DE60200017T2

DE60200017T2 - Vorrichtung und Verfahren zur adaptiven Steuerung

Info

Publication number: DE60200017T2
Application number: DE60200017T
Authority: DE
Inventors: James Russell Blodgett; Gerald L. Frazer; Michael W. Goodwin; Karen E. Leonard; James P. Moffatt; Fan Zhang
Original assignee: Lucent Technologies Inc
Current assignee: Nokia of America Corp
Priority date: 2001-05-04
Filing date: 2002-04-03
Publication date: 2004-05-13
Anticipated expiration: 2022-04-04
Also published as: US20020163960A1; JP2003037531A; EP1255389A1; DE60200017D1; JP4163896B2; CA2378810C; EP1255389B1; US6901108B2; CA2378810A1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft die variable Steuerung und insbesondere die schnelle adaptive Steuerung.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Viele Systeme, darunter Kommunikationssysteme, verwenden eine variable Steuerung zur Einstellung von Systemparametern, um Änderungen in der Umgebung des Systems zu berücksichtigen. Eine solche adaptive Steuerung kann in einem Prozeßfluß, bei der Herstellung, bei der Kommunikation oder in einem beliebigen anderen Gebiet eingesetzt werden, bei dem sich ein Steuerparameter über die Zeit hinweg verändert und Einstellungen vorgenommen werden, um Variablen zu steuern (wie zum Beispiel Abgriffsgewichte in digitalen Steuersystemen), um diese Änderungen zu berücksichtigen.
Ein solches Verfahren zur Steuerung eines Prozesses ist aus dem US-Patent 4,616,308 bekannt. Diese Schrift beschreibt ein Verfahren zur Steuerung eines Prozesses mit mehreren unabhängig gesteuerten manipulierten Variablen und mindestens einer gesteuerten Variablen, die von den manupulierten Variablen abhängt. Bei dem ersten Schritt des Verfahrens werden über den Prozeß Daten gesammelt durch Einführen von Teststörungen in die manipulierten Variablen und Messen der Auswirkungen der Störungen auf die gesteuerte Variable. Der Wert der gesteuerten Variablen wird zu einem ersten Zeitpunkt gemessen. Unter Verwendung der aus den Teststörungen gesammelten Daten und des gemessenen Werts der gesteuerten Variablen wird eine erste Menge von Änderungen mindestens einer der manipulierten Variablen so berechnet, daß die gesteuerte Variable in Richtung ihres Sollwerts gesteuert wird, ohne eine vorbestimmte Grenze zu überschreiten. Die maninpulierten Variablen werden gemäß mindestens einer Änderung aus der ersten Menge berechneter Änderungen eingestellt. Die Werte der manipulierten Variablen und der gesteuerten Variablen werden dann zu einem zweiten Zeitpunkt gemessen. Unter Verwendung der ersten Menge von Änderungen und der gemessenen Werte zum zweiten Zeitpunkt wird eine zweite Menge von Änderungen mindestens einer der manipulierten Variablen berechnet. Diese zweite Menge von Änderungen wird so berechnet, daß die gesteuerte Variable in Richtung ihres Sollwerts gesteuert wird, ohne eine vorbestimmte Grenze zu überschreiten. Die manipulierten Variablen werden gemäß mindestens einer Änderung aus der zweiten Menge von Änderungen eingestellt.
Bei der Kommunikation muß ein Empfänger für ein optisches Kommunikationssystem mit zehn Gigabit pro Sekunde (10 Gbps) mit der Polarisationsmodendispersion, der unkompensierten chromatischen Dispersion und einer imperfekten Kanalfilterung kämpfen, die alle Zwischensymbolstörungen erzeugen. Das Ausmaß der auf die Polarisationsmodendispersion zurückzuführenden Zwischensymbolstörungen kann stark schwanken, und die Zeitskala der Schwankungen reicht von Millisekunden bis zu Stunden zu einem gegebenen Zeitpunkt. Um solche zeitabhängigen Zwischensymbolstörungen erfolgreich zu kompensieren, muß ein Empfänger Verzerrungen adaptiv so kompensieren, daß sowohl das Ausmaß der Verzerrungen als auch die Änderungsrate der Verzerrungen berücksichtigt wird. Ohne solche Kompensation erleidet der Empfänger Leistungskosten und eine entsprechende Abnahme der Abschnittlänge. Ein Telekommunikationssystem, das solche unkompensierten Empfänger verwendet, müßte die Kommunikationssignale in kürzeren Intervallen regenerieren, mit einhergehenden Zunahmen der festen und wiederauftretenden Kosten und verminderter Systemzuverlässigkeit.
In Datenübertragungssystemen wurden vielfältig elektronische Entzerrer eingesetzt, um die Zustände zu kompensieren, die Zwischensymbolstörungen erzeugen. Adaptive Echtzeit-Entzerrer dienten zur Kompensation von zeitveränderlichen Verzerrungen wie zum Beispiel der Polarisationsmodendispersion, um einen Empfänger während der Nutzsignalübertragung und ohne Unterbrechung dieser zur Konvergenz zu führen. Herkömmliche adaptive Steuerungen, die in Kommunikationssystemen verwendet werden, erfordern in der Regel die Digitalisierung des Nutzsignals und/oder eine wesentliche Menge an Signalverarbeitung bei der Übertragungsgeschwindigkeit des Nutzsignals. Aufgrund ihrer Komplexität sind herkömmliche Ansätze, die zum Beispiel Nullerzwingungs- oder least-mean-square-Algorithmen verwenden, nicht fähig, zeitveränderliche Verzerrungen in schnellen Signalen zu kompensieren. Das heißt, zur Zeit und in der voraussehbaren Zukunft können Steuerungen nicht mit ausreichenden Geschwindigkeiten arbeiten, um solche Algorithmen an Signalen wie zum Beispiel 10-Gbps-Signalen zu verwenden. Auch wenn die Geschwindigkeit der Schaltkreise stark genug zunimmt, um einem Entzerrer zu erlauben, solche Algorithmen an mit diesen Geschwindigkeiten arbeitenden Signalen zu verwenden, wird weiterhin die Nachfrage nach einem Betrieb mit noch höheren Geschwindigkeiten die Verwendung solcher komplexer Algorithmen in zukünftigen adaptiven Echtzeitentzerrern ausschließen.
Ein System und Verfahren zur Bewirkung einer relativ einfachen adaptiven Steuerung wäre sehr wünschenswert, und zwar nicht nur bei der schnellen Kommunikation, sondern bei allen adaptiven Steuersystemen, die die schnelle Konvergenz von Steuerparameterwerten ausnutzen könnten.
ZUSAMMENFASSUNG
Eine adaptive Steuerung erzeugt eine Sequenz von Dithersignalen für jeden von mehreren Steuerparametern.
Jede Dithersignalsequenz ist mit jeder anderen Dithersignalfrequenz unkorreliert. Von jedem nominalen Steuersignal wird der erste seiner jeweiligen Dithersignalwerte gleichzeitig mit ihm summiert, um die von der Steuerung verwendeten Steuerparameterwerte zu bilden. Aktualisierte Steuersignale werden an die Ausgänge der Steuerung angelegt und es wird ein Leistungsmaß genommen und gespeichert. Die aktualisierten Steuersignale werden dann parallel angewandt, in dem Sinne, daß das Leistungsmaß genommen wird, nachdem mehrere Steuersignale angelegt wurden, und das Leistungsmaß mehrere aktualisierte Steuersignale wiedergibt. Die zweiten Signale in den Dithersteuersequenzen werden dann mit ihren jeweiligen nominalen Steuerungen summiert und parallel an die Steuerung angelegt, und es wird ein zweites Leistungsmaß genommen und gespeichert. Dieser Prozeß wird für die Länge der Dithersteuersignalfrequenz wiederholt, um eine Sequenzleistungsmessung zu erhalten. Die Sequenz von Leistungsmessungen ist mit jeder der Dithersequenzen korreliert, wobei Sequenzen von Korrelatorausgangssignalen (eines für jedes Steuersignal) gebildet werden. Jede Korrelatorausgangssequenz wird integriert und abhängig von dem Wert des Integrationsausgangssignals eines Korrelators wird von dem entsprechenden nominalen Signal der Ditherwert zu ihm addiert oder von ihm subtrahiert, um die jeweiligen aktualisierten Steuerwerte zu bilden. Da das Aktualisieren der nominalen Steuerwerte und die Messung ihrer Auswirkungen parallel erfolgt, kann eine adaptive Steuerung gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung erfolgreich an die Steuerung schneller Prozesse angepaßt werden.
Bei einer Kommunikationsanwendung können solche Leistungsmaße Dinge wie zum Beispiel durch Vorwärtsfehlerkorrektur bereitgestellte Fehlerraten, ein Maß der Spektralform oder ein Maß des Basisband-Augenmusters umfassen. Die Steuerparameter können zum Beispiel Abgriffsgewichte sein. Das Dithersignal ist im Vergleich zu dem nominalen Steuersignal klein. Zum Beispiel fällt bei einem Ausführungsbeispiel das Dithersignal in den Bereich von 1% bis 10% des nominalen Steuerwerts. Bei einem Ausführungsbeispiel für schnelle optische Kommunikationsanwendungen wirkt eine adaptive Steuerung gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung zur Steuerung eines adaptiven Entzerrers in einem optischen Empfänger. Die adaptive Steuerung überwacht das Augenmuster des Empfängers und stellt die Entzerrerabgriffe ein, um eine akzeptable Bitfehlerrate aufrechtzuhalten. Solche Abgriffseinstellungen kompensieren zeitveränderliche Verschlechterungen des Übertragungsweges des Kommunikationssystems, wie zum Beispiel Zwischensymbolstörungen aufgrund der Polarisationsmodendispersion.
Insbesondere wird jedem Abgriff ein Dithersignal zugeführt, das mit dem nominalen Steuerwert oder Gewicht des Abgriffs summiert wird. Jedes der Dithersignale wird außerdem einem separaten Korrelator zugeführt, in dem das Dithersignal mit einem Maß der Leistungsfähigkeit korreliert wird, das auf dem Augenmuster des Empfängers basiert. Jedes der Korrelatorausgangssignale wird integriert, um einen nominalen Steuerwert bzw. ein Abgriffsgewicht für jeden der jeweiligen Abgriffe zu bilden. Die Dithersignale sind nicht nur klein im Vergleich zu dem Wert des nominalen Steuersignals, sondern sind im wesentlichen zufällig und weisen im wesentlichen keine Korrelation miteinander auf. Folglich wirkt sich der Effekt von Dithersignalen, die einem Abgriff zugeführt werden, im wesentlichen nicht auf einen anderen Abgriff aus, und die Abgriffe werden parallel gedithert und ihre Auswirkungen auf das Leistungsmaß wird parallel bewertet. Im Betrieb werden die Koorelatorausgangssignale integriert, wobei die Steuerungen gesteuert werden, bis der Mittelwert am Korrelatorausgang aufgrund anderer Dithersignale auf Null gesteuert wird, wodurch angezeigt wird, daß keine weiteren Verbesserungen möglich sind. Auf diese Weise werden alle Steuerungen gleichzeitig eingestellt, was eine gleichzeitige Konvergenz auf einen Steuerzustand ermöglicht, der stabil bleibt, bis weitere Anpassungen an Variationen in dem Steuerprozeß notwendig sind.
Verschiedene Codes können verwendet werden, um die Dithersignale zu erzeugen. Zum Beispiel kann man zur Erzeugung der Dithersignale zeitverschobene Abtastwerte einer Pseudorauschsequenz verwenden. Solche Sequenzen haben den Vorteil, daß sie relativ leicht erzeugt werden können, und sie, wenn die Sequenzen lang genug sind, im wesentlichen orthogonal sind. Das heißt, jedes Dithersignal wird nur wenig mit anderen auf diese Weise erzeugten Dithersignalen korreliert sein. Bei der Verwendung solcher Dithersignale müssen jedoch die Ausgangssignale der Korrelatoren für eine relativ lange Zeitspanne integriert werden, um die Effekte anderer Dithersignale auf Null zu mitteln. Bei schnellen Anwendungen können zur Erzeugung der Dithersignale andere orthogonale Codes endlicher Länge, wie zum Beispiel Walsh-Codes, verwendet werden. In jedem solchen endlich langen Code ist die Korrelation jedes beliebigen Codes in der Reihe mit jedem anderen Code in der Reihe über die Länge des Codes hinweg gleich Null.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die obigen und weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der Erfindung werden Fachleuten aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlich werden. Es zeigen:
1 ein Konzeptblockschaltbild einer adaptiven Steuerung gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung;
2 ein Konzeptblockschaltbild einer adaptiven Steuerung gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung bei Verwendung in einem schnellen optischen Empfänger;
3 ein Flußdiagramm auf hoher Ebene eines Prozesses, durch den eine adaptive Steuerung gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung bewirkt wird;
4A und 4B ausführlichere Flußdiagramme des Prozesses, durch den eine adaptive Steuerung gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung bewirkt wird; und
5A, 5B und 5C Tabellen, die zum Beispiel zur Verwendung in den Prozessen entwickelt werden könnten, die in der Besprechung in bezug auf die Flußdiagramme von 3 und 4 beschrieben werden.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Das Konzeptblockschaltbild von 1 zeigt die Komponenten einer adaptiven Steuerung 100 gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung. Ein Dithergenerator 102 erzeugt Dithersignale D₁ bis D_N für mehrere nominale Steuerparameter CN₁ bis CN_N. Bei einem Ausführungsbeispiel werden die nominalen Steuerparameterwerte während eines Kalibrationsprozesses entwickelt, der zum Beispiel während der Herstellung der Steuerung stattfinden könnte. Während dieses Prozesses wird der Steuerung erlaubt, sich an ein „bekanntes gutes" Signal anzupassen. Die sich aus dieser Anpassung ergebenden Parameterwerte werden gespeichert und als die Steuerwerte für anfängliche Einschaltbedingungen verwendet. Ein Summierer 110 addiert die jeweiligen nominalen Signale CN₁ bis CN_N und die Dithersignale D₁ bis D_N, um Ausgangssteuersignale CO₁ bis CO_N zu bilden. Ein Korrelator 116 korreliert jedes der Dithersignale D1 bis D_N gleichzeitig mit einem Systemleistungsmaß PM, wodurch man Korrelatorausgangs signale COR₁ bis COR_N erhält. Das Leistungsmaß PM kann bei einer Kommunikationsanwendung zum Beispiel eine aus Vorwärtsfehlerkorrektur abgeleitete Fehlerrate, ein Maß der Spektralform oder ein Maß eines Basisband-Augenmusters sein. Ein Integrierer 120 integriert die Ausgangssignale des Korrelators 116 (COR₁ bis COR_N) um die jeweiligen nominalen Steuersignale CN₁ bis CN_N zu bilden. Die Ausgangssteuersignale CO₁ bis CO_N können zum Beispiel Abgriffsgewichte sein. Jedes Dithersignal D₁ bis D_N ist im Vergleich zu seinem jeweiligen nominalen Steuersignal CN₁ bis CN_N relativ klein. Zum Beispiel fällt bei einem Ausführungsbeispiel das Dithersignal in den Bereich von 1% bis 10% des nominalen Steuerwerts. Die Dithersignale D₁ bis D_N sind nicht nur klein im Vergleich zu dem Wert des nominalen Steuersignals, sondern im wesentlichen auch zufällig und sind im wesentlichen nicht miteinander korreliert. Folglich wird der Effekt der einem Abgriff zugeführten Dithersignale im wesentlichen keine Auswirkung auf einen anderen Abgriff haben.
Im Betrieb werden die Korrelatorausgangssignale COR₁ bis COR_N integriert, wobei die Steuerungen gesteuert werden, bis ein Mittelwert am Korrelatorausgang aufgrund anderer Dithersignale auf Null gesteuert wird, wodurch angezeigt wird, daß keine weiteren Verbesserungen möglich sind. Das heißt, im stationären Zustand, in dem nur wenig Anpassung erforderlich ist, stabilisieren sich die Steuersignale auf einen Punkt, an dem sie kontinuierlich +1/–1 um den stationären Wert dithern, und folglich wird das mittlere Korrelatorausgangssignal auf Null gesteuert. Auf diese Weise werden alle Steuersignale CO₁ bis CO_N gleichzeitig eingestellt, wodurch eine gleichzeitige Konvergenz auf einen „Tracking"-Steuerzustand möglich wird.
Zur Erzeugung der Dithersignale kann man verschiedene Codes verwenden. Zum Beispiel kann man die Dithersignale mit zeitlich verschobenen Abtastwerten einer Pseudorauschsequenz erzeugen. Solche Sequenzen haben den Vorteil, daß sie relativ einfach erzeugt werden können. Wenn die Sequenzen lang genug sind, sind sie im wesentlichen orthogonal. Das heißt, wenn jede der Sequenzen lang genug ist, wird jedes Dithersignal nur wenig Korrelation mit anderen auf diese Weise erzeugten Dithersignalen aufweisen. Wenn solche Sequenzen zur Erzeugung von Dithersignalen verwendet werden, müssen die Ausgangssignale der Korrelatoren jedoch für eine relativ lange Zeitspanne integriert werden, um die Auswirkungen der anderen Dithersignale auf Null zu mitteln. Bei schnellen Anwendungen kann man die Dithersignale mit anderen orthogonalen Codes endlicher Länge, wie zum Beispiel Walsh-Codes, erzeugen. Ein solcher Prozeß wird ausführlicher in der Besprechung in Verbindung mit 4 beschrieben.
Bei einem Ausführungsbeispiel kann eine adaptive Steuerung gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit einem optischen Empfänger 200 verwendet werden, wie durch das Konzeptblockschaltbild von 2 dargestellt. Der optische Empfänger 200 kann zum Beispiel in einem 10-Gbps-Übertragungssystem wirken. In einem solchen System ist die Polarisationsmodendispersion sowohl der ersten als auch der zweiten Ordnung eine wesentliche Quelle von Zwischensymbolstörungen. Die Polarisationsmodendispersion erster Ordnung kann durch zwei Variablen beschrieben werden: die Differenz-Gruppenverzögerung (DGD) und den Anteil der Leistung in dem schnellen Hauptzustand (Gamma, γ). In einem Übertragungssystem verändern sich sowohl die DGD als auch das Gamma dynamisch, und wie ausführlicher in Bezug auf 4 besprochen wird, kann man mit der adaptiven Steuerung 100 die Effekte der DGD und des Gamma lindern.
Ein Modul 204 mit einer Avalanche-Fotodiode (APD) wandelt ein am optischen Eingang 206 empfangenes optisches Eingangssignal in ein elektrisches Signal um.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das Modul 204 mit der Avalanche-Fotodiode im linearen Regime betrieben. Das elektrische Signal aus dem Modul 204 mit der Avalanche-Fotodiode wird durch einen verstärkungsgeregelten Verstärker 210 zu einem Transversalfilter (TF) 208 geleitet. Der Verstärker 210 speist einen resistiven N-Wege-Verzweiger 212. Jeder Zweig des Verzweigers verbindet über Übertragungsleitungen 214, 216, 218, 220 und 222 jeweilige verstärkungsgeregelte Abgriffsgewichtsverstärker A₁, A₂, A₃, A₉ und A_N. Die Länge der Übertragungsleitungen kann in Schritten von 50 ps schwanken. Die Ausgangssignale der Verstärker A₁, A₂, A₃, A₉ und A_N werden durch jeweilige Übertragungsleitungen 224, 226, 228, 230 und 232 mit einem resistiven 5-Wege-Kombinierer 234 verbunden. Die Übertragungsleitungen 224, 226, 228, 230 und 232 schwanken in Schritten von 50 ps. Zum Beispiel wird das Signal für den fünften Verstärker relativ zu dem ersten um 200 ps verzögert, und das Signal für den Kombinierer aus dem fünften Verstärker relativ zu dem für den Kombinierer aus dem ersten Verstärker um 400 ps. Das Ausgangssignal des Kombinierers 234 wird zu einem Verstärker 236 geleitet. Eine Zeitsteuerungswiederherstellungseinheit 238 extrahiert das für die Datenentscheidung und den Augenmonitor 202 erforderliche Zeitsteuerungssignal.
Jeder der Verstärker A₁, A₂, A₃, A₄ bis A_N wird durch jeweilige Steuerausgangssignale CO₁ bis CO_N gesteuert, wie in der Besprechung in Bezug auf 1 beschrieben wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann die Steuerung 100 die Abgriffsgewichtsverstärker A₁, A₂, A₃, A₄ bis A_N über die Steuerausgangssignale CO₁ bis CO_N über einen Verstärkungsbereich von 40 dB und Phasenverschiebungen von 0 oder 180 Grad hinweg verändern. Die Entscheidungs- und Augenüberwachungsschaltung 202 trifft die Datenentscheidungen und liefert außerdem ein Maß der Augenöffnung. Wie ausführlicher in der Besprechung in Bezug auf 3 erläutert werden wird, verwendet die Steuerung 100 die Augenöffnungsmessung aus der Entscheidungs- und Augenüberwachungsschaltung 202 zur Einstellung der Verstärkungen der AbgriffsgewichtsverstärkerA₁, A₂, A₃, A₄ bis A_N, um die Zwischensymbolstörungen in dem an dem Eingang 206 empfangenen optischen Signal zu minimieren. Die Steuerung 100 verwendet das Augenüberwachungsausgangssignal außerdem bei der Einstellung einer Hauptentscheidungsschwelle. Bei diesem Ausführungsbeispiel verwendet die Augenüberwachungsvorrichtung einen Hauptschwellendetektor und zwei Offsetschwellendetektoren. Die Systembitfehlerrate wird durch den Hauptschwellendetektor bestimmt und die Offsetdetektoren erzeugen Pseudofehler (die den addierten Dithersignalen D₁ bis D_N zugeschrieben werden können).
Die Steuerung stellt die Offsetschwellen ein, um eine vorbestimmte Pseudofehlerrate zu erzeugen, fixiert diese Schwellenwerte, dithert Steuersignale, zählt die Pseudofehler, stellt die Steuerparameter ein und stellt dann die Offsetschwellen ein, um nochmals die vorbestimmte Pseudofehlerrate zu erzeugen. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die Offsetschwellen so eingestellt, daß eine Pseudofehlerrate von 10^–4 erzeugt wird. Auf diese Weise werden die Offsetschwellen bei der Pseudofehlerrate 10^–4 kalibriert und die Pseudofehler werden gezählt, um Steuerinformationen für Hauptschwellenpegeleinstellungen, Zeitsteuerungsphaseneinstellungen und Entzerrerabgriffseinstellungen abzuleiten. Wie in der Besprechung in Bezug auf 1 beschrieben, überwacht die adaptive Steuerung 100 die Augengröße des Empfängers und stellt die Entzerrerabgriffe A₁, A₂, A₃, A₄ bis A_N ein, um die größtmögliche Augenöffnung zu erzeugen. Dies entspricht der besten Bitfehlerrate, die unter bestehenden Kanalbedingungen erreichbar ist. Solche Abgriffseinstellungen kompensieren zeitveränderliche Verschlechterungen des Übertragungsweges des Kommunikationssystems, wie zum Beispiel Zwischensymbolstörungen aufgrund der Polarisationsmodendispersion.
Das Flußdiagramm von 3 zeigt den Prozeß der adaptiven Steuerung gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung im Kontext einer Anwendung, bei der vier Steuerparameter unter Verwendung orthogonaler Codes endlicher Länge gedithert werden. Ein solches Dithern stellt die Steuerparameter auf Variationen in dem gesteuerten Prozeß ein. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die vier Steuerparameter Abgriffsgewichte in einem adaptiven Empfänger, wie zum Beispiel dem in der Besprechung in Bezug auf 2 beschriebenen. Bei diesem Ausführungsbeispiel beginnt der Prozeß im Schritt 300 und schreitet zum Schritt 302 voran, in dem die vier Abgriffswerte initialisiert werden. Die anfänglichen Abgriffswerte können durch Verwendung von Vorgeschichtedaten ausgewählt werden, die zum Beispiel aus der Leistung anderer Empfänger abgeleitet werden, und die über vielfältige Empfänger hinweg stabile Ergebnisse erzeugen. Wie später beschrieben wird, paßt sich nach der Verwendung dieser Anfangswerte die Steuerung an, um Steuerparameter bereitzustellen, die für den Betrieb jedes einzelnen Empfängers angemessen sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden diese Parameterwerte dann zur Verwendung, wenn der Empfänger an einem zukünftigen Zeitpunkt gestartet wird, in nicht flüchtiger Speicherung gespeichert. Vom Schritt 302 aus schreitet der Prozeß zum Schritt 303 voran, in dem die Offsetschwellen eingestellt werden, um eine vorbestimmte Pseudofehlerrate zu erzeugen.
Aus Schritt 303 schreitet der Prozeß zum Schritt 304 voran, in dem die Steuerung eine Sequenz von Ditherwerten für jeden der Abgriffe erzeugt, wobei jede Sequenz von Ditherwerten mit allen anderen Steuerparameterdithersequenzen orthogonal ist. Das Vorzeichen des Ditherwerts wird durch die Orthogonalcodewerte bestimmt (1 = positiv, 0 = negativ). Die Ditherwertbeträge sind Entwurfswahlen, die mit dem für jede Steuerparameteraktualisierung erwünschten Einstellungsgrad zusammenhängen. Wie ausführlicher in der Besprechung in Bezug auf 4 beschrieben werden wird, kann man orthogonale Codes endlicher Länge, wie zum Beispiel Walsh-Codes, zur Erzeugung solcher Sequenzen verwenden. Vom Schritt 304 aus schreitet der Prozeß zum Schritt 306 voran, in dem die vier nominalen Abgriffswerte aktualisiert werden, indem ihr i-ter Ditherwert jeder der vier Dithersequenzen zu jeweiligen aktuellen nominalen Abgriffswerten addiert werden. Nach der parallelen Aktualisierung der vier Abgriffswerte schreitet der Prozeß zum Schritt 308 voran, in dem eine Leistungsmessung genommen und gespeichert wird, wobei das i-te Leistungsmaß einer den i Ditherwerten der Dithersequenzen entsprechenden Sequenz gebildet wird. Der Prozeß schreitet dann zum Schritt 310 voran, in dem die Steuerung bestimmt, ob all Dithersignale in den j Dithersequenzen auf die Steuersignale angewandt wurden und Leistungsmessungen entsprechend diesen Dithersignalwerten genommen werden. Wenn mehr Dithersignale anzuwenden sind, kehrt der Prozeß zum Schritt 306 zurück und schreitet von dort aus wie gerade beschrieben voran.
Wenn die letzten Ditherwerte in den Steuerparametersequenzen angewandt wurden und entsprechende Leistungsmessungen genommen und gespeichert wurden, schreitet der Prozeß zum Schritt 312 voran. Im Schritt 312 korreliert die Steuerung die Sequenz von Leistungsmessungen mit jeder Dithersequenz und summiert die Ergebnisse, um für jeden der j Steuerparameter eine Korrelationssumme zu erhalten. Vom Schritt 312 aus schreitet der Prozeß zu Schritt 314 voran, in dem Steuerparameterwerte durch Addieren oder Subtrahieren jeweiliger Ditherwerte zu entsprechenden Abgriffswerten aktualisiert werden. Das heißt, jeweilige Ditherwerte werden zu nominalen Abgriffswerten für die Abgriffswerte addiert, die einer im Schritt 312 berechneten negativen Korrelationssumme entsprechen, und. jeweilige Ditherwerte werden von den nominalen Abgriffswerten für die Abgriffswerte subtrahiert, die einer im Schritt 312 berechneten positiven Korrelationssumme entsprechen. Vom Schritt 314 aus kehrt der Prozeß zum Schritt 304 zurück und schreitet von dort aus wie zuvor beschrieben voran.
Das Flußdiagramm von 4A liefert eine ausführlichere Ansicht des Teils eines Steuerprozesses gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung, der mit der Erzeugung einer Dithersequenz, der Aktualisierung nominaler Abgriffswerte und dem Speichern einer Leistungssequenz zusammenhängt, wie allgemeiner in der Besprechung in Bezug auf 3 beschrieben. Der Prozeß beginnt im Schritt 400 und schreitet von dort aus zum Schritt 402 voran, in dem eine Tabelle von Delta- oder Ditherwerten erzeugt wird. Für jeden der j Abgriffe oder Steuerausgänge werden positive und negative Deltawerte gespeichert. Eine Deltatabelle ist als Konzept in 5A gezeigt. Bei einem Anschauungsbeispiel mit vier Abgriffen werden für jeden von vier Abgriffen positive und negative Deltawerte gespeichert, sodaß sich eine Tabelle mit Einträgen +Δ₁, –Δ₁; +Δ₂, –Δ₂ _; +Δ₃, –Δ₃ bzw. +Δ₄, –Δ₄ ergibt, entsprechend den Abgriffswerten TAP1, TAP2, TAP3 und TAP4. Der Betrag jedes Deltawerts Δ_j ist von den anderen Deltawerten unabhängig, liegt im allgemeinen im Bereich von 1–10% des Betrags des entsprechenden nominalen Abgriffswerts TAP_j und wird als eine Entwurfswahl bestimmt, die mit dem Grad zusammenhängt, zu dem erwünscht wird, Abgriffswerte bei jeder Aktualisierung einzustellen. Nach der Erzeugung der Delta-Tabelle im Schritt 402 schreitet der Prozeß zu den Schritten 404 und 406 voran, in denen jeweilige Indizes I und j für die Anzahl von Bit in den orthogonalen Codes und die Anzahl von gesteuerten Abgriffswerten eingestellt werden. Die Tabelle von 5B zeigt ein 16 × 4-(i × j-)Array von Codewerten CVj für eine beispielhafte Ausführungsform mit vier Abgriffen und sechzehn-Bit-Walsh-Code.
Nach dem Einstellen der Indizes, die mit der Anzahl von Bit in den orthogonalen Codes und der Anzahl von aktualisierten Abgriffen zusammenhängen in den Schritten 404 bzw. 406, schreitet der Prozeß zum Schritt 408 voran, in dem Deltawerte abhängig von entsprechenden Codewerten ausgewählt werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel gilt: Δij = +Δj, für CVij = 1 Δij= –Δj, für CVij= 0
Schritt 410 kehrt den Prozeß zum Schritt 408 zurück, für j von 1 bis 4. Folglich würden zum Beispiel im ersten Durchgang durch die Schritte 406, 408 und 410 die Deltawerte: +Δ₁; +Δ₂ ; +Δ₃; und +Δ₄ ausgewählt, da CV₁₁, CV₁₂, CV₁₃ und CV₁₉ die Werte 1, 1, 1 und 1 haben. Im zweiten Durchgang durch die Schritte 406, 408 und 410 würden die Deltawerte : –Δ₁; –Δ₂ ; –Δ₃; und –Δ₉ ausgewält, da CV₂₁, CV₂₂, CV₂₃ und CV₂₄ die Werte 0, 0, 0 und 0 haben und so weiter.
Nach der Auswahl von vier Deltawerten in der Schleife von Schritt 406 bis Schritt 410 schreitet der Prozeß zum Schritt 412 voran, in dem alle vier Abgriffe aktualisiert werden, indem die in den vier Durchgängen durch die Schleife ausgewählten Deltawerte zu den nominalen Abgriffswerten addiert werden. Da diese Deltawerte relativ klein sind, ändern sich die aktualisierten nominalen Abgriffswerte um einen kleinen Betrag. Nach der Aktualisierung der nominalen Abgriffswerte schreitet der Prozeß zum Schritt 414 voran, in dem eine Pseudofehlerrate gemessen wird. Das heißt, bei diesem Ausführungsbeispiel liefert ein Augenmuster das Leistungsmaß, das die Steuerung 100 zur Einstellung von Steuerparametern verwendet: in diesem Fall Abgriffsgewichte. Die Augenüberwachungsschaltung ent hält einen Hauptschwellendetektor, der die Bitfehlerrate des Systems bestimmt. Zusätzlich erzeugen Hochund Niedrigschwellendetektoren Pseudofehler. Die Offsetschwellendetektoren, d. h. der Hoch- und der Niedrigschwellendetektor, liefern ein Maß der aktuellen Augenöffnung, und sie werden eingestellt, um eine Leistung innerhalb der Grenzen einer vorbestimmten annehmbaren Bitfehlerrate sicherzustellen. Wie bereits erwähnt wird das Dithersignal relativ klein ausgewählt (im allgemeinen 1–10% des jeweiligen Abgriffswerts), um so nicht die Bitfehlerrate des Empfängers zu sehr zu vergrößern, aber groß genug, um die Pseudofehlerrate zu beeinflussen. Zusätzlich werden die Hoch- und die Niedrig-Offset-Schwelle auf Werte eingestellt, die eine ausreichende Empfindlichkeit gegenüber Dithersignalen von 10^–4 PER bei diesem Ausführungsbeispiel ergeben.
Vom Schritt 414 aus schreitet der Prozeß zum Schritt 416 voran, in dem das Leistungsmaß, das mit dem durch die i-te Menge von Deltawerten aktualisierten Abgriffswerten zusammenhängt, an der i-ten Speicherstelle einer Pseudofehlerratentabelle PERi gespeichert wird, wie in der Tabelle von 5C dargestellt. Der Prozeß schreitet zum Schritt 418 voran, der den Prozeß zum Schritt 406 zurückführt, bis alle i Mengen von Abgriffsdeltawerten parallel auf die Abgriffe angewandt wurden und Pseudofehlerwerte erhalten und gespeichert wurden, wobei zu diesem Zeitpunkt dieser Teil des Prozesses abgeschlossen ist und der Prozeß im Schritt 420 durch den Verbinder A zu dem Schritt 422 von 4B voranschreitet. Durch paralleles Aktualisieren und Anwenden der Abgriffswerte wie im Schritt 412 und paralleles Bestimmen der Auswirkung der Aktualisierungen im Schritt 414 kann eine Steuerung gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung an schnelleren Steuerprozessen wirken, als es der Fall wäre, wenn jeder Steuerparameter aktualisiert werden würde, gefolgt durch ein Leistungsmaß, gefolgt durch eine weitere Abgriffsaktualisierung, gefolgt durch ein weiteres Leistungsmaß usw.
Nunmehr mit Bezug auf das Flußdiagramm von 4B schreitet der Prozeß vom Verbinder A422 zu dem Schritt 424 voran, in dem ein Index j für die Anzahl von Abgriffen (in diesem Beispiel vier) festgelegt wird. Von Schritt 424 aus schreitet der Prozeß zum Schritt 426 voran, in dem das j-te Codewort, als Beispiel Zeile 1, die Werte CVil der Codetabelle von 5B enthält, ausgewählt wird. Von Schritt 426 aus schreitet der Prozeß zum Schritt 428 voran, in dem eine variable SUM auf Null initialisiert wird. Von Schritt 428 aus schreitet der Prozeß zum Schritt 430 voran, in dem ein Index I für die Anzahl von Bit in jedem Codewort (in diesem Beispiel sechzehn) festgelegt wird. Von Schritt 430 aus schreitet der Prozeß zu dem Entscheidungsblock von Schritt 432 weiter, in dem bestimmt wird, ob der Codewert gleich eins ist, und wenn dies der Fall ist, schreitet der Prozeß zum Schritt 436 voran, in dem der in Schritt 416 gespeicherte Pseudofehlerwert PER_i zu der variablen SUM addiert wird. Wenn dagegen im Schritt 432 bestimmt wird, daß der Wert CV_ij nicht gleich eins ist, dann schreitet der Prozeß zum Schritt 434 voran, in dem der im Schritt 416 gesteuerte Pseudofehlerwert PERi von der variablen SUM subtrahiert wird. Der Prozeß schreitet entweder von Schritt 436 oder von 434 aus zum Schritt 438 weiter und kehrt zum Schritt 432 zurück, bis jeder der i Pseudofehlerwerte PERi, die in der Pseudofehlertabelle gespeichert sind, auf diese Weise mit jedem Codewert CV_ij entsprechend dem j-ten Abgriff korreliert worden ist, und sobald dies abgeschlossen ist, schreitet der Prozeß zum Schritt 440 voran, in dem der Korrelationswert CORRSUM_j für den j-ten Abgriff gleich dem Ergebnis SUM der die Schritte 432, 434, 436 und 438 umfassenden Schleife gesetzt wird.
Im Schritt 442 bestimmt die Steuerung, ob für alle j der TAPs (Abgriffe) eine Korrelationssumme CORRSUM_j berechnet wurde, und wenn nicht, kehrt der Prozeß zum Schritt 426 zurück und von dort aus wie zuvor beschrieben. Wenn für alle j der TAPs eine Korrelationssumme CORRSUM_j berechnet wurde, schreitet der Prozeß von Schritt 442 zum Schritt 444 voran, in dem ein Index j durch jeden der vier TAP-Werte auf Wiederholung durch Schritt 452 initialisiert wird. Vom Schritt 444 aus schreitet der Prozeß zum Schritt 446 voran, in dem die Steuerung bestimmt, ob der Wert von CORRSUM_j negativ ist. Wenn dies der Fall ist, schreitet der Prozeß zum Schritt 448 voran, in dem der entsprechende Abgriffswert TAP_j aktualisiert wird, indem der entsprechende Abgriffsdeltawert von dem aktuellen Abgriffswert TAP_j subtrahiert wird. Wenn dagegen die Steuerung im Schritt 446 bestimmt, daß der Wert CORRSUM_j Null oder größer ist, schreitet der Prozeß zum Schritt 450 voran, in dem der entsprechende Abgriffswert TAP_j aktualisiert wird, indem der entsprechende Abgriffsdeltawert zu dem aktuellen Abgriffswert TAP_j addiert wird. Von Schritt 452 aus schreitet der Prozeß zum Schritt 454 voran, in dem alle tatsächlichen Ausgangssteuerwerte, die Abgriffswerte, auf die in der Schleife von Schritt 444 bis 452 gebildeten Werte aktualisiert werden. Von Schritt 454 aus kehrt der Prozeß durch die Verbinder B456 von 4B und B458 von 4A zum Schritt 402 zurück.
Die obige Beschreibung spezifischer Ausführungsformen der Erfindung wurde zum Zweck der Veranschaulichung und Beschreibung vorgestellt. Sie soll die Erfindung nicht erschöpfen oder auf die genauen offengelegten Formen begrenzen, und im Hinblick auf die obigen Lehren sind viele Modifikationen und Varianten möglich. Die Ausführungsformen wurden so gewählt und beschrieben, daß die Prinzipien der Erfindung und ihre praktische Anwendung am besten erläutert werden, sodaß dadurch andere Fachleute die Erfindung am besten ausnutzen können. Es ist beabsichtigt, daß der Schutzumfang der Erfindung nur durch die angefügten Ansprüche begrenzt wird.

Claims

Verfahren zur adaptiven Steuerung eines Prozesses, mit den folgenden Schritten: (A) gleichzeitiges Anwenden entsprechender Elemente von Sequenzen unkorrelierter Dithersignale auf mehrere Steuersignale; (B) Messen der Leistung des Prozesses, die jedem gleichzeitigen Anwenden der geditherten Steuersignale entspricht, und Wiederholen der Leistungsmessung durch die sequentielle, parallele Anwendung der Steuersignale hindurch; (C) Speichern der resultierenden Sequenz von Leistungsmessungen; (D) Korrelieren der Sequenz von Leistungsmaßen mit jeder der Dithersequenzen, um eine Sequenz von Korrelatorausgaben für jedes der Steuersignale zu bilden; (E) Integrieren jeder der Sequenzen von Korrelatorausgangssequenzen; und (F) Addieren oder Subtrahieren des Werts ihres entsprechenden Dithersignals von den Steuersignalwerten, wobei das Addieren oder Subtrahieren von dem Wert der entsprechenden integrierten Korrelatorausgabe abhängt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt (B) des Messens der Leistung den folgenden Schritt umfaßt: (B1) Überwachen einer Vorwärtsfehlerkorrekturvorrichtung.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt (B) des Messens der Leistung den folgenden Schritt umfaßt: (B2) Messen der spektralen Form eines Ausgangssignals.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt (B) des Messens der Leistung den folgenden Schritt umfaßt: (B3) Messen eines Basisband-Augenmusters eines Ausgangssignals.
Verfahren zur adaptiven Entzerrung, mit den folgenden Schritten: Empfangen und Aufteilen eines Kommunikationssignals in Teile; Verstärken jedes der aufgeteilten Teile eines Signals mit verstärkungsgeregelten Verstärkern; Kombinieren der verstärkten aufgeteilten Teile des Signals; Empfangen des kombinierten Signals und Erzeugen eines Fehlersignals; und adaptives Steuern der Steuersignale, die die verstärkungsgeregelten Verstärker steuern, gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Schritt (A) des Anwendens eines Dithersignals den folgenden Schritt umfaßt: (A1) Erzeugen einer Dithersequenz für jede von mehreren Steuerausgaben, wobei für jeden der Steuerparameter eine andere Codesequenz verwendet wird, wobei jede der Codesequenzen im wesentlichen zu jeder der anderen Codesequenzen orthogonal ist.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Schritt (A1) des Erzeugens einer Dithersequenz den folgenden Schritt umfaßt: (A2) Verwenden orthogonaler Codes endlicher Länge für die Codesequenzen.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Schritt (A1) des Erzeugens einer Dithersequenz den folgenden Schritt umfaßt: (A3) Verwenden von Walsh-Codes für die Codesequenzen.
Adaptive Steuerung, umfassend: einen Dithersignalgenerator, der so konfiguriert ist, daß er für jedes von mehreren Steuersignalen eine Sequenz unkorrelierter Dithersignale erzeugt und die Dithersignale parallel auf alle Steuersignale anwendet; eine Leistungsmeßvorrichtung, die so konfiguriert ist, daß sie ein Leistungsmaß entsprechend jeder parallelen Anwendung der Steuersignale durch die Sequenzen hindurch mißt und die resultierende Sequenz von Leistungsmessungen speichert; einen Korrelator, der so konfiguriert ist, daß er die Sequenz von Leistungsmaßen mit jeder der Dithersequenzen korreliert, um eine Sequenz von Korrelatorausgaben für jedes der Steuersignale zu bilden; einen Integrierer, der so konfiguriert ist, daß er jede der Korrelatorausgangssequenzen integriert; und eine Steuersignalaktualisierungseinrichtung, die so konfiguriert ist, daß sie von den Steuersignalwerten den Wert ihres entsprechenden Dithersignals addiert oder subtrahiert, wobei das Addieren oder Subtrahieren von dem Wert der entsprechenden integrierten Korrelatorausgabe abhängt.
Adaptiver Entzerrer, umfassend: einen Aufteiler, der so geschaltet ist, daß er ein Kommunikationssignal empfängt und in Teile aufteilt; mehrere verstärkungsgeregelte Verstärker, die jeweils so geschaltet sind, daß sie einen der aufgeteilten Teile eines Signals empfangen und verstärken; einen Kombinierer, der so geschaltet ist, daß er die verstärkten Teile des Signals kombiniert; eine Entscheidungs- und Augenmusterüberwachungsschaltung, die so geschaltet ist, daß sie das kombinierte Signal empfängt und ein Fehlersignal erzeugt; und eine adaptive Steuerung nach Anspruch 9, die so konfiguriert ist, daß sie das Fehlersignal von der Entscheidungs- und Augenmusterüberwachungsschaltung empfängt und Steuersignale erzeugt, die die Verstärkung der verstärkungsgeregelten Verstärker steuern.