DE4230046A1 - Verfahren zur adaptiven Entzerrung von Übertragungsverzerrungen bei einer Signalübertragung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur adaptiven Entzer­ rung von Übertragungsverzerrungen bei einer Signalübertra­ gung, sowie eine Übertragungseinrichtung, einen Sender und einen Empfänger hierzu.

Um bei der Trägerfrequenz-Nachrichtenübertragung über Hoch­ spannungsleitungen (TFH) Leitungsverzerrungen zu kompen­ sieren, setzt man empfangsseitig Leitungsentzerrer ein. Diese kompensieren die linearen Verzerrungen (Dämpfungs­ verzerrungen) innerhalb des Übertragungskanals. Ein derar­ tiger Leitungsentzerrer muß individuell in Abhängigkeit von der entsprechenden Hochspannungsleitung eingestellt werden. Ein eingestellter Entzerrer arbeitet jedoch nur bei solchen Übertragungsleitungen zufriedenstellend, die keinen Ände­ rungen unterworfen sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren, sowie die zugehörigen Einrichtungen bereitzustellen, wo­ durch eine verbesserte Signalübertragung gegeben ist.

Die Lösung der Aufgabe gelingt mit dem Verfahren gemäß An­ spruch 1. Auf diese Weise ist eine laufende Anpassung der Entzerrung auf die Gegebenheiten der Signalübertragung ge­ geben. Änderungen im Übertragungsweg, z. B. durch Schaltvor­ gänge auf der Hochspannungsleitung oder durch Witterungs­ einflüsse, werden berücksichtigt und führen zu einer opti­ mierten Einstellung des Entzerrers. Die Nutzsignalqualität ist verbessert.

Das Referenzsignal wird bevorzugt senderseitig in Pausen der Nutzsignalübertragung abgegeben. Auf diese Weise ist keine Störung der regulären Daten- oder Signalübertragung erforderlich. Im Falle einer Sprachübertragung geschieht dies in Sprechpausen oder während Ruhezuständen des Sprach­ kanals. Der Entzerrer erfährt dadurch für jeden neuen Si­ gnalblock eine neue Optimierung. Unter "Pause" kann eine Signallücke im Nutzsignal oder auch eine Unterbrechung der Nutzsignalübertragung verstanden werden.

Dazu kann senderseitig eine Nutzsignal- oder Pausenerkennung zur Unterdrückung bzw. Aktivierung einer Übertragung des Re­ ferenzsignals vorgesehen sein. Dadurch wird nur ein Übertra­ gungskanal für die Signalübertragung und für die Übertragung des Referenzsignals benötigt. Eine Auslegung der Senderein­ richtung auf eine Signal- oder Pausenerkennung erfolgt wahl­ weise.

Bevorzugt ist empfängerseitig eine Nutzsignal- oder Refe­ renzsignalerkennung zur Aktivierung einer Änderung bzw. zur Optimierung eines Entzerrgliedes vorgesehen. Auch hier ist eine Auswertung eines doppelt genutzten Signals möglich. Ein zusätzlicher Übertragungskanal zum Signalaustausch zwischen Sende- und Empfangseinrichtung ist nicht notwendig. Die Emp­ fangseinrichtung erkennt automatisch den Signalstatus.

Dabei ist es günstig, wenn das Referenzsignal eine vorgeb­ bare Anzahl von Referenzsignalen umfaßt und empfängerseitig eine - entsprechend der Anzahl der empfangenen Referenzsi­ gnale - zugeordnete Kaskadenentzerrung vorgesehen ist. Auf diese Weise ist eine optimierte Entzerrung der Signalüber­ tragung möglich.

Das Verfahren findet bevorzugt Anwendung bei der TFH-Sprach­ übertragung, wobei Energieübertragungsleitungen, z. B. Hoch­ spannungsleitungen, als Signalweg dienen.

Weitere vorteilhafte Lösungen der obengenannten Aufgabe er­ geben sich aus den übrigen Ansprüchen, die eine entsprechen­ de Übertragungseinrichtung, sowie einen zugehörigen Empfän­ ger und einen Sender betreffen. Die oben und in der weiteren Beschreibung genannten Vorteile beziehen sich hierauf sinn­ gemäß.

Die Erfindung und weitere Vorteile werden nachfolgend an­ hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Übertragungssystem,

Fig. 2 ein Blockschaltbild zu einem Übertragungssystem,

Fig. 3 einen Sender,

Fig. 4 bis 8 senderseitige Signalverläufe,

Fig. 9 einen Empfänger,

Fig. 10 bis 12 empfängerseitige Signalverläufe und

Fig. 13 und 14 Übertragungsfunktionen der Entzerrerkaskade.

In Fig. 1 ist ein Übertragungssystem 1 gezeigt, bei dem eine Hochspannungsleitung 3 als Signalleitung dient. Die ge­ zeigte Hochspannungsleitung 3 kann dabei Teil eines Netzes bilden und auch weitere parallele Zweige umfassen. Am An­ fang und am Ende der Hochspannungsleitung 3 ist ein Sender 5 bzw. ein Empfänger 7 des Übertragungssystems 1 aufgeschal­ tet. Der Sender 5 umfaßt eine Signalquelle 9, die zur Er­ zeugung zumindest eines Referenzsignals dient, welches zu­ mindest zeitweilig über die Hochspannungsleitung 3 übertra­ gen wird. Der Empfänger 7 umfaßt einen dazu passenden Ent­ zerrer 11, der in Abhängigkeit vom empfangenen Referenz­ signal eine Entzerrung eines zu empfangenden Nutzsignals in Optimierung des Signalempfangs vornimmt.

Die beispielhaft gezeigte Ausführung betrifft eine TFH- Sprachübertragung. Das Verfahren ist jedoch auch allgemein bei Signal- oder Datenübertragungen einsetzbar. Die Ent­ zerrung erfolgt dabei im wesentlichen in der NF-Nutzband­ lage des Sprachkanals. Fig. 2 zeigt hierzu ein Blockschalt­ bild mit weiteren zusätzlichen Details. Die Hochspannungs­ leitung 3 ist dabei nur noch im Prinzip dargestellt. Das auf einen Eingang 12 des Senders 5 geführte Sprachsignal wird zunächst auf eine Spracherkennungseinrichtung, insbesondere einen Sprachdetektor 13, geführt. Beim Erkennen einer Pause im Sprachsignal wird ein Schaltglied, insbesondere ein Multiplexer 14 aktiviert, der ein Umschalten vom Sprachin­ formationsweg zur Signalquelle 9 veranlaßt. Dadurch gelangt ein Referenzsignal von der Signalquelle 9 auf den Signalübertragungsweg bzw. auf die Hochspannungsleitung 3.

Im Empfänger 7 wird analog dazu verfahren. Das empfangene Signal wird einerseits auf den Entzerrer 11 und andererseits auf einen weiteren Sprachdetektor 15 geführt. Wird hier eine Sprechpause im Nutzsignal erkannt, so wird das Signal auf ein Bandpaß 16 weitergeschaltet. Das Signal wird dabei auf die Sprachbandbreite reduziert. Das Ausgangssignal des Band­ passes 16 wird dann dem Entzerrer 11 zugeführt, in dem in Abhängigkeit des empfangenen Referenzsignals eine Entzerrung vorgenommen wird. Der Bandpaß 16 und der Entzerrer 11 können je nach Auslegung des oder der Referenzsignale auch mehr­ bandig ausgeführt sein. Ggf. kann auch vom Sprachdetektor 15 ein weiteres Schaltglied 17 aktiviert werden, so daß eine Ausblendung des Referenzsignals erfolgt. Am Ausgang 18 des Empfängers 7 kann dann das entzerrte, referenzsignalfreie Sprachsignal abgegriffen werden und einer weiteren Verarbei­ tung zugeführt werden.

Alternativ kann das bestehende Übertragungssystem 1 mit den dazugehörigen Einrichtungen und dem Verfahren auch so ausge­ legt sein, daß statt der Signalpausen eine Signalerkennung durchgeführt wird, wobei empfangsseitig dann eine Unter­ drückung des Referenzsignals erfolgt. Die weitere Verfah­ rensweise erfolgt dann sinngemäß zum Obengesagten.

Fig. 3 zeigt mit 5a eine spezielle Ausführung eines NF- Sendeteils eines Senders. Das NF-Sendeteil 18 besteht im wesentlichen aus

• - dem Sprachdetektor 13,
• - der Signalquelle 9 (Referenzgenerator Gl bis Gn),
• - dem Multiplexer 14,
• - und einem Sprachbandpaß 19.

Im Sprachdetektor 13 wird das Spracheingangssignal gleich­ gerichtet, geglättet und einem Schwellwertschalter zuge­ führt. Der Schwellwertschalter muß so eingestellt sein, daß er bereits auf kleine Sprachpegel anspricht. Bei einem aus­ reichend großen Sprachsignal liefert der Schwellwertschalter am Ausgang ein logisches "1"-Signal. Fällt der Sprachpegel unter den Schwellwert ab, so erhält ein Verzögerungsglied eine fallende Flanke und das Verzögerungsglied beginnt einen Zählvorgang. Eine steigende Flanke würde den Zähler sofort wieder zurücksetzen. Hat der Zähler einen Schwellwert er­ reicht (was einer vorgegebenen Verzögerungszeit entspricht), so schaltet das Verzögerungsglied am Ausgang von logisch "0" nach "1".

Dieses Ausgangssignal wird über ein UND- und ein ODER-Gatter auf den Multiplexer 14 geführt. Die steigende Flanke bewirkt ein Abschalten seines Spracheingangs und ein Umschalten auf das von der Signalquelle 9 kommende Referenzsignal.

Um das durch diesen Schaltvorgang bedingte Störspektrum zu unterdrücken, wird das Referenzsignal mit einem langsam steigenden Pegel eingeschaltet. Dies wird mit einem Single- Shoot-Rampengenerator 20 realisiert. Der Ausgang des Rampen­ generators 20 (steigende Rampe von 0 bis 1) wird mit dem Ausgangssignal der als Referenzgenerator arbeitenden Signal­ quelle 9 in einem Multiplizierer 21 multipliziert. Durch den Sprachbandpaß 19 wird das an die nächste TFH-Stufe ausgege­ bene Signal auf Sprachbandbreite gebracht. Zusätzlich sind noch Testeingänge 22 zum Beaufschlagen der Schaltung mit einem logisch "1"- oder logisch "0"-Signal vorgesehen.

Die Fig. 4 bis 9 zeigen die zeitlichen Verläufe der Si­ gnale innerhalb der NF-Stufe 18 während eines Schaltvorgangs vom normalen Betriebszustand in den Entzerrungszustand und wieder zurück in den Betriebszustand. Es zeigen dabei im einzelnen:

Fig. 4 ein Sprachsignal 23 mit Pause (P) am Eingang 12,

Fig. 5 das Sprachsignal 23 nach der Gleichrichtung im Sprachdetektor 13,

Fig. 6 das Sprachsignal 23 nach der Glättung im Sprach­ detektor 13,

Fig. 7 das daraus resultierende Ausgangssignal des Schwell­ wertschalters,

Fig. 8 das dem Multiplexer 14 zugeführte Umschaltsignal, und

Fig. 9 das am Ausgang des NF-Sendeteils anliegende Ausgangs­ signal mit Sprach- (23) und Referenzsignal (24).

Fig. 10 zeigt das Blockschaltbild eines NF-Empfangteils des Empfängers 7. Dieser besteht im wesentlichen aus

• - einem Sprachbandpaß 16,
• - dem adaptiven Leitungsentzerrer 11a und
• - dem weiteren Sprachdetektor 15.

Durch den Sprachbandpaß 16 wird, ähnlich wie beim Sender 5, das empfangene Signal auf Sprachbandbreite reduziert.

Der gezeigte Entzerrer 11a ist als adaptiver Leitungsent­ zerrer ausgebildet und weist Entzerrerkreise EZl bis EZn auf. Dadurch ist eine Entzerrerkaskade gebildet, welche auf die Anzahl der senderseitig abgegebenen Referenzsignale ab­ gestimmt ist. Nach den Entzerrerkreisen EZl bis ESn wird das Signal auf die unterschiedlichen Referenzbandpässe BPl bis BPn geführt. Die daraus gewonnenen Referenzsinussignale werden anschließend ausgefiltert, gleichgerichtet und ge­ glättet. Die erhaltenen Pegel sind Maße für die noch ver­ bleibende Dämpfungsverzerrung bei der jeweiligen Entzerr­ frequenz. Anschließend wird in einem Komparator ein Soll- Istvergleich durchgeführt, wobei mit der jeweiligen Abwei­ chung die Verstärkung der jeweiligen Entzerrerkreise EZl bis EZn in Signalpausen nachgeregelt werden. Jeder Entzerrer­ kreis EZl bis EZn weist einen eigenen Regelkreis auf. Ggf. kann jedoch auch ein gemeinsamer, simultan für alle Ent­ zerrer arbeitender Regelkreis vorgesehen sein.

Der Sprachdetektor 15 des Empfängers 7 ermittelt den Gesamt­ pegel zwischen zwei benachbarten Referenzfrequenzlagen und sollte bei dieser Anwendung bei ca. 800 Hz liegen. Im Fall einer Sprachübertragung wird hier ein Pegel erkannt. Im Ent­ zerrungsfall ist der Pegel Null. Beim Übergang vom Sprach- in den Entzerrungszustand wird nach einer festen Verzöge­ rungszeit der Sprachausgang mit dem Schaltglied 17 abge­ schaltet und die Entzerrerregelkreise unterbrochen. Die Verzögerungszeit im Sprachdetektor 15 muß etwas kürzer als die beim Sender 5 gewählt werden. Es muß nämlich gewährlei­ stet werden, daß kein Referenzsignal über den Sprachausgang abgegeben wird. Beim Übergang vom Entzerrungszustand in den Sprachzustand wird der Verzögerungszähler rückgesetzt und der Sprachausgang sofort durchgeschaltet. Es gehen dabei einige Millisekunden des Gesprächsanfangs verloren. Das Sprachsignal am Sprachausgang setzt jedoch schlagartig ein.

Für die zeitlichen Verläufe der Signale innerhalb des Emp­ fängers 7 gelten sinngemäß die Fig. 4 bis 9. Dabei zeigt:

Fig. 9 das dem Empfänger zugeführte Signalgemisch,

Fig. 4 das Sprachsignal 23 nach dem Sprachbandpaß innerhalb des Sprachdetektors 15,

Fig. 5 das gleichgerichtete Sprachsignal 23,

Fig. 6 das geglättete Sprachsignal,

Fig. 7 das Ausgangssignal des Schwellwertschalters im Sprachdetektor 15,

Fig. 8 das dem Schaltglied 17 zugeführte Aktivierungssignal und

Fig. 4 das entzerrte Sprachsignal 23.

Fig. 11 zeigt die im Nutzband übertragenen Signale während des normalen Sprachbetriebs. Fig. 12 zeigt hingegen einen Betrieb mit Referenzsignalen im Entzerrungsfall. Fig. 13 zeigt die Lage der einzelnen Bandpässe aus Fig. 10 im vor­ liegenden Frequenzbereich. Fig. 14 zeigt den durch die Ent­ zerrer EZl bis EZn resultierenden Dämpfungsverlauf im Sprach­ band. Die Kreisgüte der Entzerrer EZl bis EZn sollte so ge­ wählt werden, daß der Dämpfungsabfall zwischen zwei Referenz­ frequenzen 6 db unter dem Maximum liegt.

Die vorgeschlagenen Einrichtungen und Geräte werden bevor­ zugt mit digitalen Signalprozessoren realisiert. Für Test­ zwecke kann der Betriebs- und Entzerrungszustand mittels Testeingänge umgeschaltet werden. Wird der Betriebszustand des Übertragungskanals über eine eigene Leitung übertragen, so kann der adaptive Leistungsentzerrer über die Testein­ gänge angesteuert werden. In diesem Fall entfällt ein Sprachdetektor. Im Falle einer Ausführung mit digitalen Signalprozessoren wird das Verfahren bevorzugt als Programm ausgeführt. Dabei können insbesondere für eine Sprach- oder Signalerkennung auch eine gewichtete Erkennung mittels Fuzzy- Technologie erfolgen. Dadurch ist eine verbesserte und schnellere Erkennung von kurzen Pausen- oder Signalteilen möglich, was wiederum zu einer erhöhten Adaption der Ent­ zerrung führt.

Claims (20)

1. Verfahren zur adaptiven Entzerrung von Übertragungs­ verzerrungen bei einer Signalübertragung, wobei sender­ seitig zumindest ein Referenzsignal abgegeben wird und empfangsseitig in Abhängigkeit vom empfangenen Referenz­ signal eine Entzerrung eines zu empfangenden Nutzsignals in Optimierung der Signalqualität vorgenommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Referenzsignal senderseitig in Pausen des Nutzsignals abgegeben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei senderseitig eine Nutzsignal- oder Pausenerkennung zur Unterdrückung bzw. Aktivierung einer Übertragung des Referenzsignals vor­ gesehen ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei empfängerseitig eine Nutz- oder Referenzsignalerkennung zur Aktivierung einer Entzerrung bzw. zur Optimierung eines Entzerrgliedes (EZl bis EZn) vorgesehen ist.

5. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Pausen-, Referenz­ signal- oder Nutzsignalerkennung nach gewichteten Merkma­ len, insbesondere unter Zuhilfenahme eines Fuzzy-Gliedes, erfolgt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine vorgebbare Anzahl von Referenzsignalen gesendet wird und entsprechend der empfangenen Referenzsignale eine zugeordnete Kaskadenentzerrung vorgesehen ist.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Signalübertragung als Trägerfrequenz-Nachrich­ tenübertragung über Hochspannungsleitungen (TFH) ausge­ bildet ist.

8. Übertragungssystem (1) mit adaptiver Entzerrung von Übertragungsverzerrungen bei einer Signalübertragung, wobei senderseitig von einer Signalquelle (9) zumindest ein Refe­ renzsignal abgegeben wird und in einem Empfänger (7) in Ab­ hängigkeit vom empfangenen Referenzsignal mit einem Entzer­ rer (11) eine Entzerrung eines zu empfangenden Nutzsignals in Optimierung der Signalgüte vorgenommen wird.

9. Übertragungssystem nach Anspruch 8, wobei der Empfänger (7) entsprechend viele Entzerrer (EZl bis EZn) wie der Sen­ der (5) Referenzsignale aufweist.

10. Übertragungssystem nach Anspruch 8 oder 9, wobei der Sender (5) zur Nutzsignal- oder Pausenerkennung einen Detektor (13) aufweist, der über ein Schaltglied (14) eine Unterdrückung bzw. Aktivierung einer Übertragung des Refe­ renzsignals auslöst.

11. Übertragungssystem nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei ein Empfänger (7) vorgesehen ist, der einen weiteren Detektor (15) zur Nutzsignal- oder Referenzsignalerkennung aufweist.

12. Übertragungssystem nach Anspruch 10 oder 11, wobei der Detektor (13) ein Fuzzy-Glied aufweist und die Nutzsignal-, Referenzsignal oder Pausenerkennung nach gewichteten Merk­ malen erfolgt.

13. Sender für ein Übertragungssystem nach Anspruch 8, wobei eine Signalquelle (9) zur Abgabe eines Referenzsi­ gnals zusätzlich zu einem Nutzsignal vorgesehen ist.

14. Sender nach Anspruch 13, wobei ein Detektor (13) zur Nutzsignal- oder Pausenerkennung vorgesehen ist, der über ein Schaltglied (14) eine Unterdrückung bzw. Aktivierung einer Übertragung des Referenzsignals auslöst.

15. Sender nach Anspruch 14, wobei der Detektor (13) ein Fuzzy-Glied aufweist und die Nutzsignal- oder Pausener­ kennung nach gewichteten Merkmalen erfolgt.

16. Sender nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei die Signalquelle (9) eine vorgebbare Anzahl von Signalgene­ ratoren aufweist, die zur Erzeugung verschiedener Referenz­ signale dienen.

17. Empfänger für ein Übertragungssystem nach Anspruch 8, wobei ein Entzerrer (11) zur Entzerrung eines zu empfangen­ den Nutzsignals vorgesehen ist, der in Abhängigkeit von einem empfangenen Referenzsignal gesteuert ist.

18. Empfänger nach Anspruch 17, wobei ein weiterer Detektor (15) zur Nutzsignal- oder Referenzsignalerkennung vorgesehen ist.

19. Empfänger nach Anspruch 18, wobei der Detektor (15) ein Fuzzy-Glied aufweist und die Nutzsignal- oder Referenzsignal­ kennung nach gewichteten Merkmalen erfolgt.

20. Empfänger nach einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei die Anzahl der Entzerrer (EZl bis EZn) zumindest der Anzahl der empfangenen Referenzsignale entspricht.