DE1812835A1 - Selbstabgleichender Entzerrer fuer einen sich zeitlich veraendernden UEbertragungskanal - Google Patents

Description

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Patentanwalt 1 ο ι

7 Stuttgart -Feuerbach 'Ö I

Kurze Strasse 8

L.S. Moye - ]5

INTERNATIONAL STANDARD ELECTRIC CORPORATION, NEW YORK

Selbstabgleichender Entzerrer für einen sich zeitlich verändernden Übertragungskanal

Die Priorität der Anmeldung Nr. 55 743/67 vom 7. Dezember I967 in Großbritannien wird in Anspruch genommen.

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Entzerrer für zeitlich sich in ihren Ubertragungseigenschaften ändernde Kanäle, wie z.B. durch Wahl angeschaltete Fernsprechleitungen (Wählverbindungen im Gegensatz zu fest durchgeschalteten Verbindungen oder Kanälen), welche für die Übertragung von digitalen Daten verwendet werden.

Wenn ein digitales Signal über einen hinsichtlich seiner Übertragungseigenschaften sich ändernden Kanal übertragen wird, entstehen Zeiohenverzerrungen, welche die Fehlerwahrscheinlichkeit im Empfänger erhöht. Um diese Zeichenverzerrungen herabzusetzen oder ganz auszulöschen, wird im Empfänger ein Entzerrer verwendet. Dieser ist ein Netzwerk, welches so gestaltet ist, daß es in irgendeinem Zeitpunkt die empfangenen Zeichen mit den vorangehenden und nachfolgenden Zeichen in Beziehung bringt und dadurch ein resultierendes Ausgangssignal erzeugt, in welchem die Verzerrungen beseitigt sind. Eine Ausführungsform eines solchen Entzerrnetzwerkes besteht aus einer mit Anzapfungen versehenen Verzögerungsleitung, welcher die ankommenden Signale zugeführt werden. Die Ausgangssignale an den Anzapfungen werden in einstellbaren Verhältnissen zueinander addiert.

Dr.Le/Or «08836/12*8

3. Dez. Ι96Θ

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Gegenstand der Erfindung ist ein Entzerrer für einen sioh zeitlich ändernden Kanal, welcher sich auszeichnet durch einen Vorwärts- und einen RUckfUhrungsteil, wobei- jeder Teil eine erste angezapfte Verzögerungsleitung aufweist^ welcher ein Eingangssignal zugeführt wird, und bei denen die an den Anzapfungen auftretenden Ausgangssignale in einstellbaren Verhältnissen zueinander addiert werden und die addierten Ausgangssignale Jedes Teils miteinander addiert werden, weiter durch eine Detektorschaltung, deren Eingangssignal die kombinierten Ausgangssignale der genannten beiden Teile ist, wobei das Eingangssignal für den Vorwärtsteil ein vom Kanal ankommendes Signal ist und das Eingangssignal für den Rückführungsteil das Ausgangssignal des Detektor, ist, ferner durch Mittel zur Gewinnung eines Fehlersignals, welches gleich der Differenz zwischen dem Eingangssignal und dem Ausgangssignal des Detektors ist, und schließlich durch Mittel, um gemäß einer Punktion des Fehlersignals die einstellbaren Verhältnisse zu verändern, gemäß welchen die an den Anzapfungen auftretenden verzögerten Ausgangssignale zueinander addiert werden.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert, in welchen:

Die Fig. 1 einen statischen Entzerrer zeigt, welcher eine mit Anzapfungen versehene Verzögerungsleitung verwendet;

die Fig. 2 ein typisches Kanalimpuls-Verhalten eines sich zeitlich ändernden Kanals; und

die Fig. 3 einen sich selbst anpassenden Entzerrer mit Entscheid-Rückführung gemäß der Erfindung zeigt.

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Bel der Behandlung von Zeiohenverzerrungen von digitalen Signalen« welohe im Empfänger in diskreten Intervallen abgetastet werden, 1st es lediglich nötig, die Signale zu den Abtastzeltpunkten zu betrachten.

Falls die übertragene Folge dargestellt 1st durch (...x «, "Si-I* *n* "Sh-I*'"^ ^{und die em}P^fanS^ene Folge durch

(...y rt*y i#y#y.i*y.o···) läßt sich die Beziehung \ *n-2 n-l η "n+i ^tfn+H '

zwischen diesen Folgen darstellen durch

N <

^yn - £_ ^xn-r · ^ar
r=*0

wo y nur vergangene Werte von χ enthält. Theoretisch ist N selbstverständlich unendlich groß, aber in der Praxis kann N immer als endlich betrachtet werden.

Die konventionelle Art von Entzerrern ist in der Fig. 1 dargestellt. Das empfangene Signal wird in einer Verzögerungsleitung 1 verzögert, welche Anzapfungen in Abständen der Abtastperioden 0t aufweist, und die an den Anzapfungen auftretenden Ausgangssignale werden in einstellbaren Ver- ( haitnissen b_ addiert, welche bestimmt sind durch den Anzapfungen zugeordnete Verstärkungs- oder DämpfunfeSglieder 2, von denen jedes seinen :
bp...b ., b aufweist.

von denen jedes seinen individuellen Wert b_Q,

Das Ausgangssignal des Entzerrers ist damit gegeben durch

M_

^yn-s * ^bs
s =0

M. N

y^ ^Xn-r-s * ^ar * ^bs r=0

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Palls man dafür sorgen kann, daß die Koeffizienten von χ in dieser Gleichung für alle Werte von p, z.B. ρ = k, null-sind und daß der Koeffizient von χ , gleich eins ist, dann ergibt sich

^zn ^{= x}n-k

Es ist klar, daß dies im allgemeinen nicht möglich ist, da M + N Gleichungen vorhanden sind, welche die Koeffizienten

von χ bestimmen, aber nur M Variable b vorhanden sind, um n-p s

diese Gleichungen zu lösen. Die beste Lösung besteht normalerweise darin, die verbleibende Zeichenverzerrung in y auf ein Minimum herabzusetzen. Falls die Änderung des Kanals aber sehr groß ist, wird dieses Minimum für eine zufriedenstellende Übertragung nach wie vor a*e- unzureichend sein, so daß dann eine geringere Übertragungsgeschwindigkeit verwendet werden muß.

Der Grund für die Mangel dieses Entzerrungsverfahrens besteht darin, daß die dem Hauptabtastwert benachbarten empfangenen Abtastwerte dazu verwendet werden, die Verzerrungen des Haupt-'abtastwertes zu beseitigen, aber diese Abtastwerte selbst noch durch Verzerrungen von weiter abgelegenen Abtastwerten behaftet sind. Eine Verbesserung dieser Verhältnisse wird auf die Tatsache abgestellt, daß es wahrscheinlich ist, daß wenn y empfangen wird, und z.„ annäherungsweise gleich χ , ist, alle

η η ""ic

Werte von χ für q<n-k am Ausgang des Detektors >nit vernachlässigbarem Fehler verfügbar sind. Diese Abtastwerte sind frei von Geräusch und Verzerrungen und können mit Vorteil zur genauen Löschung der Verzerrungen in y verwendet werden. Es ist dann

^z τΓ ^yn- / ^xn-r ' ^ar

^ar

- 2- ^Xn-r ·

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Somit ist nur die Zeichenverzerrung, welche durch a_p für r^k verursacht ist, durch den Vorwärtsentzerrer zu beseitigen, welcher daher weniger Anzapfstellen erfordert.

Falls das Impuls-Verhalten des Kanals die in Fig. 2 gezeigte Form aufweist, in welcher der Hauptteil des Verlaufs dem Hauptabtastwert folgt, dann läßt sich die ganze Zeichenverzerrung mit Ausnahme des kleinen, durch den dem Hauptimpuls vorangehenden Teil verursachten Anteils, durch einen Rückführungsentzerrer vollständig auslöschen. Somit bleibt \ sehr wenig übrig, was durch den Vorwärtsentzerrer nur unvollständig gelöscht werden kann.

Um einen sich selbst anpassenden Entzerrer mit Rückführung des Entscheides anzugeben, werden die Prinzipien, welche zum Aufbau üblicher selbstanpassender Entzerrer und selbstanpassender Echosperren verwendet werden, auf die Anordnung der Fig. 3 zur Anwendung gebracht. Das Ausgangssignal jeder Anzapfung der beiden angezapften Verzögerungsleitungen wird multipliziert mit dem Fehler zwischen dem Entzerrer-Ausgangssignal und dem Detektor-Ausgangssignal, welches das ideale

Ausgangssignal ist. ,

Der Entzerrer nach Fig. 3 ist in zwei Grundteile aufgeteilt, nämlich einen Vorwärtsteil 10 und einen Rückführungsteil 11. Der Vorwärtsteil besteht aus einer ersten Verzögerungsleitung 12 mit Anzapfungen in Intervallen S t, wobei die Ausgangssignale der Anzapfungen verändert werden durch den Anzapfungen individuell zugeordnete steuerbare Verstärker 13· Das vom Kanal ankommende Signal wird sowohl der ersten Verzögerungsleitung 12 als auch einer zweiten gleichartigen Verzögerungsleitung 14 zugeführt. Die Ausgangssignale der zweiten Verzögerungsleitung 14 werden in den Multiplikationsstufen 15 mit einem Fehlersignal multipliziert, welches vom

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Entzerrerausgang gewonnen wird. Die so multiplizierten Ausgangssignale werden dann durch individuelle Integrlersohaltungen 16 integriert, vnd die integrierten Ausgangssignale gelangen an die steuerbaren Verstärker 13* um die Ausgangssignale der Verzögerungsleitung 12 zu verändern. Die veränderten Ausgangssignale werden dann in den Additionsstufen 17 addiert und das gesamte Ausgangssignal gelangt zum Detektor 18.

Der Rückführungsteil 11 ist identisch mit dem Vorwärtsteil P 10 lo, wobei aber das Eingangssignal durch das Ausgangssignal des Detektors 18 gebildet wird, und das Ausgangssignal des Rückführungsteils 11 wird zum Ausgangssignal des Vorwärtsteils 10 addiert, und zwar in der Additionsstufe 19.

Das Fehlersignal, welches an beide Teile 10 und 11 gelangt, ist die Differenz zwischen dem Eingangssignal und dem Ausgangssignal des Detektors 18 und wird gewonnen mit Hilfe einer Vergleichsschaltung 20 und allen Multiplikationsstufen 15 im Vorwärtsteil und den entsprechenden im Rückführungsteil zugeführt.

t 20 Da zwischen dem Detektoreingang und dem Detektorausgang eine Verzögerung Td vorhanden ist, muß sein Eingangssignal um den gleichen Betrag verzögert werden, damit das Fehlersignal gebildet werden kann. Daher wird eine Verzögerungsschaltung 21 für das Detektoreingangssignal vor der Vergleichsschaltung 20 eingefügt. Es ist außerdem nötig, die Eingangssignale für die angezapfte Verzögerungsleitung 14 im Vorwärtsteil und für die entsprechend angezapfte Verzögerungsleitung im Rückführungsteil um einen gleichen Betrag zu verzögern, damit die an ihren Anzapfungen auftretenden Ausgangssignale die richtige Beziehung zum Fehlersignal aufweisen. Daher sind die Verzögerungsschaltungen

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22 und 23 in den entsprechenden Eingängen vorgesehen.

Die Proportionalitätskonstante in der Schaltung (welche tatsächlich die Zeltkonstante der Integrierungsschaltungen ist) muss unterhalb eines gewissen Wertes liegen, wenn eine absolute Konvergenz erreicht werden soll. Falls die Proportionalitätskonstante oberhalb dieses Wertes liegt, nimmt die sich selbst anpassende Anordnung eine Überkorrektur vor und benötigt somit eine längere Zeit, um ihren optimalen Zustand zu erreichen. Für diese Konstante besteht unter idealen Verhältnissen ein Optimalwert, und falls der Entzerrer auf diesen Optimalwert eingestellt ist, konvergiert er derart, daß der mittlere Fehler in seinem Ausgang im Durchschnitt für jeden Abtastwert des Signals | um 6 dB abnimmt.

Es läßt sich zeigen, daß, wenn das empfangene Signal mit Geräusch behaftet ist, die absolute Konvergenz des Systems verhindert wird. Bei vorhandenem Geräusch gelangt der Entzerrer nie zu einem Optimalzustand, sondern wandert in willkürlicher Weise um den Optimalzustand herum. Um diese Wanderung zu vermindern, muß die Zeitkonstante des Systems erhöht werden, mit dem Ergebnis, daß das System zur Anpassung bei Geräuschverhältnissen eine längere Einstellzeit benötigt. Indem die Zeitkonstante genügend groß gemacht wird, kann diese "Wanderung" im erforderlichen Ausmaß verhindert werden, und in jedem Fall wird das vorliegende System durch Geräusch weniger beeinflußt werden als ein Entzerrer ohne Rückführung, da der Rückführungsteil des Entzerrers ein geräuschfreies Signal verwendet.

Der Optimalzustand eines Entzerrers mit einem geräuschbehafteten Eingangssignal ist nicht der gleiche wie der-JO jenige eines Entzerrers mit geräuschfreiem Eingangssignal, da bei jeder Anzapfung des Entzerrers bei der Addierung der vereögerten Version des Signals zum Ausgangssignal

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auch eine Addition jedes Geräusches zu diesem Signal erfolgt. Die Signale wirken in der Art zusammen, daß sie zwar die Zeichenverzerrung auslöschen, wogegen sich die Geräusche aber addieren. Es ergibt sich ein Minimalfehler am Ausgang, wenn man auf einen Teil der Löschung der Zeichenverzerrung zu Gunsten des Geräusches verzichtet, und zwar, indem man die Anzapfungsverstärkungseinstellungen etwas unterhalb des optimalen Wertes bei geräuschfreiem Signal wählt. Diese Kompensation erfolgt durch den sich selbst anpassenden Entzerrer automatisch, da er sich tatsächlich bei beliebigen Verhältnissen jeweils so anpaßt, daß der Fehler in seinem Ausgang auf ein Minimum herabgesetzt wird, und zwar unbekümmert um die Ursache dieses Fehlers.

Die Wirkung von digitalen Fehlern auf das System erscheint auf den ersten Blick als sehr unangenehm. Fehler treten auf, wenn ein Signal empfangen wird, welches den Fehler rasch in den Entzerrerkennlinien zum Ausdruck kommen läßt, aber der digitale Fehler bewirkt dabei, daß die Differenz zwischen dem Entzerrer-Ausgangssignal und dem Detektor-Ausgangs signal die falsche Polarität aufweist. Die Korrektur, welche bei jeder Anzapfungsverstärkung vorgenommen wird, erfolgt dadurch entgegen der gewünschten Richtung. Signale, welche keinen Anlaß zu Digitalfehlern geben, bewirken aber die günstigste Anpassung des Systems . Somit ist glücklicherweise für jedes Signal, welches durch einen Digitalfehler eine Fehlentzerrung bewirkt, ein anderes Signal vorhanden, welches eine richtige Entzerrung bewirkt, und dadurch die Fehleinstellung aufhebt.

3 Patentansprüche

3 Bl. Zeichnungen, 3 Fig.

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Claims (2)

L.S. Moye - 3 Patentansprüche

1. Selbstabgleichender Entzerrer für einen sich zeitlich verändernden Übertragungskanal, gekennzeichnet durch einen Vorwärts- und einen Rückführungsteil, wobei jeder Teil eine erste angezapfte Verzögerungsleitung aufweist, welcher ein Eingangssignal zugeführt wird, und die an den Anzapfungen eines Teils auftretenden Ausgangssignale in einstellbaren Verhältnissen zueinander addiert werden i

und die addierten Ausgangssignale jedes Teils miteinander addiert werden, weiter durch eine Detektorschaltung, deren Eingangssignal die kombinierten Ausgangssignale der genannten beiden Teile ist, wobei das Eingangssignal für den Vorwärtsteil ein vom Kanal ankommendes Signal ist und das Eingangssignal für den Rückführungsteil das Ausgangssignal des Detektors ist, ferner durch Mittel zur Gewinnung eines Fehlersignals, welches gleich der Differenz zwischen dem Eingangssignal und dem Ausgangssignal des Detektors ist, und schließlich durch Mittel, um gemäß einer Punktion des Fehlersignals die einstellbaren Verhältnisse zu verändern, gemäß welchen die an den Anzapfungen auftretenden verzögerten Ausgangssignale zueinander addiert ' werden.

2. Selbstabgleichender Entzerrer nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Teil eine zweite mit Anzapfungen versehene Verzögerungsleitung von gleicher Art wie die erste Verzögerungsleitung aufweist, daß weiter das Eingangssignal der zweiten Verzögerungsleitung gleich dem Eingangssignal der ersten Verzögerungsleitung ist, daß weiter Mittel vorhanden sind, um die an den Anzapfungen der zweiten Verzögerungsleitung auftretenden Ausgangs-

Dr. Le/Gr

2. Dezember 1968 - 10 -

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signale mit dem Pehlersignal zu multiplizieren, weiter Mittel, um jedes resultierende Ausgangssignal der zweiten Verzögerungsleitung getrennt zu integrieren, und durch Mittel, um mit dem integrierten Ausgangssignal das an der entsprechenden Anzapfung der ersten Verzögerungsleitung auftretende Ausgangssignal zu beeinflussen, um die Größe dieses Signals zu verändern, bevor es zu den anderen an den Anzapfungen der ersten Verzögerungsleitung auftretenden durch das Pehlersignal veränderten Ausgangssignalen addiert wird.

j5. Einstellbarer Entzerrer nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Verzögerungsvorrichtung vor einem Eingang zu dem der Gewinnung des Fehlersignals dienenden Mittel, dessen Eingangssignal das gleiche ist wie das des Detektors, wobei die durch diese Verzögerungsvorrichtung bewirkte Verzögerung gleich der Verzögerung zwischen dem Detektoreingang und dem Detektorausgang ist, und durch eine gleiche Verzögerungsvorrichtung vor den Eingängen zur zweiten mit Anzapfungen versehenen Verzögerungsleitung, und zwar sowohl im Vorwärtsteil als auch im Rückführungsteil des Entzerrers.

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