DE3414129A1

DE3414129A1 - Adaptiver entzerrer fuer digitale nachrichtenuebertragungssysteme mit einer uebertragungsgeschwindigkeit oberhalb der nyquistfrequenz

Info

Publication number: DE3414129A1
Application number: DE19843414129
Authority: DE
Inventors: Siegbert Dr.-Ing. 7146 Tamm Hentschke
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1984-04-14
Filing date: 1984-04-14
Publication date: 1985-10-24
Also published as: AU4086185A; AU578088B2

Description

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Adaptiver Entzerrer für digitale Nachrichtenübertragungssysteme mit einer übertragungsgeschwindigkeit oberhalb der Nyquistfrequenz

Die Erfindung betrifft die Entzerrung von digitalen Empfangssignalen bei einer Übertragung über frequenzbandbegrenzte Übertragungskanäle.

Mit der Einführung von digitalen Breitbandkommunikationsnetzen wächst auch das kommerzielle Interesse an schnellen Datenübertragungen. Um die Übertragungskapazität von analogen frequenzbandbegrenzten übertragungskanälen für Basisband-Datenübertragungen besser nutzen zu können, werden adaptive Entzerrer eingesetzt. In einem Artikel von H.Marko: "Kann man über die Nyquistrate hinaus übertragen?", AEü, Band 36 (1982),Heft 6 S. 238 bis 244 werden verschiedene bekannte Entzerrertypen daraufhin untersucht, wie weit sie die Übertragungskapazität eines Kanals, d. h. seine maximale Bitfolgefrequenz, über die Nyquistfrequenz (doppelte Bandbreite des Kanals) erhöhen. Demnach erlaubt ein ausschließlich linearer Entzerrer für binäre Systeme überhaupt keine Erhöhung über die Nyquistfrequenz hinaus, jedoch ein adaptiver Entzerrer mit quantisierter Rückkopplung.

Ein adaptiver linearer Entzerrer in Form eines Transversalfilters, dessen Abgriffe durch Verzögerungsstufen voneinander getrennt sind, mit einem nachgeschalteten Entscheider ist vielfach bekannt, z. B. aus der DE-AS 24 10 881, wo er als Teil eines komplexen Entzerrers (Fig. 1) verwendet ist. Ein adaptiver Entzerrer mit quantisierter Rückkopplung ist beispielsweise bekannt aus W.Andexer: "Untersuchung von Datenübertragungssystemen mit adaptiver quan-

ZT/P1-Kg/Ni, 09.04.1984 ΓΟΡ7 ⁴ ~

*-*- ' " " 3AH129

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tisierter Rückkopplung",Dissertation Universität Stuttgart 1976/ insbesondere Seite 1.12.

Nach der obigen Untersuchung ist die erreichbare Übertragungskapazität bei einem adapitven Entzerrer mit quantisierter Rückkopplung gleich der zweifachen Nyquist frequenz/ jedoch ist auch bei einer zusätzlichen Vorläuferkompensation noch ein Störabstand im Kanal von 35dB erforderlich/ so daß die informationstheoretischen Grenzen nur zu etwa 35 % angenähert werden können. Der Untersuchung ist weiterhin zu entnehmen/ daß ein Bedürfnis nach Entzerrern besteht/ die eine bessere Annäherung an die informationstheoretischen Grenzen erlauben, ohne daß dadurch die Fehlerhäufigkeit erhöht wird.

Hier soll die Erfindung Abhilfe schaffen und hat daher die Aufgabe, einen Entzerrer mit Entzerrungseigenschaften anzugeben, die gegenüber denen der bekannten Entzerrertypen verbessert sind und trotzdem keinen wesentlich höheren Schaltungsaufwand erfordern.

Ausgegangen wird dabei von einem Transversalfilter der genannten und bekannten Art.

Die Aufgabe wird wie im Patentanspruch 1 angegeben gelöst. Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Der Vorteil der Erfindung ist im wesentlichen darin zu sehen, daß sie unmittelbar nach der Entscheidung eine vollständige Kompensation der im Transversalfilter stehenden Impulsantwort erlaubt, d. h. Nachbarimpulsbeeinflussungen auch bei einem stark verzerrten Kanal weitgehend eliminiert und so-

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mit einen hohen SignaI-Geräusch-Abstand am Ausgang des Entscheiders bewirkt.

Die in den Unteransprüchen enthaltenen, die Koeffizienten nachstellung betreffenden Weiterbildungen ermöglichen eine optimierte Anpassung an den Frequenzgang und das Nutz-zuStör si gna l-Spekt rum des Übertragungskanals, so daß auch der störende Einfluß von farbigem Kanalrauschen reduziert werden kann. Weiterhin zeichnet sich der Entzerrer durch eine hohe Stabilität aus.

Theoretische Untersuchungen haben gezeigt, daO mit dem erfindungsgemäßen Entzerrer eine 80-prozentige Annäherung an die informationstheoretischen Grenzen erreichbar ist.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert.
Es zeigen:

Fig. 1 Die Grundstruktur des erfindungsgemäßen Entzerrers, wobei die für die Koeffizientennachstellung erforderlichen Schaltungsteile weggelassen sind, und Fig. 2 den erfindungsgemäßen Entzerrer mit derselben Grund— struktur nach Fig. 1 und mit den zur Koeffizientennachstellung vorgesehenen Schaltungsteilen.

Der Entzerrer nach Fig. 1 enthält die Grundstruktur eines be- I kannten Transversalentzerrers mit mehreren Verzögerungsstufen _t V1, V2 und V3, die mehrere Abgriffe voneinander trennen, und deren Verzögerungszeit gleich einer Abtastperiode ist. Weiterhin weist diese bekannte Grundstruktur einen Addierer 1 auf, der dip verschiedenpn Abgriffswerfe, m uIt i ρ L iziert mit Koeffizienten a., bis a ,, zusammenaddiert und den Summenwert U ^K

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einem Entscheider 2 , auch Quantisierer genannt, zuführt, an dessen Ausgang das entzerrte Digitalsignal erscheint. Die Multiplikation der Abgriffswerte mit den Koeffizienten geschieht in MuLtiρ Iizierern MO bis Mk. Diese Grundstruktur des Transversalentzerrers wird im Unterschied· zu einer alternativen Struktur, welche dieselbe übertragungsfunktion hat, als TransversaLentzerrrer mit seriellem Eingang und parallelem Ausgang bezeichnet. Die empfangsseitig erzeugten Abtastwerte werden am ersten Abgriff dieser Entzerrer-Grundstruktur eingespeist, wobei zunächst von den erfindungsgemäßen Modifikationen abgesehen ist..

Erfindungsgemäß enthält dieser Transversalentzerrer vor jedem Abgriff einen Addierer A1 bis Ak, dessen erstem Eingang der Ausgangswert der vorausgehenden Verzögerungsstufe beziehungsweise der Eingangswert des Transversalfilters zugeführt wird und dessen Ausgang den Abgriffswert liefert. Jeder dieser Addierer A1 bis Ak addiert zu seinem Eingangswert den Ausgangswert eines zugeordneten Multiplizierers P1 bis Pk, in denen das Ausgangssignal des Entscheiders mit jeweils einem Koeffizienten h. bis h, multipliziert wird. Jeder dieser Koeffizienten h. bis h ist also einem der Addierer A1 bis Ak zugeordnet und wird im folgenden, da er mit dem rückgekoppelten Entzerrerausgangssignal multipliziert wird, als Rückkopplungskoeffizient bezeichnet. Zwischen dem Ausgang des Entscheiders 2 und dem Eingang des ersten Multiplizierers im Rückkopplungszweig P1, ist eine Verzöge rungs stufe V10 geschaltet, die eine Verzögerung zwischen dem Entzerrerausgangssignal und den dieses produzierenden Abgriffswerten um die Dauer einer Abtastperiode bewirkt.

Die RückkoppLungskoeffizienten h,. bis h, werden ebenso wie

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die Koeffizienten des TransversaLentzerrers adaptiv eingesteLLt, was anhand der Fig. 2 noch erLäutert wird. Im adaptierten Zustand entsprechen die RückkoppLungskoeffizienten genau den Koeffizienten der im TansversaLfiLt er stehenden ImpuLsantwort, so daß die erfindungsgemäße RückkoppLung die ImpuLsanwort sofort, nachdem im Entscheider 2 die Entscheidung getroffen ist, voLLständig kompensiert. Diese ausgeLöschte PuLsantwort verursacht daher keine Störung mehr bei der da rauffοLgend zu treffenden Entscheidung, so daß der SignaL-Geräusch-Abstand am Ausgang des Entscheiders erhöht wird. ^:

FaLLs es erwünscht oder notwendig ist, weitere NachLäufer der ImpuLsantwort nach Art der bekannten adaptiven quantisierten RückkoppLung zu kompensieren, wird das EntzerrerausgangssignaL über ein RückkoppLungsfiLter in TransversaLform zum Eingang des Entzerrers rückgekoppeLt und dort zum jeweiLs anLiegenden digita Lisierten Abtastwert des EmpfangssignaLs addiert (A13).Ein soLches RückkoppLungsfiLter ist der in Fig. gezeigte aus Verzögerungsstufen V11 und V12, Addierern A11 und A12 sowie MuLtipLizierern P11 und P12 bestehende Scha L-tungsteiL. Die Koeffizienten \ ₊ « und h (und weitere soLche Koeffizienten) werden ebenso wie die Koeffizienten

h,. bis h adaptiv eingesteLLt.
ι k

Die adaptive EinsteLLung der Koeffizienten des Entzerrers wird nun anhand der Fig. 2 erLäutert. Zur NachsteLLung der RückkoppLungskoeffizienten h. ist ein NachsteLLkorreLator in an sich bekannter Art vorgesehen, der in Fig. 2 am oberen Rand dargesteLLt ist. In diesem KorreLator durchLäuft das EntzerrerausgangssignaL AS eine Kette von Verzogerungsstufen VSO, VS1 , deren Verzögerungszeit

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gleich einer Abtastperiode ist. Die AbgriffssignaLe dieser Kette von Verzögerungsstufen werden in MuLtiρ Lizierern KO, K1... mit einem FehLersignal korreliert, die aufeinanderfolgenden Produkte jeweils in einem Akkumulator akkumuLiert , , und die Ergebnisse der Akkumulatoren sind die aktuellen Werte der Rückkopplungskoeffizienten h.. Im Gegensatz zu einem adaptiver Entzerrer mit quantisierter Rückkopplung wird als Fehler nicht die Differenz zwischen dem Ausgangs- und Eingangswert des Entscheiders 2 verwendet, sondern der Fehlerwert wird wie folgt gebildet: Der Abgriffswert des letzten Abgriffs des Transversalfilters, von dessen Eingang her gesehen, also der Ausgangswert des Addierers A1 durchläuft eine weitere Verzögerungsstufe V14 und einen weiteren Addierer AO, der das in einem Multiplizierer PO mit einem Koeffizienten hg multiplizierte Ent zerrerausgangssigna I AS (verzögert um eine Abtastperiode in V10) addiert. Das Ergebnis dieser Addition bildet den Fehlerwert e_D. Dieser Fehlerwert wird entweder direkt zur beschriebenen Korrelation verwendet oder nachdem er in einem Quantisierer Q_D

quantisiert worden ist.Die Quantisierung reduziert den im Nachstellkorrelator erforderlichen Schaltungsaufwand. Folgende verschiedene Quantisierungen kommen in Betracht: a) eine binäre Quantisierung, die lediglich angibt, ob der Fehlerwert ein positives oder ein negatives Vorzeichen hat;

b) eine ternäre Quantisierung, die angibt, ob der Fehler zwischen einem oberen und einem unteren Schwell wert oder über dem oberen Schwellwert oder unter dem unteren Schwellwert liegt.
Dabei hat die ternäre Quantisierung gegenüber der binären den Vorteil, daß kleinere Akkumulatoren ausreichend sind und daß eine schnellere Adaption stattfindet.

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Der in Fig. 2 am unteren Rand gezeigte Nächste LLkorreLator zur Nachstellung der Koeffizienten a„ bis a, des Transversalentzerrers korreliert in bekannter Weise die Abgriffswerte des Transversalentzerrers mit einem Fehlei— wert und bildet durch Akkumulatoren die Koeffizienten a_Q bis a^. Der Fehlerwert ist ebenfalls wie beim bekannten Transversalfilter, die Differenz zwischen dem Ausgangs- und Eingangswert des Entscheiders 2. Wie beim Nächste 11 korrelator für die Rückkopplungskoeffizienten ist es auch bei diesem Korrelator möglich/ durch einenQuantisierer Q_T der den Fehlerwert quantisiert, den Schaltungsaufwand zu reduzieren. Für diesen Quantisierer gilt das über den Quantisierer GL oben gesagte ebenfalls.

Der vorstehend beschriebene Entzerrer hat die Eigenschaft, daß die Adaption des Rückkopplungszweiges unabhängig von der Einstellung der Koeffizienten a. des TransverseLentzerrersist.

Es ist darauf hinzuweisen, daß der erfindungsgemäße Entzerrer zwar die bekannten Vorteile eines adaptiven linearen Entzerrers und eines adaptiven Entzerrers mit quantisierter Rückkopplung miteinander verbindet, jedoch schaltungsmäßig weitaus mehr als eine bloße Kombination der beiden Entzerrertypen ist.Wegen der Additionen des mit Koeffizienten h. multiplizierten Entzerrerausgangssignals zu den Abgriffswerten des Transversalentzerrers, ist dieser Transversalentzerrer kein linearer Entzerrer mehr, und andererseits fehlt im Rückkopplungszweig das für einen Entzerrer mit adaptiver quantisierter Rückkopplung typische Rückkopplungsfilter, wenn man von dem nicht'unbedingt notwendigen, dem Transversalantzer rer zusätzlich vor scha l.tba r en,

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Transversalfilter absieht.

Anwendbar ist der vorstehend beschriebene adaptive Entzerrer, der eine Datenübertragung mit einer Bitfolgefrequenz oberhalb der Nyquistfrequenz erlaubt,'beispie I sweise für Videokonferenzverbindungen mit einer Bitfolgefrequenz von 2Mbit/s auf FernsprechteiInehmerLeitungen . Ein weiteres Einsatzgebiet sind Koaxialkabelnetze, die 5MHz-Kanäle mit Störabständen über 4OdB aufweisen. Eine Taktfrequenz von 20MHz ergäbe mit einer Quantisierung von 2 Bits pro Abtastwert eine nutzbare Kanalkapazität von 40Mbit/s, was ausreicht für eine Nettobitfolgefrequenz von 34Mbit/s. Dadurch können KabeIfernseh-Vertei I-netze auch für eine digitale übertragung der Fernsehsignale in Verbindung mit 34Mbit/s-Codierern/Decodierern eingesetzt werden. Der übergang auf digitale Glasfasernetze wird dadurch erleichtert.

Mi-Leerseite -

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Claims

STANDARD ELEKTRIK LORENZ
AKTIENGESELLSCHAFT
STUTTGART

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Patentansprüche

M/. Adapt iver Entzerrer für digitale Empfangssi gna Le mit einem Transverse LfiLter, dessen Abgriffe durch Verzögerungsstufen voneinander getrennt sind, und mit einem nachgeschalteten Entscheider,

dadurch gekennzeichnet,

daß jedem Abgriff ein Addierer (A1 bis Ak) vorgeschaltet ist, der den mit einem ihm zugeordneten Koeffizienten Ch,. bis h.) multiplizierten Ausgangswert des Entscheiders (2) zu seinem Eingangswert addiert.
2. Entzerrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Koeffizienten (h. bis h.) adaptiv nachgestellt werden und daß als Fehlerwert für die Nachstellung der am letzten Abgriff des Transversalfilters erscheinende Abgriffswert nach Durchlaufen einer weiteren Verzögerungsstufe (V14) und eines weiteren Addierers (AO), der den mit einem Koeffizienten (h ) multiplizierten Ausgangswert des Entscheiders (2) addiert, verwendet wird, wobei auch der dem weiteren Addierer (AO) zugeordnete Koeffizient nachgestellt w i r d .

ZT/Pi-Kg/Ni 09.04.1984

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3. Entzerrer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem weiteren Addierer CAO) ein Quantisierer -(Q_n)

nachgescha Ltet ist/ der den Fehlerwert Ce _R) vor dessen Verwendung zur Nachstellung binär oder ternär quantisiert.
4. Entzerrer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der für die Nachstellung der Koeffizienten Ca bis a.) des Transversalfilters verwen-

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dete Fehlerwert Ce_T) binär oder ternär quantisiert wird.
5. Entzerrer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch 'gekennzeichnet, daß der Ausgangswert des Entscheiders C2) über ein Rückkopplungsfilter CP11, P12, V11, V12, A11, A12) auf den Entzerrereingang rückgekoppelt wird.

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