SE446241B - Ekosperr med hogpassfilter - Google Patents

Description

8003539-7 har man konstruerat kretsar som så mycket som möjligt minskar störningarna. Dessa.kretsar går under namnet ekospärrar.

Som framgår av referenserna 1, 2 och 3 innefattar en ekospärr oftast: - en justerbar signalbehandlare ansluten till det enkelriktade sändningsspàret - en skillnadsalstrare ansluten till mottagningsspà- ret som alstrar en restsignal som motsvarar skillnaden mellan signalen i mottagningsspåret och signalen från signalbehandla- ren - en justerare som enligt styrsignaler justerar signalbehandlaren _ - en styrsignalsalstrare som påverkas av restsignalen.

Allt efter signalen i sändningsspåret alstrar signal- behandlaren en konstgjord ekosígnal som till formen så nära som omöjligt överensstämmer med det väntade ekot. Graden av överens- 'stämmelse beror på signalbehandlarens inställning, vilken sköts av justeraren. Denna justerare som påverkas av styrsignalsalst- raren är byggd så, att den från restsignalen skall kunna här- leda en signal motsvarande den icke bortskaffade ekosignalen i restsignalen, det s.k. restekot, och stegvis justera signal- behandlaren tills ett minimivärde av restekots kvadratmedelvär- *de uppnås.

Som antyds i referenserna 1, 2 och 5 består styr- signalsalstraren oftast av enl/D-omvandlare som mottar rest- signalen och omvandlar den till digital form. Vid omvandlingen samplas först restsignalen med lämplig frekvens. När vår eko- spärr används i ett datamodem som sänder och mottar datasigna- ler med symbolhastigheten 1/T kan man också välja samplings- frekvensen som samma värde (se referens 1).

Signalbehandlaren är lämpligen ett icke rekursivt digitalfilter, vars koefficíenter bestäms av justeraren (se referenserna 1 och 5).

Justeraren innefattar en digital korrelator som be- står av en multiplicerande anordning och en ackumulator. Till multiplikatorn kommer signaler från signalbehandlaren och styr- signalen. Nultiplikatorn påverkar så ackumulatorn, vars inne- håll den önskade filterkoefficienten läses icke destruktivt med symbolhastigheten 1/T. 8003539-7 Nan har märkt, att de föregående ekospärrarna som i och för sig fungerade nöjaktigt kunde bli ännu bättre, om signalbehandlaren byggdes som ett interpolerande digitalfil- ter med interpolationsfaktorn M (oftast heltal). Samplingspul- serna måste då komma till A/D-omvandlaren med frekvensen M/T.

Uppfinningen vill på ett enkelt sätt förbättra rest- signalen.

Därför seriekopplas med styrsignalsalstraren ett hög- passfilter med A/D-omvandlaren.

Uppfinningen är resultatet av försök, vari de sökan- de fann att restsignalens kvalitet stundom kraftigt försämra- des. Vidare undersökningar visade, att detta har samband med de långa symboltåg av ett visst första slag (t.ex. ettor) som kan uppträda i dazenkelriktade sändspåret.

Ett sådant tåg av likadana symboler motsvarar ju en likström, vilken då korreleras med alla andra likströmssigna- ler från styrsígnalsalstraren som t.ex. drifter och offset i ekospärren eller dess kringutrustning. Dessa likströmssignaler påverkar kraftigt ackumulatorinnehållet i korrelatorn och där- med filterkoefficienten på ett opåkallat sätt. Restekot ökar därvid kraftigt.

Figurbeskrivning: fig. 1 visar schematiskt en del av ett dataöverförings- system.

Fig. 2 visar en justerbar signalbehandlare och en justeringsanordning.

Fig. 5 visar utförligare en del av en korrelerings- krets, som ingår i justeringsanordningen i fig. 2.

Fig. 4 visar några frekvensspektra som förklarar över- föringssystemet i fig. 1.

Fig. 5 visar ett annat utförande av överföringssyste- met i fig. 1.

Fig. 6 visar några frekvensspektra som förklarar över- föringssystemet i fig. 5.

Fig. 7 visar schematiskt en ingångskrets för en signal- behandlingsanordning, då restsignalens samplingsfrekvens är M gånger högre än symbolhastigheten.

Referenser. 1. Anordning för samtidig dubbelriktad överföring över tvåtrådsledningar, holländsk patentansökan nummer 7 607 05? (IH 8446). 8003539-7 4 2. Anpassbar ekospärr i svår omgivning (icke linjär eller tidsberoende) E.J. Thomas; The Bell Systems Technical Journal, Vol. 50, No. 8, oktober 1971; sidorna 2779 - 2795, isynnerhet fig. 1, sid. 2781. 5. Ekospärr med anpassban:transversalfilter med pseudo-logaritmisk kodning; O.A. Horna; Comsat Technical Review, V01. 7, No. 2, hösten 1977, sid. 959 - 428. 4. Passbandig datadriven ekospärr med helduplexöver- föring på tvåtrådsledning - S.B. Weinstein; IEEE Transactions on Communications, Vol. COM-25, No. 7, juli 1977, sid. 654 - 666. ' 5. Digital ekospärr i dataöverföringsmodem utnyttjan- de bärvàgsmodulering; holländsk patentansökan nr 7 804 408 (PHF 77-5010)- 6. Ny digital ekospärr för tvàtråds helduplex data- överföring, K.H. Müller; IEEE Transactions on Communications, Vol. COM-24, No. 9, september 1976, sid. 956 - 962. 7. Anordning för att omvandla diskreta signaler till en diskret ensidbands frekvensmultiplexsignal eller tvärtom, holländsk patentansökan nr 7 705 655 (PHN 5781). 8. Digitalfilter; holländsk patentansökan nr 7 400 761 (PHN 6885). 9. Parallella digitala interpoleringsfilter avsedda att öka sampelfrekvensen; H. Urkowitz; IEEE Transactions on Circuit and Systems, Vol. CAS-22, No. 2, februari 1975, sid. 146 - 154. 10. Nio digítalfilter för decimering och interpole- ring; D.J. Goodman, M.J. Carey; IEEE Transactions on Acoustics, Speech and Signal Processing, Vol. ASSP-25, No. 2, april 1977, sid. 121 - 126.

I fig. 1 ses ett blockdiagram över en del av ett data- överföringssystem, bestående av det enkelriktade sändningsspå- ret 1, ett enkelriktat mottagningsspår 2 förutom det dubbelrik- tade spåret 5 som står i förbindelse med varandra genom en gaffel 4. Balansen 5 har till uppgift att anpassa gaffelns impedans till det dubbelriktade spårets.

I det aktuella systemet finns i sändningsspàret 1 ett làgpassfilter 6. En datakälla 7 som anger tecknen a(k) står i förbindelse med sändningsspåret. k betyder i detta fall teck- 8003539-7 5 nets ordningstal. Tecknen kommer med frekvensen 1/T. En klock- signal går till datakällan via klockingången 8. Klocksignalens pulsrepetitionsfrekvens är också 1/T.

I det aktuella utförandet finns i det enkelriktade mot- tagningsspåret 2 ett lågpassfilter 9 och en pulsuppfriskare 10.

På utgångssidan av làgpassfiltret 9 uppträder en signal s(t) motsvarande en filtrerad analogversion av en datasignal med tecknen b(k), som utsänds av den yttre datakällan över det dubbelriktade spåret till gaffeln 4, som skickar dessa tecken på mottagningsspåret 2. Dessa tecken antas också komma med frekvensen 1/T, varför pulsuppfriskaren 10 styrs av en klock- signal med pulsfrekvensen 1/T och sänder ut tecknen igen med samma frekvens. I Klocksignalen som går till pulsuppfriskaren 10 alstras av en klockavkänningskrets 11, som har anslutits till mottag- ningsspåret 2 och från där mottagna signaler på känt sätt alstrar klocksignaler. Om dessa även får gå in på datakällans 7 klockingång 8 kallas överföringssystemet "homokront", om klocksignalsingången matas med en särskild klocka "plesio- kront".

Då i praktiken det dubbelriktade spårets 5 impedans är ofullständigt känd, blir balanseringsnätet ej en fullkom- lig avslutning till gaffeln 4, varför läckage uppstår från sändspåret 1 till mottagningsspåret. Dessutom uppkommer reflektioner som resultat av impedansdiskontinuiteter i det dubbelriktade spåret 5. Bägge dessa effekter skapar ekosigna- ler på utgången av làgpassfiltret 6 i mottagningsspåret 2.

Ekosignalerna på utgången av làgpassfiltret 9 kallas i fort- sättningen e(t).

För att i möjligaste mån begränsa de störande eko- signalerna innefattar överföringssystemet i fig. 1 en ekospärr 12 som innehåller en justerbar signalbehandlare 13 ansluten till det enkelriktade sändspåret 1. Denna signalbehandlare 15 kan byggas på konventionellt sätt som ett digitalfilter med justerbara filterkoefficienter, helst ett icke-rekursivt digi- talfilter (se referenserna 4 och 6). Signalbehandlaren 15 av- ger konstgjort eko @(i) i digitalform, som omvandlas av en digital analogomvandlare 14 till en tidskontinuerlig och amplituddiskret signal ë(t), vilken i sin tur av det analoga làgpassfiltret 15 omvandlas till en både tids- och amplitud- kontinuerlig signal ë(t), som kan kallas analogsignal. Denna 8003539-7 analoga konstgjorda ekosignal $(t) matas in på subtraktions- kretsen 16 och dras ifrån signalen i mottagningsspåret 2.

En restsignal r(t) = s(t) + e(t) - ë(t), som innehåller ett resteko e(t) - ëït) med mycket liten amplitud, lämnar nu subtraktionskretsen 16 och går in på pulsuppïriskaren 10.

För att kunna justera signalbehandlaren 15 finns en till denna ansluten justeringsanordning 17, som mottar digi- tala styrsignaler från styrsignalsalstraren 18. Nedanstående avsnitt ger en fylligare framställning av hur signalbehandla- ren och dess justeringsanordning bör vara konstruerade.

Styrsignalsalstraren 18 innefattar ett högpassfilter 19, som mottar restsignalen r(t) och därvid avger en analog utsignal'ï(t), vilken inmatas till samplingsanordningen 20, som släpper fram samplen.ÉKi) eller $(t). Här avser i samplets ordningstal. Samplena matas in till A/D-omvandlaren 21, som överför varje sampel ï(i) till ett tal ï(i) i binärkod. Dessa .tal $(i) utgör sedan den digitala styrsignal, som får påverka justeringsanordningen 17.

Samplaren 20 styrs av samplingspulser från en frekvens- multiplikator 22 som verkar på de klockpulser som matats in på datakällan 7. Frekvensmultiplikatorn har multipliceringsfaktorn M, varför samplingsfrekvensen blir M/T. Vi förutsätter i det följande, att M är ett positivt heltal, som kan vara lika med ett.

(Signalbehandlaren och justeringsanordningen) Ett utförande av sígnalbehandlaren 15 i ekospärren 12 vi- sas i fig. 2. Sígnalbehandlaren innefattar ett skiftregister 25 som lagrar datatecknen a"(i). Detta skiftregister har N stycken element 25(O), 25(1), ..., 25(N-1), vardera med tidsfördröj- ningen Qf. Härefter kommer registerelement nummer q att kallas 25(g), där q kan vara O, 1, 2, ..., N-1. Registerelementen 25(q) lagrar tecknen a (i), vilka skickas till multiplicerar- na 24(g),_alltsà N stycken. En koefficient c (i) ur mängden av N koefficienter c°(i), c1(i), .)., cN_1(i) gar också in till multipliceringsanordningen 24(q). Koefficienterna alstras i justeraren 17. De N stycken produkterna som samtidigt skapas i de N stycken multiplicerarna 24(g) adderas i adderaren 25 och summan bildar det konstgjorda ekosamplet ê(i).

Som nämnts ovan bildas koefficienterna cq(i) av den 7 sooss39-7 justeringsanordning 17, som för ändamålet försetts med N stycken korrelationskretsar 26(O), 26(1), ..., 26(N~1), vari korrelatíonskretsen nummer q betecknas 26(q). Till korrela- tionskretsen 26(g) mottas digitalsignalen r(i) från A/D-om- vandlaren 21 samt utsignalen aq(i) från skiftregisterelemen- tet 25(g). _ I fig. 5 visas i detalj ett utförande av korrelations- kretsen 26(q), som innefattar en förstärkare 27 som mottar digitalsignalen ÉKi) från A/D-omvandlaren 21 och tecknen a (i). Den erhållna produkten multipliceras vidare i en andra multiplikator 28 med en faktor G med absolutbeloppet mindre än ett, för att alstra en produkt Zßc (i), som anger hur mycket c (i) bör ändras för att ytterligare minska restekot e(t) - 'É t). Dessa storheter jßc (i) inmatas till en ackumulator 29, som på känt sätt består av en adderare 50 och ett fördröj- ningssteg 51 med fördröjningstiden Q”. Som svar på inmat- ningen av talet Ååc (i) avger ackumulatorn koefficienten c (i+1) som är lika med c (i) + Zšc fi).

Om vi nu speciellt antar, att cq(O) = O, så gäller 1 (1) cq(i+'l) = ä OUrYn) a“(n-g_) n=O där a"(n-g) = aq(n).

Det gäller vidare i N-1 <2> em = š cq<1>a"<1-q> q=O Om vi nu antar att restsignalen r(t) direkt går in på samp: lingsanordningen, så att (5) $(n) = S(n) + e(n) -'5(n) så kan ekvation 1 skrivas i i (4) cq(i+'l) = å o({e(n)-e(n)-} a“(n-q) n=O n=O Eftersom s(n) och a“(n) är okorrelerade, gäller soossss-7 8 "(5) lim 0 i-à oo n=O varav för höga värden på i gäller i (6) 0q(i+1) = E (X {e(n) - e(n) } a“(n-q) n=O Från ekvation 6 följer att koefficienten c (i+1) i huvudsak bestämmas av restekot e(n)-É(n). Eftersom vår ekospärr är av- sedd att minska ner restekot e(n) -'ë(n) till noll, påverkas restsignalens kvalitet inte av drifter och offsetfenomen, vil- ket förklaras sålunda: * _ drifter och offsetfenomen kan betraktas som en lik- strömssignal p(t) som enligt fig. 1 adderas till restsignalen, som då skrivas (7) rü) = SCC) + P02) + eít) -'ê(t) För tillräckligt stora värden på i följer av ekvationerna (4), (5) 0Ch (7) att i i__ <8) c (inte: p awn-q) +°-ë} awn-q» q n=O n=O Eftersom datasignalen a"(n) i allmänhet inte innehål- 'ler någon likströmskomponent, kan man finna sådana i-värden att för konstant p(t) det gäller, att i (9) L PCH) a"(n-q) = 0- n=O Om däremot datasignalen verkligen innehåller en lik- strömsterm, kan ekvation (9) ej fås att gälla. Likströmssigna- len pfin) påverkar nu c (i+1). Då anpassar signalbehandlaren 15 sig, så att den konstgjorda signalen ungefär blir: 'ë(t) = e(t) + p(t) så att restsignalen r(t) blir ungefär lika med s(t)._Därför påverkar drifter och offsetfenomen i stort sett inte restsignalens r(t) kvalitet som i idealfallet blir exakt lika med s(t). Fastän driftar och offsetfenomen ej på- verkar signalbehandlarens inställning eller tas ut av det konstgjorda ekot, befanns vid experimenten att dessa fenomen drastiskt kunde påverka restsignalens kvalitet. Detta tycks kunna tillskrivas det förhållande, att datasignalen a(k) ibland innehåller långa tåg av ensartade symboler. Därvid blir alla 9 soussse-7 tecknen i skiftregistret 25 i signalbehandlaren 15 lika under flera samplingsperioder, alla koefficienterna ändras lika mycket åt samma håll på grund av första termen i ekvation (8), som såsom nedan förklaras blir restsignalens kvalitet sämre.

Antag nu att rKt) återigen får gå in på samplingsan- ordningen 20, så att ;(t) = r(t), och att alla N tecknen a"(n-q) i skiftregistret 25 är ettor för alla n, n1$n é na.

De i samplingsperioden n1-1 beräknade koefficienterna kallas nu c (nq-1).

Om nu p(n) = O för alla n, följer det av ekvation (2) att i samplingsperiodenn1+k+1, där O\ gjort ekosignalsampél @(n1fik+1) bestäms enligt N-1 ~ (10) @(n1+k+1) = E cq(n1+k+1) g=O = ê(n,]-k) +O(N {e(n,|+k) - 'ê(n,]+k)} Om likströmskomponenten p(n) från och med samplings- perioden nq antar ett konstant värde, följer av ekvationerna (2), (8) och (10) att i samplingsperioden n1+k+1 ett konstgjort signalsampel ê'(n1+k+1) bestäms för vilket gäflerz (11) ewnïka>=e+<><1w pçn) + po.

I ekvation (11) motsvarar O(M.2N2) ett polynom i (XZNE, vilket i praktiken är försumbart jämfört med OKN. Från ekvation (11) framgår även, att det konstgjorda ekot i samp- lingsperioden n1+k+1 i närvaro av p(n) och när alla a (n) är ettor, med D(N(k+1) p(n) överskrider det konstgjorda ekosamp- let som erhållits utan drifter och offsetfenomen. För att bort- skaffa verkningarna av dessa fenomen får enligt fig. 1 rest- signalen r(t) inte direkt gå in på samplingsanordningen 20, utan först när den passerat ett högpassfilter 19, som skär bort restsignalens làgfrekvenskomponenter och därmed även lik- strömskomponenterna från 'driftar och offsetfenomen. Högpass- filtrets verkningssätt framgår av fig. 4. Vid a visas rest- signalens r(t) frekvensspektrum R(f). Ett idealiskt högpass- filter visas vid b, och utsignalens ï(t) frekvensspektrum §(f) efter högpassfiltret visas vid c. När man låter signalen ?(t) samplas av samplingsanordningen 20, fås utsignalen r(i) med frekvensspektrat F(f), som visas vid d i fig. 4. 80035139-7 (Modifíeringar) 1. Såsom framgår av fig. 4 innehåller inte signalen ï(i) och därmed ej heller styrsignalen í(i) några lågfrekvens- komponenter eller komponenter nära samplingsfrekvensen M/T.

Frekvensspektrat vid d i fig. 4 kan i stället för analogfilter fås med digitalt högpassfilter på det i fig. 1 utmärkta stäl- let, som styrsignalen passerar på väg till justeringsanord- ningen. 2. Frånvaron av de frekvenskomponenter som visas i ovanstående, som motsvarar lågfrekvenskomponenter i restsigna- len r(t) medför att signalbehandlaren ej påverkas av dessa re- lativt stora lågfrekvenskomponenter. Denna nackdel kan dock lätt avhjälpas, nämligen genom att ta bort lågpassfiltret 15 från ekospärren i fig. 1 och genom att låta utsignalen ê(t) från A/D-omvandlaren 14 direkt påverka adderaren 16. 5. En ytterligare möjlighet att erhålla restsignalens lågfrekvenskomponenter med uteslutning av drifter och offset- fenomen i styrsignalen É(i) visas i fig. 5. I denna version har mellan adderaren 16 och högpassfiltret 19 en anordning 52 insatts, understundom benämnd “track and hold" som styrs med klockpulsfrekvensen M/T. En dylik anordning arbetar på följande vis: inom en samplingsperiod T/M kvarhålles ett sampel av signalen r(t) = p(t) + s(t) + e(t) - É(t) för en förutbestämd tid G, men spåras resten av perioden. När anordningens 32 ut- signal betecknas r'(t) kan man matematiskt skriva r'(t) = r(mT/M) när mT/I'1$t\ = r(t) för större värden på t m = O, 11, i2, ... * För likströmskomponenten p(t) kan denna anordning 52 jämställas med en direktförbindelse. Frekvensspektrat R(f) för restsignalen r(t), vilken innehåller en kraftig likströmskom- ponent p(t) visas i fig. 6 vid a. Frekvensspektrum R'(f) för utsignalen r'(t) från anordningen 52 visas vid b. Ett idealt högpassfilters överföringsfunktion H(f) visas vid c. Som svar på signalen r'(t) avger högpassfiltret 19 signalen r(t), vars frekvensspektrumf§(f) visas vid d i fig. 6. Slutligen visas vid e frekvensspektrat É(f) för den tidsdiskreta styrsignalen ”f-(i). 4. En jämförelse av fig. 4 och 6 utvisar, att hög- passfiltret 19 i fig. 1 äkfl'iden första modifieringen måste ha 8003539-7 14 en låg gränsfrekvens fg. I anordningarna enligt 2 och 5 som visas i fig. 5 däremot, tillåts ett avsevärt högre värde på gränsfrekvensen, ja upp till M/2T. 1. Skulle multipliceringsfaktorn M i överföringssystemen i fig. 1 och 5 väljas större än ett, blir tídsfördröjningen för skiftregisterelementen 25(g) (se fig. 2) och i tidsför- dröjningsanordningen 50 (se fig. 5) lika med T/M och styrsignal- sampien än) kammar med hastigheten M/T. Nu kan ej längre teck- nen a(k) direkt matas in i skiftregistret, 25, utan måste först omvandlas i en ingångskrets till hjälptecknen a"(i), som kom- mer med hastigheten M/T. Denna ingångskrets kan utföras en- ligt beskrivningen i referens 4 av en N-lägesomkopplare, men enligt standardpraxis i digitala sammanhang brukar man utföra kretsen enligt fig. 7. I denna samplas datasymbolerna a(k) av anordningen 55, varefter dessa sampels tas emot av en inter- polator 54. Samplingsanordningen 55 mottar samplingspulser med frekvensen 1/T, dvs. endast samplet a'(k) bildas vid tiden kT och är lika med a(k). Dessa signalsampel a'(k) mottas av inter- polatorn 54, som insätter M-1 stycken nollsampels mellan två på varandra följande sampels a'(k) (se referens 7). Interpola- torn avger alltså digitalsignalen a"(i) för vilken gäller: a"(i) = a'(i/M) för i = O, ih, ¿2M ... = 0 för andra i-värden.

Som redan nämnts í.referens 7 kallas kombinationen interpolatorn 54 och digitalfiltret 15 som tjänar som signal- behandlare, ett interpolerande digitalfilter. Ett sådant bru- kar ofta ha sina verkningssätt kombinerade, se referenserna 8, 9 och 10. 2. Fig. 1 och 5 beskriver byggnaden av ett s.k. bas- bandigt datamodem, där datatecknen a(k) får gå igenom ett låg- passfilter 6 innan de kommer till gaffeln 4. Men även talbands- överföring är här möjlig. I detta fallet måste en modulerare som säkerställer att datasignalen till gaffeln 4 ligger i frekvensbandet 500 - 5 400 Hz inplaceras mellan datakällan 7 och filtret 6. 5. Om ovannämnda modulator insatts i sändspàret mel- lan datakällan 7 och den punkt, dit signalbehandlaren 15 an- sluter, behöver man oftast en A/D-omvandlare som ger flerbits- ord till kombinationen samplare 55 och interpolator 54 enligt 8003559-7 12 fig. 7. 4. En annan möjlighet är att placera modulatorn i sänd- spåret 1 mellan anslutningen från signalbehandlaren 15 och filtret, men då måste signalbehandlaren också tjäna som modu- lerare, eventuellt enligt referenserna 4 eller 5. 5. Ett linjärt kodningsnät, t.ex. en bifaskodare, kan insättas mellan signalbehandlarens15 anslutning till sändspå- ret 1 och filtret 6.

Claims (2)

B soosssa-7 Patentkrav

1. Ekospärr innefattande: - en justerbar signalbehandlingsanordning förbunden med ett första spår av två enkelriktade överföringsspår i ett överföringssystem - ett kombinationsmedel anslutet till det andra spå- ret av de bägge ovannämnda enkelriktade spåren anordnat att kombinera signaler i det andra spåret med signaler från signal- behandlíngsanordningen för att avge en restsignal - justeringsanordningar som påverkas av en styrsignal och justerar signalbehandlingsanordningen - medel som pâverkas av restsignalen och alstrar styr- sígnaler och innefattar medel för att omvandla restsignalen till digitalsignal k ä n n e t e c k n a d av att medlet som alstrar styrsigna- len innefattar ett högpassfilter i kaskad med omvandlinge- medlet.

2. Ekospärr enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att en "sample and hold"-krets av "track and hold"-typ är insatt mellan kombinatíonsmedlet och det styrsignalsalstrande medlet.