DE4439737A1

DE4439737A1 - Schnittstellenschaltung zwischen einer Vierdrahtleitung und einer Zweidrahtleitung

Info

Publication number: DE4439737A1
Application number: DE4439737A
Authority: DE
Inventors: Johan Gunnar Meyer; Gunnar Anders Eriksson
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 1993-11-09
Filing date: 1994-11-07
Publication date: 1995-05-11
Also published as: SE9303689L; GB9420873D0; JPH07303265A; US5526425A; GB2283888A; FR2712448A1; SE501975C2; SE9303689D0; GB2283888B; FR2712448B1; CA2135321A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schnittstellenschaltung zwischen einer Vierdrahtleitung und einer Zweidrahtleitung, die eine Vierdrahtschnittstelle mit einem Empfangseingang und einem Sendeausgang sowie eine Zweidrahtschnittstelle mit zwei der Zweidrahtleitung jeweils für einen Draht zugekehrten Anschlüssen umfaßt. Vor jedem Anschluß befindet sich ein Ausgangsverstärker. Eine erste Schaltungseinrichtung legt über die Verstärker ein auf dem Empfangseingang empfangenes Signal als ein Differenzsignal an die zwei Anschlüsse der Zweidrahtschnittstelle an. Eine zweite Schaltungseinrichtung liefert an den Sendeausgang ein differentielles Signal, welches auf den Anschlüssen der Zweidrahtschnittstelle von der Zweidrahtleitung empfangen wird. Eine dritte Schaltungseinrichtung bildet ein longitudinales Signal mittels der Summe von Spannungen, die auf jeden der Anschlüsse auftreten. Eine Rückführungsschleife erstreckt sich an jeden Verstärker für ein Einstellungssignal, welches von dem longitudinalen Signal abgeleitet ist, um die Impedanzen der Zweidrahtschnittstelle gegenüber Masse einzustellen, das heißt, die sogenannten longitudinalen Abschlußimpedanzen, um so eine longitudinale Ausgleichung zu erreichen.

Allgemein ist eine Teilnehmerleitung über eine sogenannte Zweidrahtschnittstelle mit einer Teilnehmervermittlungsstelle verbunden. Die Teilnehmervermittlungsstelle ist über sogenannte Vierdrahtschnittstellen mit anderen Teilnehmervermittlungsstellen verbunden. Zwei der Drähte werden zum Senden von Sprachsignalen an andere Vermittlungsstellen und die anderen beiden zum Empfang von Sprachsignalen von anderen Vermittlungsstellen verwendet.

Ein Sprachsignal, welches an der Vierdrahtschnittstelle empfangen wird, wird an die Zweidrahtschnittstelle weitergeführt, an der es als ein transversales (differentielles) Signal erscheint. Wenn ein von dem Teilnehmer ankommendes transversales Signal an der Zweidrahtschnittstelle erscheint, wird es an die Vierdrahtschnittstelle und möglicherweise weiter an eine andere Vermittlungsstelle geleitet.

Heutzutage werden zur Durchführung der Transformation zwischen Zwei- und Vierdrahtschnittstellen integrierte Schaltungen verwendet. Eine derartige Schaltung wird normalerweise als SLIC, das heißt eine Teilnehmerleitungs- Schnittstellenschaltung (Subscriber Line Interface Circuit) bezeichnet. An die SLIC werden sehr hohe Anforderungen gestellt, nämlich daß ihre sogenannten longitudinalen Abschlußimpedanzen gleich sein sollten, d. h. die Impedanz von der Zweidrahtschnittstelle zu Masse sollte für die Drähte der Zweidrahtleitung gleich sein.

Externe Störungen, zum Beispiel von dem Energienetz oder durch ein Gewitter verursacht, können sogenannte longitudinale Signale auf der Zweidrahtleitung bewirken.

Abgesehen davon, daß diese longitudinalen Signale die Sprachsignale stören können, können sie auch schädliche Spannungen in der Zweidrahtschnittstelle erzeugen. Umgekehrt können transversale Signale, zum Beispiel Sprachsignale longitudinale Signale zur Folge haben. Dies verursacht ein Nebensprechen auf Zweidrahtleitungen, die in der Nähe angeordnet sind.

Um eine ausreichend gute longitudinale Ausgleichung in einer SLIC zu erzielen, wurde eine Trimmung von Verstärkungen in einer Anzahl von Signalpfaden verwendet, beispielsweise in dem schwedischen Patent 448 264, das eine Schaltung zeigt, die im wesentlichen der Art von Schaltung entspricht, die in der Einleitung definiert ist. Das Trimmen kann in vielerlei Weise während der Herstellung durchgeführt werden, zum Beispiel durch Trimmen von Dünnfilmwiderständen mittels eines Lasers.

Eine Schaltung, die ebenfalls der Art von Schaltung entspricht, die in der Einleitung beschrieben ist, ist im europäischen Patent 01 34 229 offenbart, in dem ein Verfahren zum automatischen Trimmen der Schaltung in ihrer Anordnung in der Vermittlungsstelle beschrieben ist. Insbesondere erfordert dieses Verfahren, daß die Schaltung in einen Trimmzustand gebracht wird, woraufhin eine Anzahl von Signalverbindungs- und Meßoperationen gefolgt von Trimmeinstellungen durchgeführt werden.

Als Beispiel des allgemeinen Standes der Technik können außerdem die folgenden Patentveröffentlichungen erwähnt werden: SE-B 446 579, EP-A 2 272 800, US-A- 4 387, 273 und WO-A1 90/01837.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, mit einer einfachen Einrichtung in einer Schaltung der eingangs definierten Art zu ermöglichen, daß Einstellungen der longitudinalen Ausgleichung auf ein Maximum kontinuierlich durchgeführt werden können, wenn sich die Schaltung im Betrieb befindet.

Die Schaltung gemäß der Erfindung umfaßt eine Korrelator- und Steuerschaltungseinrichtung, die zum Empfang des longitudinalen Signals und eines transversalen Signals angeschlossen ist, welches dem auf den Anschlüssen der Zweidrahtschnittstelle von der Zweidrahtleitung empfangenen differentiellen Signal entspricht. Die Korrelator- und Steuerschaltungseinrichtung umfaßt eine Schaltungseinrichtung zur Erzeugung eines Korrektursignals, welches ein Maß der Korrelation zwischen dem longitudinalen Signal und dem transversalen Signal ist. Die Schaltungseinrichtung zur Erzeugung des Korrektursignals ist angeschlossen, um dieses Korrektursignal zur adaptiven Steuerung der Verstärkungen in den Rückführungsschleifen zu verwenden, um so die Korrelation zwischen den longitudinalen und transversalen Signalen zu minimieren.

Es sind viele Verfahren beschrieben worden, um ein longitudinales und ein transversales Signal bereitzustellen, die nachstehend auch als V_l und V_t bezeichnet sind. Im Grunde genommen werden sie gebildet, indem die Summe und die Differenz der Spannungen auf den Drähten der Zweidrahtleitung gebildet werden:

V_t = V_a-wire - V_b-wire
V_l = V_a-wire + V_b-wire

Die Erfindung basiert auf dem Verständnis, daß die longitudinale Ausgleichung ideal sein wird, wenn die Korrelation zwischen V_t und V_l Null ist.

Das Prinzip besteht darin, die longitudinalen Abschlußwiderstände gemäß irgendeinem bekannten Algorithmus, zum Beispiel dem LMS (Methode der kleinsten Fehlerquadrate) Verfahren adaptiv zu steuern, um so die Korrelation zwischen V_t und V_l zu minimieren und dadurch die longitudinale Ausgleichung zu maximieren.

Adapte Systeme sind dadurch gekennzeichnet, daß sie sich selbständig einstellend über der Zeit ändern, das heißt sie suchen fortwährend nach einem Optimum. Sie berücksichtigten eine sich ändernde Umgebung, zum Beispiel Komponenten, deren Werte sich über der Zeit ändern, unbekannt sind oder beträchtlich abweichen, wie beispielsweise in Adaptive Signal Processing, Widrow & Stearns, ISBN 0-13-004029-0 beschrieben ist.

Was gemäß der Erfindung erzielt wird, wird nachstehend auch als die "adaptive longitudinale Ausgleichung" bezeichnet.

In einer ersten Ausführungsform umfaßt die Korrelator- und Steuereinrichtung eine Korrelatorschaltung 32, die zum Empfang des longitudinalen Signals V_l und des transversalen Signals V_t angeschlossen und so realisiert ist, daß sie das Korrelationssignal 33 mittels dieser Signale erzeugt, und eine Steuerschaltungseinrichtung 34, 36, die zum Empfang des Korrelationssignals 33 angeschlossen ist und sich in den Rückführungsschleifen 26, 14, 18; 28, 16, 20 befindet, und mit einer Einrichtung, um mittels des Korrelationssignals das Einstellungssignal zu korrigieren, um sie die Korrelation zwischen den longitudinalen und transversalen Signalen zu minimieren.

Die Steuerschaltungseinrichtung 34, 36 kann in geeigneter Weise Verzögerungen Z^-1 mit einstellbaren Koeffizienten umfassen, die in der Stromantwort der Impedanzen Phasenverschiebungen ermöglichen.

Eine erste Ausführungsform der Korrelatorschaltung 32 kann einen Komparator 72 umfassen, der das longitudinale Signal und das transversale Signal auf seinen Eingängen empfängt und der auf seinem Ausgang ein Signal aussendet, welches das Vorzeichen des Produkts der beiden Signale anzeigt und an einen Integrator 74 geführt wird, auf dessen Ausgang das Korrelationssignal 33 erscheint.

Eine zweite Ausführungsform der Korrelatorschaltung 32 kann einen Multiplizierer 76 umfassen, der das Produkt des longitudinalen Signals und des transversalen Signals bildet und es an einen Integrator 78 sendet, von dem das Korrelationssignal 33 erhalten wird.

In einer dritten Ausführungsform der Korrelatorschaltung ist eine Einrichtung zum Umwandeln des transversalen Signals in ein digitales Signal vorgesehen und die Korrelatorschaltung arbeitet mit einem Digitalvorzeichen-Algorithmus 80, der aus dem digitalen Signal und dem Vorzeichen des longitudinalen Signals ein Signal bereitstellt, welches nach einer Digital/Analog-Wandlung das Korrelationssignal 33 zur Folge hat.

In einer weiteren Ausführungsform der Schaltung gemäß der Erfindung können die Signale auf den Anschlüssen 6, 8 der Zweidrahtschnittstelle über einen jeweiligen A/D-Wandler 44, 46 an eine Schaltung 48 zur digitalen Signalbehandlung geführt werden, in der sie zur Erzeugung des longitudinalen Signals V_l und des transversalen Signals V_t behandelt werden, die an die Korrelator- und Steuereinrichtung 32; 50, 52 weitergeleitet werden. Die Korrelatorschaltung kann dann in einen ersten getrennten Korrelatorteil 50, in dem ein digitales transversales Signal in der Empfangsrichtung in der Vierdrahtschnittstelle mit dem digitalen longitudinalen Signal V_l von der Zweidrahtschnittstelle 6, 8 korreliert wird, und einen zweiten getrennten Korrelatorteil 52, in dem ein digitales longitudinales Empfängersignal, wenn vorhanden, in der Vierdrahtschnittstelle mit dem digitalen transversalen Signal V_t von der Zweidrahtschnittstelle korreliert wird, aufgeteilt sein.

In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können Komponenten mit einer großen Streuung in ihren Komponentenwerten in vorteilhafter Weise in den Schaltungsteilen eingebaut sein, die einer adaptiven Einstellung unterzogen werden sollen.

In einer noch weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die Schaltung gemäß der Erfindung mit einer Einrichtung 60, 62 zur adaptiven Signalauslöschung des an den Sendeausgang der Vierdrahtschnittstelle gelieferten Signals kombiniert werden.

Ausführungsformen der Erfindung werden nun nachstehend eingehender unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 ein vereinfachtes Schaltbild zur Erläuterung des Prinzips der Erfindung;

Fig. 2 und 3 weitere vereinfachte Schaltbilder, die jeweilige Ausführungsformen des in Fig. 1 dargestellten Prinzips zeigen;

Fig. 4 und 5 in ähnlichen Schaltbildern wie in den Fig. 2 und 3 Fälle der Verwendung, die Vorteile der Erfindung erläutern;

Fig. 6 ein Schaltbild eines Simulationsmodells zur Signalbehandlung im Zusammenhang mit der Erfindung;

Fig. 7 ein Schaltbild einer Ausführungsform einer in Fig. 1 enthaltenen Steuereinrichtung; und

Fig. 8 bis 10 Schaltbilder von verschiedenen Ausführungsformen einer in Fig. 1 enthaltenen Korrelatorschaltung.

In den verschiedenen nachstehend beschriebenen Ausführungsformen werden zur Bezeichnung der gleichen oder ähnlichen Elemente in den verschiedenen Figuren gleiche Bezugszeichen verwendet.

Fig. 1 zeigt eine Schnittstellenschaltung vom SLIC-Typ zwischen einer Vierdrahtleitung und einer Zweidrahtleitung. Sie enthält einerseits eine Vierdrahtschnittstelle mit einem Empfangseingang 2 und einem Sendausgang 4 und andererseits eine Zweidrahtschnittstelle mit zwei Anschlüssen 6 und 8, die der Zweidrahtleitung zugekehrt sind, jeweils eine für jede Leitung. Ein jeweiliger Ausgangsverstärker 10 und 12 und ein jeweiliger Stromgenerator 14 und 16 sind mit jedem Anschluß verbunden.

Die Schaltung umfaßt eine erste Schaltungseinrichtung, die schematisch in der Form von Addierern 18, 20 dargestellt ist, um über die Verstärker 10 und 12 ein auf dem Empfangseingang 2 empfangenes Signal als ein differentielles Signal auf die Anschlüsse 6, 8 der Zweidrahtschnittstelle anzulegen. Ferner umfaßt die Schaltung eine zweite Schaltungseinrichtung, die schematisch als ein Subtraktionselement 22 dargestellt ist, um ein von der Zweidrahtleitung auf den Anschlüssen der Zweidrahtschnittstelle 6, 8 empfangenes differentielles Signal V_t an den Sendeausgang 4 zu führen.

Ferner existiert eine dritte Schaltungseinrichtung, die schematisch in der Form eines Addierers 24 dargestellt ist, um mittels der Summe von Spannungen, die auf jedem der Anschlüsse 6, 8 auftreten, ein longitudinales Signal V_l zu bilden. Eine jeweilige Rückführungsschleife 26 und 28 für ein Einstellsignal erstreckt sich über die jeweiligen Stromgeneratoren 14 und 16 an jeden Verstärker 10 und 12. Dieses Einstellsignal wird aus dem longitudinalen Signal V_l in einer Schaltung 30 abgeleitet, um die Impedanzen 10, 18, 14 bzw. 12, 20, 16 der Zweidrahtschnittstelle zu Masse, das heißt die sogenannten longitudinalen Abschlußimpedanzen, einzustellen. Das Einstellsignal kann in der Schaltung 30 in einer hier nicht näher dargestellten Weise erzeugt werden, indem das longitudinale Signal V_l mit einer longitudinalen Referenz verglichen wird.

Was bis hierher beschrieben wurde, kann eine Technik der Art sein, die zum Beispiel durch das voranstehend erwähnte schwedische Patent 448 264 oder das europäische Patent Nr. 01 34 229 und auch durch den Artikel "LINE CIRCUIT COMPONENT SLIC FOR AXE 10" in Ericsson Review Nr. 4, 1983, bekannt ist. Eine weitere Beschreibung erübrigt sich deshalb hier, da sich Einzelheiten beispielsweise in den eben erwähnten Veröffentlichungen finden.

Gemäß der Erfindung sind ferner Korrelator- und Steuerschaltungen vorgesehen, die zum Empfang des longitudinalen Signals V_l und eines transversalen Signals V_t entsprechend dem von der Zweidrahtleitung auf den Anschlüssen der Zweidrahtschnittstelle empfangenen differentiellen Signals verbunden sind.

Diese Korrelator- und Steuerschaltungen umfassen eine Korrelatorschaltung 32, die zur Erzeugung eines Korrelationssignals 33 ausgelegt ist, welches ein Maß der Korrelation zwischen dem longitudinalen Signal V_l und dem transversalen Signal V_t ist. Mittels dieses Korrelationssignals wird in Steuerschaltungen 34 bzw. 36 eine adaptive Steuerung der Verstärkungen in den Rückführungsschleifen durchgeführt, um so die Korrelation zwischen V_l und V_t zu minimieren. Insbesondere sind die Steuerschaltungen 34, 36 in der Ausführungsform nach Fig. 1 jeweils vor jedem der Stromgeneratoren 14 bzw. 16 angeordnet und ausgelegt, um das Einstellungssignal mittels des Korrektursignals zu korrigieren. Hinsichtlich der Einzelheiten einer Realisation eines derartigen adaptiven Systems im allgemeinen sei auf die voranstehend erwähnte Druckschrift "Adaptive Signal Processing, Widrow & Stearns, ISBN 0-13-004029-0 verwiesen. Nachstehend wird die Bezeichnung "adaptive Steuerschleife" für die Steuerschleifen verwendet, die sich von den Elementen 22, 24 über die Korrelatorschaltung 32 und die jeweiligen Steuerschaltungen 34 und 36 und die Elemente 14, 18, 10 bzw. 16, 20, 12 zurück an die Elemente 22, 24 erstrecken.

In den Fig. 2 bis 5, die verschiedene Ausführungsformen zeigen, sind zur besseren Übersichtlichkeit hauptsächlich nur diejenigen Schaltungsteile enthalten, die den Signalfluß zur Ermittlung einer adaptiven longitudinalen Ausgleichung gemäß der Erfindung berücksichtigen. Schaltungsteile, die den normalen Signalfluß zwischen den Zweidraht- und Vierdrahtschnittstellen berücksichtigen, sind deshalb nicht dargestellt. Die longitudinalen Abschlußimpedanzen sind nur durch Blöcke 40 dargestellt und die Einstellung von diesen wird durch die Pfeile 42 angedeutet, die sich direkt von der Korrelatorschaltung 32 an diese Blöcke 40 erstrecken.

Die Erzielung der adaptiven longitudinalen Ausgleichung kann mittels einer digitalen oder analogen Signalbehandlung durchgeführt werden.

Fig. 2 zeigt eine mögliche Realisation mittels einer digitalen Signalbehandlung, wobei die Signale auf den Anschlüssen 6 und 8 der Zweidrahtschnittstelle über einen A/D-Wandler 44 bzw. 46 an eine digitale Signalbehandlungsschaltung 48 zur Erzeugung von V_t und V_l geführt werden. Die A/D- und D/A-Wandler können jedoch in anderen vorstellbaren Positionen in der Schaltung angeordnet werden.

Eine Modifikation der Lösung in Fig. 2 ist in Fig. 3 gezeigt. Das transversale Signal in der Empfangsrichtung in der Vierdrahtschnittstelle muß oft digital sein. In einem ersten getrennten Korrelatorteil 50 kann es in geeigneter Weise mit dem longitudinalen Signal V_l von der Zweidrahtschnittstelle 6, 8 korreliert werden. Ein digitales longitudinales empfangenes Signal, wenn vorhanden, kann in der Vierdrahtschnittstelle in einer entsprechenden Weise mit einem transversalen Signal V_t von der Zweidrahtschnittstelle 6, 8 in einen zweiten getrennten Korrelatorteil 52 korreliert werden. Der Vorteil besteht darin, daß eine höhere Steuerung der eintreffenden Signale erzielt wird.

Um tatsächlich das adaptive longitudinale Ausgleichen gemäß der Erfindung verwenden zu können, kann man unter Bezugnahme auf Fig. 4 zulassen, daß Komponenten mit großer Streuung der Komponentenwerte, zum Beispiel Überspannungsschutzelemente 54, 56, 58, in die adaptive Steuerschleife vor den Anschlüssen 6, 8 der Zweidrahtschnittstelle enthalten sind.

Um die Qualität des Sprachsignals weiter zu erhöhen, kann man unter Bezugnahme auf Fig. 5 die adaptive Steuerung gemäß der Erfindung mit einer adaptiven Signalauslöschung kombinieren. In der Figur ist mit 60 ein variables Filter bezeichnet, an das das longitudinale Signal zur Erzeugung einer negativen Kopie davon geführt wird. Die negative Kopie wird zu dem transversalen Signal in einem Addierer 62 addiert, dessen Ausgangssignal zur Steuerung des Filters 60 verwendet wird. Eine derartige adaptive Signalauslöschung ist ein Verfahren, welches in vielerlei Zusammenhängen verwendet wird, aber nicht alleine verwendet werden kann, da es mit dem Problem eines Nebensprechens an in der Nähe angeordneten Zweidrahtleitungspaaren nicht fertig wird. Das letztere Problem wird allerdings mittels der adaptiven Steuerung gemäß der Erfindung behandelt.

Nachstehend werden nun hier unterschiedliche Ausführungsformen der Blöcke 32, 34 und 36 in Fig. 1 eingehender beschrieben. Zunächst werden allerdings mögliche Algorithmen kurz beschrieben, die im Zusammenhang mit der Erzeugung des Korrelationssignals in der Korrelatorschaltung 32 verwendet werden.

Wenn eine Unausgeglichenheit vorhanden ist, dann existieren longitudinale Signale in dem transversalen Signal oder umgekehrt. Mit anderen Worten, das gemessene Objekt ist ausgeglichen, wenn die transversalen und longitudinalen Signale unkorreliert sind.

Zwei Signale, wie V_t und V_l, obwohl sie in der nachstehenden Diskussion als x(t) und y(t) bezeichnet werden, sind zu den Zeiten t1 bzw. t2 unkorreliert, wenn und nur wenn der Korrelationskoeffizient Rxy (t1, t2) - sh. Kristiansson, Zetterberg - Signaltheorie, Teil 1 - gleich Null und

ist, wobei m in mx(t) und my(t) symbolisiert, daß die Frage von Mittelwerten der Signale existiert, und s in sx(t) und sy(t) symbolisiert, daß die Frage der Varianz der Signale vorhanden ist.

Somit ist ein gutes Fehlersignal der Ruhewert des Produkts der beiden Signale mit herausgefilterten DC-Komponenten. In Fig. 1 sind Filterschaltungen zur Herausfilterung der DC- Komponenten mit 70 bezeichnet.

Wenn t1 und t2 gleich sind und eine Minimierung des obigen Fehlersignals angestrengt wird, ist es nur die widerstandsmäßige Unausgeglichenheit, die kompensiert wird. Um die kapazitive oder induktive Unausgeglichenheit, das heißt die Signale selbst sind phasenverschoben, ausgleichen zu können, muß man zwei Fälle berücksichtigen. Diese findet man mittels einer Kreuzkorrelationsmatrix.

x(0)*y(0) x(1)*y(0) . . . x(n)*y(0)
x(0)*y(1) x(1)*y(1) . . . x(n)*y(1)
·
·
·
x(0)*y(n) x(1)*y(1) . . . x(n)*y(n) (2)

Entweder werden die Inhalte y in x unter Verwendung der Spalten der Matrix oder auch die Inhalte x in y unter Verwendung der Zeilen der Matrix minimiert. Die "widerstandsmäßige" Korrelation entspricht der Diagonalen x(0)*y(0), x(1)*y(1) . . . x(n)*y(n) in der Matrix.

Ein Vorzeichen-Algorithmus zur widerstandsmäßigen Ausgleichung wird erzielt, wenn man anstelle der Durchführung einer Multiplikation bei der Korrelationsmessung die Vorzeichen der beiden Signale vergleicht, um festzustellen, ob die Korrelation positiv oder negativ ist.

Eine Aktualisierung der verschiedenen Größen, das heißt in dem vorliegenden Fall die Änderung der longitudinalen Ausgleichung, wird in einem festen Schritt durchgeführt. Eine Aktualisierung der Widerstände wird gemäß einem Muster durchgeführt, welches mittels heuristischer Schlußfolgerungen wie folgt abgeleitet werden kann.

Fig. 6 zeigt ein Simulationsmodell für die Behandlung der longitudinalen und transversalen Signale. Ra und Rb entsprechen den longitudinalen Eingangsimpedanzen zusammen mit R1. R1 besitzt einen negativen Wert, um die transversale Impedanz richtig zu erhalten. Rm ist ein Meßwiderstand. In Ra und Rb sind Fehler eingeführt, die mittels Adaption beseitigt werden sollen. It und Tl sind jeweils Ströme, die Ungleichheitsspannungen V_l bzw. V_t erzeugen.

Im Fall eines longitudinalen Signals, das heißt It = 0, wird das Fehlersignal durch Bildung von sign (V_t(t)*V_l(t)), das heißt durch das Vorzeichen des Produkts in den Klammern gebildet. Wenn Ra zu groß ist, wird der Betrag von Va größer als der Betrag von Vb sein, das heißt V_t ist von Null versetzt. Um eine Ausgleichung zu erzielen, sollte Ra verkleinert und Rb vergrößert werden. Das Umgekehrte gilt, wenn Rb zu groß ist.

Die folgende Tabelle kann gebildet werden:

Die gleiche Diskussion kann verwendet werden, wenn ein transversales Signal angelegt wird, das heißt Il = 0. Dies gibt die gleiche Beziehung zwischen erfaßten Vorzeichen und der Korrektur.

Der Aktualisierungs-Algorithmus für Ra und Rb ist somit:

Ra(t)=Rb(t-to) - µ * sign(V_t(t-to)*V_l(t-to))
Rb(t)=Rb(t-to) + µ * sign(V_t(t-to)*V_l(t-to)) (4)

Die positive Kontante µ bestimmt, wie schnell der Algorithmus konvergiert und wie groß der bleibende Fehler ist.

Der Vorteil des Vorzeichen-Algorithmus besteht darin, daß er sehr einfach ist.

Ein schnellerer, aber etwas komplexerer Aktualisierungs- Algorithmus wird erhalten, wenn die Multiplikation bei der Korrelationsmessung durchgeführt wird. Eine Aktualisierung wird ansonsten wie in dem Vorzeichen-Algorithmus durchgeführt. Der Faktor µ sollte, damit der Algorithmus wirklich effektiv ist, umgekehrt proportional zu der Energie des Signals sein. Wenn sowohl ein transversales als auch ein longitudinales Signal auftritt, muß µ beträchtlich verkleinert werden, damit der Algorithmus konvergiert.

Ra(t)=Ra(t-to) - µ * V_t(t-to)*V_l(t-to)
Rb(t)=Rb(t-to) + µ * V_t(t-to)*V_l(t-to) (5)

Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform der Steuerschaltungen 34, 36, wobei sie zur Erreichung einer komplexen Ausgleichung Verzögerungen Z^-1 mit einstellbaren Koeffizienten umfassen. Mittels dieser Verzögerungen können in der Stromantwort der Impedanzen Phasenverschiebungen erzeugt werden. Insbesondere können die Steuerschaltungen 34 und 36 sogenannte FIR-Filter (FIR = finite Impulsantwort) sein. FIR-Filter sind im Bereich der digitalen Signalverarbeitung wohlbekannt und beispielsweise in DIGITAL SIGNAL PROCESSING von Alan V. Oppenheim und Ronald W. Schafer beschrieben.

Die Koeffizienten k in dem FIR-Filter können eingestellt werden und beschreiben die Korrelation zwischen V_t und V_l in einer Weise, die von der Tatsache abhängt, ob Zeilen oder Spalten in der Kreuzkorrelationsmatrix (1) gewählt werden.

Eine Ausführungsform der Korrelatorschaltung 32, die gemäß dem Vorzeichenalgorithmus (4) in der analogen Version arbeitet, ist in Fig. 8 gezeigt. Ein Komparator 72 empfängt die Signale V_t und V_l und erzeugt ein Ausgangssignal, welches der Tabelle (3) folgt, d. h. plus/minus einer konstanten Spannung und welches an einen Integrator 74 geführt wird, auf dessen Ausgang das Korrektursignal 33 erscheint, welches an die Steuerschaltungen 34 und 36 geliefert wird.

In Fig. 9 ist eine Ausführungsform der Korrelatorschaltung 32 gezeigt, welche das Produkt von V_t und V_l verwendet, das von einem Multiplizierer 76 ermittelt wird. Das Produkt wird in einem Integrator 78 integriert, der bei Erzielung eines Beharrungszustandes eine konstante Ausgangsspannung bereitstellt. Diese Spannung ist ein Maß der schlechten Qualität der Ausgleichung. Dies entspricht dem voranstehend beschriebenen proportionalen Algorithmus (5).

In Fig. 10 ist eine weitere Ausführungsform der Korrelatorschaltung 32 gezeigt, bei der das transversale Signal durch einen A/D-Wandler in eine digitale Form gewandelt und durch eine Schaltung 80 empfangen wird, welche mit einem digitalen Vorzeichenalgorithmus arbeitet. Insbesondere bestimmt dieser Algorithmus, daß die Korrektur zu der Zeit t gleich der Korrektur zu der Zeit (t-1) + µ*sign(v_l)*sign(v_t) ist. Das durch diesen digitalen Vorzeichenalgorithmus erzeugte Signal ergibt das Korrektursignal 33 nach einer Umwandlung in einen D/A-Wandler. Da das System zeitdiskret ist, ergeben sich Probleme hinsichtlich der Faltungsverzerrung, was mit sich bringt, daß V_t und V_l bandbegrenzt sein müssen. Die analogen Vorschläge besitzen diese Probleme nicht.

Claims

1. Schnittstellenschaltung zwischen einer Vierdrahtleitung und einer Zweidrahtleitung, umfassend:
eine Vierdrahtschnittstelle mit einem Empfangseingang (2) und einem Sendeausgang (4);
eine Zweidrahtschnittstelle mit zwei Anschlüssen (6, 8), die der Zweidrahtleitung zugekehrt sind, jeweils eine für jeden Draht;
einen Ausgangsverstärker (10, 12) vor jedem Anschluß (6, 8);
eine erste Schaltungseinrichtung (18, 20), um über die Verstärker ein auf dem Empfangseingang (2) empfangenes Signal als eine differentielles Signal auf die Anschlüsse (6, 8) der Zweidrahtschnittstelle anzulegen;
eine zweite Schaltungseinrichtung (22), um ein auf den Anschlüssen der Zweidrahtschnittstelle von der Zweidrahtleitung empfangenes differentielles Signal an den Sendeausgang (4) zu führen;
eine dritte Schaltungseinrichtung (24) zur Bildung eines longitudinalen Signals mittels der Summe von Spannungen (V_t, V_l), die auf jedem der Verbindungsanschlüsse (6, 8) auftreten; und
eine Rückführungsschleife (26, 14, 18; 28, 16, 20) an jeden Verstärker (10, 12) für ein Einstellungssignal, welches aus dem longitudinalen Signal abgeleitet ist, um die Impedanzen der Zweidrahtschnittstelle gegenüber Masse, die sogenannten longitudinalen Abschlußimpedanzen (10, 18, 14; 12, 20, 16) einzustellen, um so eine longitudinale Ausgleichung zu erzielen;
gekennzeichnet durch
eine Korrelator- und Steuerschaltungseinrichtung (32, 34, 36), die zum Empfang des longitudinalen Signals (V_l) und eines transversalen Signals (V_t) entsprechend dem auf den Anschlüssen der Zweidrahtschnittstelle von der Zweidrahtleitung empfangenen differentiellen Signal angeschlossen ist und umfaßt:
eine Schaltungseinrichtung (32) zur Erzeugung eines Korrektursignals (33), welches ein Maß der Korrelation zwischen dem longitudinalen Signal und dem transversalen Signal ist und welche zur Verwendung dieses Korrektursignals zur adaptiven Steuerung der Verstärkungen in den Rückführungsschleifen (26, 14, 28; 28,16, 20) angeschlossen ist, um so die Korrelation zwischen den longitudinalen und transversalen Signalen zu minimieren.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrelator- und Steuereinrichtung umfaßt:
eine Korrelatorschaltung (32), die zum Empfang des longitudinalen Signals (V_l) und des transversalen Signals (V_t) angeschlossen und so realisiert ist, daß sie das Korrektursignal (33) mittels dieser Signale erzeugt; und
eine Steuerschaltungseinrichtung (34, 36), die zum Empfang des Korrektursignals (33) angeschlossen ist und sich in den Rückführungsschleifen (26, 14, 18; 28, 16, 20) angeordnet ist und eine Einrichtung umfaßt, um mittels des Korrelationssignals das Einstellungssignal zu korrigieren, um so die Korrelation zwischen den longitudinalen und transversalen Signalen zu minimieren.

3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltungseinrichtung (34, 36) Verzögerungen (Z^-1) mit einstellbaren Koeffizienten umfaßt, die Phasenverschiebungen in der Stromantwort der Impedanzen ermöglichen.

4. Schaltung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrelatorschaltung (32) einen Komparator (72) umfaßt, der das longitudinale Signal und das transversale Signal auf seinen Eingängen empfängt und der auf seinem Ausgang ein Signal aussendet, welches das Vorzeichen des Produkts der beiden Signale anzeigt und welches an einen Integrator (74) geführt wird, auf dessen Ausgang das Korrelationssignal (33) auftritt.

5. Schaltung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrelatorschaltung (32) einen Multiplizierer (76) umfaßt, der das Produkt des longitudinalen Signals und des transversalen Signals bildet und es einen Integrator (78) abgibt, von dem das Korrektursignal (33) erhalten wird.

6. Schaltung nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Umwandeln des transversalen Signals in ein digitales Signal und darin, daß die Korrelatorschaltung mit einem digitalen Vorzeichenalgorithmus (80) arbeitet, der aus dem digitalen Signal und dem Vorzeichen des longitudinalen Signals ein Signal bildet, welches nach einer Digital/Analog-Wandlung das Korrektursignal (32) zur Folge hat.

7. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale auf den Anschlüssen (6, 8) der Zweidrahtschnittstelle über einen jeweiligen A/D-Wandler (44, 46) an eine Schaltung (48) zur digitalen Signalbehandlung geliefert werden, in der sie zur Erzeugung des longitudinalen Signals (V_l) und des transversalen Signals (V_t) behandelt werden, die an die Korrelator- und Steuereinrichtung (32; 50, 52) weitergeleitet werden.

8. Schaltung nach Anspruch 2 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrelatorschaltung in
einen ersten getrennten Korrelatorteil (50), in dem ein digitales transversales Signal in der Empfangsrichtung in der Vierdrahtschnittstelle mit dem digitalen longitudinalen Signal (V_l) von der Zweidrahtschnittstelle (6, 8) korreliert wird, und
einen zweiten getrennten Korrelatorteil (52), in dem ein digitales longitudinales Empfängersignal, wenn vorhanden, in der Vierdrahtschnittstelle mit dem digitalen transversalen Signal (V_t) von der Zweidrahtschnittstelle korreliert wird,
aufgeteilt ist.

9. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Komponenten (54, 56, 58) mit großer Streuung in ihren Komponentenwerten in den Schaltungsteilen enthalten sind, die einer adaptiven Einstellung unterzogen werden sollen.

10. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einer Einrichtung (60, 62) zur adaptiven Signalauslöschung des an den Sendeausgang der Vierdrahtschnittstelle gelieferten Signals kombiniert ist.