiden Seiten der Folgen HI. und HI nicht gleich ist, wird es schwieriger sein, die Filter-Charakteristiken anzupassen als in dem Fall, wo die Zahl der Elemente in HI und HI₂ gleich ist.

In der Verkörperung von Figur 1 wird die unveränderte Eingangs-Signalreihe x(n), welche durch die Abtastfrequenz f , abgetastet ist, auf den dritten und vierten Transversalfilter-Abschnitt 3 und 4 gegeben. Der dritte Filterabschnitt 3 umfaßt eine Verzögerungsschaltung 31, um die Eingangssignalfolge x(n) aufzunehmen und ein Transversalfilter 32, das mit der Verzögerungsschaltung 31 verbunden ist. Die Eingangssignalreihe x(n) wird verzögert durch die Verzögerungsschaltung 31 um eine Zeit, die notwendig ist, um die Operationszelt von x(n) in den Filterabschnitten 4 und 1 der für die Operation im Filterabschnitt 3 notwendigen Zeit anzugleichen. Die Verzögerungsschaltung 31 erzeugt eine verzögerte Signalfolrje x'(n) für den Eingang zum Filter 32. Die Filterkoeffizient-Folge HI wird in dem Transversalfilter 32 so ergänzt, daß an dessen Ausgang eine Signalfolge y„(n) liegt mit den Elementen von (n-Q) bis (n-N+Q+1). Die Ausgangs-Signalfolge y_Q(n) wird in dem Transversal-Filter 32 gebildet durch die Faltungs-Operation der dritten Filterkoeffizient-Folge HI_ über die verzögerte Signalfolge x'(n). Danach wird die Signalfolge y„(n) von dem dritten Filterabschnitt 3 auf das Addiersystem 5 gegeben.

Der Befehl vom Filter 32 in dem dritten Filterabschnitt ist (N-2Q), während der vierte Filterabschnitt 4 ein Trans-35

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ΑΌ

versalfilter 41 aufweist mit Steuerbefehl L zur Einwirkung auf die Eingangssignalfolge x(n). Um eine Geräuschreflexion zu vermeiden, wird eine vierte Filterkoeffizient-Folge HI des Transversalfilters 41 so ergänzt, daß die Frequenzkomponenten oberhalb von f /2(D+1) eliminiert werden, wobei D eine positive ganze Zahl ist und gleich der Zahl der Filterkoeffizienten, die dezimiert sind. Das Filter 41 empfängt die Eingangs-Signalfolge x(n) und bildet eine Faltungsoperation der Eingangssignalfolge x(n) mit der Koeffizientenfolge HI des vierten Filters zu einer 1/f Periode um die Frequenzkomponenten oberhalb f /2(D+1) zu eliminieren. Insbesondere erzeugt das Filter 41 die Signalfolge x^(n) von der Eingangssignalfolge x(n) durch Unterdrücken der Frequenzkomponenten oberhalb f /2(D+1). Darauf wird die Signalfolge x_,(n) auf die ersten und zweiten Filterabschnitte 1 und 2 gegeben.

Der erste Filterabschnitt 1 hat ein Transversalfilter von der Ordnung P, welches die Signalfolge y_.(n) über die Eingangsfolge x.(n) erzeugt. Die erste Filterkoeffizient-Folge HI ' wird derart ergänzt, daß die Energie der Elemente der Signalfrequenz durch Dezimieren der Signalfrequenz x (n) zu einer villkürliehen Periode hinzugefügt wird in Kompensation zu den übrigen Elementen der Signalsequenz wie es durch a in (0<) der Figur 2(b) gezeigt ist. Hierbei bildet das Transversalfilter 11 die Faltungsoperation der ersten Filterkoeffizient-Folge HI.¹ mit der Signalsequenz

χ (n) entsprechend zu der dezimierenden Periode (D+1)/f ι ~ s

und erzeugt den Ausgang y..(n). Danach wird die Ausgangssignalfolge y^(n) vom Filterabschnitt 1 auf das Addiersystem 5 gegeben.

Der zweite Transversalfilter-Abschnitt 2 umfaßt eine Verzögerungsschaltung 21 und ein Transversalfilter 22 der Ordnung P. Die Signalfolge x^(n) wird auf die Verzögerungsschaltung

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21 gegeben und wird hier derart verzögert, daß das Ausgangssignal Y₂^"' ^{von dem} zweiten Filterabschnitt 2 zur selben Zeit erzeugt wird wie das Ausgangssignal y. (η) von dem ersten Filterabschnitt 1. Eine Signalfolge x.."(n) wird vom Ausgang der Verzögerungsschaltung 21 auf das Transversal filter 22 gegeben. In der obengenannten Verkörperung liegt die Verzögerungsschaltung 21 vor dem Filter 22, aber es ist auch möglich, die Verzögerungsschaltung 21 dem Filter folgen zu lassen. Das Filter 22 ist derart bemessen, daß es eine Signalfrequenz y_?(n) der Elemente (n-N+Q) bis (n-N+1) der Eingangssignalsequenz x(n) erzeugt. Zusätzlich wird die zweite Filterkoeffizient-Folge HI₂* so ergänzt, daß die Energie der Signalfolge dezimiert von der Signalfolge x.(n) in einer willkürlich dezimierenden Periode den verbleibenden Elementen der Signalfolge zugefügt wird zu dem Zweck der Kompensierung, wie bei (Jt) der Figur 2(b) gezeigt ist. Das Filter 22, das die Signalfolge χ "(n) empfängt, bildet eine Faltungsoperation der zweiten Filterkoeffizient-Folge HI * mit der verzögerten Signalfolge x-|"(n) entsprechen der dezimierenden Periode (D+1)/f und erzeugt hierdurch den Ausgang y_(n). Danach wird die Signalreihe y_?(n) auf das Addiersystem 5 gegeben. Nach Empfang der Signalfolgen y^(n), y_?(n) und y„(n) gibt ein Addierer 51 des Addiersystems 5 eine Ausgangssignalfolge y(n) ab.

Unter Sezug auf Figur 3 wird eine zweite Verkörperung der vorliegenden Erfindung in Form eines Blockdiagrammes gezeigt. In Figur 3 bezeichnen dieselben Ziffern und Bezeichnungen dieselben Teile oder gleichwirkende Teile wie die der Figur 1.

In der zweiten Verkoroerung erscheinen die in den Transversalfiltern 11 und 22 gebildeten Faltungsoperationen mit

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einer Periode (0+1)/f , wodurch die Zahl der Operationen in jeder Einheit verringert wird. Ein Dezimierungsfilter ist vor den Filtern 11 und 12 angeordnet.

Der vierte Transversalfilterteil 4 umfaßt das Transversalfilter 41 und das Dezimierungsfilter 42. Das Dezimierungsfilter 42 dezimiert die vom Filter 41 Kommende Signalfolge x (n) zu einer willkürlichen, aber konstanten Periode und gibt die dezimierte Signalsequenz x_(n) aus. Danach wird die dezimierte Signalsequenz x-(n) auf die ersten und zweiten Filterabschnitte 1 und 2 gegeben. Die Transversalfilter

11 und 12 sind derart aufgebildet, daß die Filterkoeffizient folgen HI ' und HI ' der Filter 11 und 12 dezimierte Signalfolgen x„(n) und x₄(n) erzeugen, wie in (PC) und (Jf) der Figur 2(b) gezeigt ist. Zusätzlich sind Interpolationsfilter

12 und 23 nach den Filtern 11 und 22 entsprechend vorgesehen. Der Transversalfilter-Abschnitt 1 umfaßt das Transversalfilter 11 und das Interpolationsfilter 12. Der zweite Transversaltfilter-Abschnitt umfaßt die Verzögerungsschaltung 21, das Transversalfilter 22 und das Interpolationsfilter 23. Eine sechste Filterkoeffizientenfolge HI wird derart ergänzt, daß das Interpolationsfilter 12 eine Signalfolge y..(n) erzeugt, die von der Abtastfrequenz f abge-

I S

tastet wird von der Siqnalfolge x„(n) mit einer Periode (0+1)/f . Ähnlich wird eine siebente Filterkoeffizientfolge HI derart ergänzt, daß das Interpolationsfilter 23 die Signalfrequenz y₂(n) erzeugt, die abgetastet wird mit der Abtastperiode 1,
Periode (D+D/f

Abtastperiode 1/f von der Signalfolge x_(n) mit einer

Der Aodierer 51 addiert die Signalfolgen y..(n), y_?(n) und y (n), um die Ausgangssignalfolge y(n) zu erzeugen.

Wie oben erwähnt, wird entsprechend dem Transversalfilter der vorliegenden Erfindung die Filterkoeffizient-Folge des

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vierten Transversalfilter-Abschnittes 4 oder der ersten und zweiten Transversalfilter-Abschnitte 1 und 2 dezimiert, wobei die Zahl der Filterkoeffizienten verringert wird. Daher wird die Zahl der Operationen vorteilhaft reduziert und der Abrundungsfehler wird ebenfalls reduziert. Folglich hat die vorliegende Erfindung die Vorteile, daß die Operationsgenauigkeit steigt und die Komplexität der Schaltung verringert wird. Weiterhin kann eine willkürliche Filterfrequenz-Charakteristik erreicht werden durch Steuerung der Filterkoeffizienten der Transversalfilter-Abschnitte, so daß die vorliegende Erfindung für eine Technologie verwendet werden kann, wie sie in der programmgesteuerten Signalverarbeitung bei impulsverschlüsselten Modulationen der Nachrichtentechnik auftritt.

Weiterhin kann durch Einfügen von Interpolationsfiltern und 13 in den ersten und zweiten Filterabschnitten 1 und 2 erreicht vferden, daß die Filter 11 und 22 die Faltungsoperationen mit einer Periode (D+1)/f ausführen, wodurch die Zahl der Operationen je Zeiteinheit verringert wird. Als Ergebnis läßt sich die Komplexität der Schaltungen der Filter 11 und 12 weiterhin reduzieren mit dem Ergebnis weitgehender Einfachheit der Schaltung aller Transversalfilter.

In den oben erwähnten Verkörperungen ist die Filterkoeffizientfolge HI in drei Abschnitte eingeteilt, aber die vorliegende Erfindung ist nicht begrenzt auf die Dreifach-Teilung, sondern die Filterkoeffizient-Folge HI der vorliegenden Erfindung kann in jede beliebige Mehrheit von Abschnitten der Filterkoeffizient-Folge geteilt werden.

(Die Offenbarung umfaßt auch den korrespondierenden englisehen Text.)

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Claims

Patentansprüche

A} Ein aus Segmenten gebildetes Transversalfilter, das umfaßt:

ein Tiefpaßfilter (4) zum Filtern eines Signales; ein erstes Transversalfilter (11), verbunden mit dem Ausgang des genannten Tiefpaßfilters, wobei das genannte erste Filter Koeffizienten aufweist, dezimiert zu einer vorgegebenen Frequenzperiode von einem End-Segment einer Transversalfiltei—Koeffizientenfolge, wobei die genannten Koeffizienten derart abgestimmt sind, daß die Energie der dezi-

10 mierten Koeffizienten kompensiert ist;

ein zweites Transversaltfilter (22), das mit dem Ausgang des genannten Tiefpaßfilters verbunden ist, wobei das zweite genannte Filter Koeffizienten aufweist, die mit einer vorgegebenen Frequenzperiode vom anderen Endsegrnent der genannten Folge bzw. vom einen Ende des genannten Segmentes dezimiert sind, wobei die genannten Koeffizienten abgestimmt sind, zum Kompensieren der Energie der dezimierten Koeffizienten; ein drittes Transversalfilter (32), das das genannte Signal empfängt, wobei das genannte dritte Transversalfilter Koeffizienten aufweist von einem zentralen Segment der genannten Folge und

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einen Addierer (51) zum Addieren der Ausgangssignale der genannten ersten, zweiten und dritten Filter in Synchronismus.
2. Ein in Segmente geteiltes Transversalfilter, wie in Anspruch 1 genannt, bei dem die vorgegebenen Frequenzperioden in den genannten ersten und zweiten Filtern gleich sind.
3. Ein in Segmente geteiltes Transversalfilter, wie in

Anspruch 1 genannt, das weiterhin Verzögerungsmittel (21, 31) umfaßt, zur Bildung des Synchronismus am Addierer.
4. Ein in Segmente geteiltes Transversalfilter, wie in Anspruch 1 genannt, das weiterhin Interpolationsfilter (12, 23) umfaßt, die zwischen den Ausgängen des genannten ersten und zweiten Filters und dem Addierer liegen.
5. Ein Segmente aufweisendes Transversalfilter, das umfaßt: mehrere Bandpaß-Filter zum Filtern eines Signales; mehrere erste Transversalfilter, wobei ein jedes dieser ersten Filter mit dem Ausgang eines der genannten Bandpaß-Filter verbunden ist und dezimierte Koeffizienten aufweist von einer vorgegebenen Frequenzperiode von einem Segment der Transversal-Filterkoeffizientenfolge, wobei die genannten Koeffizienten so ausgebildet sind, daß sie die Energie der dezimierten Koeffizienten kompensieren, daß das genannte Segment mit dem 3andpaß des Bandpaßfilters korrespondiert, mit welchem das erste Filter verbunden ist, wobei zwei erste Filter mit jedem Bandpaßfilter verbunden sind; ein zweites Transversalfilter, welches das Signal empfängt, wobei das zweite Filter bzw. Signalfilter Koeffizienten von einem zentralen Segment der genannten Folge aufweist; und einen Addierer zum Addieren der Ausgänge von den genannten ersten Filtern und zweiten Filtern im Synchronismus.

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6. Ein aus Segmenten bestehendes Transversalfilter, wie in Anspruch 5 genannt, das weiterhin Interpolationsfilter umfaßt, die zwischen den Ausgängen der genannten ersten Filter und dem genannten Addierer liegen. 5