DE1902692A1 - Automatischer Effektivwert-Transversalentzerrer - Google Patents
Automatischer Effektivwert-TransversalentzerrerInfo
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- Cable Transmission Systems, Equalization Of Radio And Reduction Of Echo (AREA)
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Description
190269?
Western Electric Company Incorporated E,R,Kretzmer 25-6-4
New York, N. Y., 10007, USA
Die Erfindung bezieht sich auf einen automatischen Effektivwert-(mean-square)Transversalentzerrer,
der an zeitliche Änderungen in den Frequenzansprechverhalten-Kennlinien eines Übertragungsmediums
während der tatsächlichen Nachrichtenübertragung anpaßbar ist. Der automatische Effektivwert-Transversalentzerrer
weist eine mit Abgriffen versehene Verzögerungsleitung und ein an jeden Abgriff angeschlossenes Dämpfungsglied
auf, das durch einen Korrelator unter der Steuerung eines Fehlersignals automatisch einstellbar ist.
Die durch lineare Verzerrung auf den Informationsfluß in einem Übertragungskanal bedingte Beschränkung ist allgemein
bekannt. Bisher sind die Wirkungen dieser Verzerrung ausgeglichen worden durch die Verwendung manuell eingestellter
Entzerrungs- oder Kompensationsnetzwerke. Die Einstellung dieser Netzwerke ist jedoch für den Benutzer einer vermittelten
Nachrichtenbedienung ein zu umständlicher Prozeß, der jedesmal, wenn eine neue Verbindung hergestellt ist, durchzuführen
ist. Deshalb wird bei den derzeitigen Fernsprech-
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und Fernschreib-Vermittlungsnetzwerken die Steuerung der linearen Verzerrung nur an den einzelnen Verbindungsleitungen
ausgeführt. Änderungen zwischen Verbindungsleitungen und Änderung der Anzahl hintereinander geschalteter Verbindungsleitungen
führen zu Kanälen mit schwankenden Eigenschaften. Eine niedrigere Verzerrung kann durch Entzerren der Gesamtverbindung
erreicht werden.
Die Automatische Entfernung oder Entzerrung der linearen Verzerrung ist in neuerer Zeit für synchrone digitale Datenübertragungssysteme
durch die Verwendung von Transversalfiltern praktikabel geworden. Bei solchen Systemen wird die Entzerrung
vor der Nachrichtendaten-Übertragung aurch einen iterativen Korrelationspr^eß unter Verwendung einer T es timpuls-Reihe
bewerkstelligt mit dem Ergebnis, daß das Impuls ansprechverhalten des Kanals zu diskreten Abtastmomenten entzerrt wird.
Dieser Entzerrungs-Voreinstellprozeß ist neuerdings verallgemeinert
worden deart, daß eine automatische Entzerrung für einen Übertragungskanal unabhängig von dem auf diesem Kanal
benutzten Signalformat, d. h. für nichtsynchrone Nachrichten, erhalten werden kann.
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Dieses verallgemeinerte System ist im einzelnen in dem
Artikel "An Automatic Equalizer for General-Purpose Communication Channels" von R. W. Lucky und H. R. Rudin
in Bell System Technical Journal, November 1967 (Band XLVI, Nr. 9, Seiten 2179 bis 2208) beschrieben und untersucht.
Hiernach wird ein !transversalfilter mit zeitlich auseinanderliegenden
Abgriffs-Dämpfungsgliedern vor der Nachrichtenübertragung
eingestellt, um das Frequenzverhalten eines verzerrenden Übertragungskanals zu entzerren, und zwar durch
einen Vergleich der Ansprechkurven des Kanals und eines Ber zugsfilters, das ein bestimmtes Ansprechverhalten für identische
pseudo-zufällige Test-Wörter, die auf der Sendeseite
bzw. Empfangsseite des Kanals erzeugt werden, hat. Das von diesem Vergleich resultierende Differenzsignal wird seinerseits
mit zeitlich auseinanderliegenden Abtastwerten des den Entzerrer durchquerenden Test-Signals in Korrelation gebracht,
um Steuersignale für die einzelnen Abgriffs-Dämpfungsglieder
oder -Multiplikationsglieder zu erhalten. Ist die Kanalansprechverhalten-Kennlinie
zeitlich invariant, so werden sich die Dämpfungsglieder auf optimale Werte herabstufen, die die
kompensierte Kennlinie des Kanalansprechverhaltens veranlassen, dicht an die spezielle Kennlinie des Bezugsfilters an-
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gepaßt zu sein. Die Generatoren für pseudo-zufällige Wörter
werden dann aus der Übertragungsschaltung herausgenommen, um die Übertragung der Informations signale zu ermöglichen.
Anpaßbare Entzerrer für digitale Nachrichtenübertragungssysteme sind bereits vorgeschlagen worden. In solchen Systemen
wird das Impuls ansprechverhalten des verzerrenden Kanals nur zu synchronen Abtastmomenten entzerrt« Es können daher
nur digitale Datensignale bei einer bestimmten synchronen Übertragungsgeschwindigkeit
entzerrt werden. Das Frequenzverhalten des verzerrenden Kanals wird dadurch nicht in einer Weise entzerrt,
die die Übertragung von Nachrichtenwellen, in unsynchronisierter oder analoger Form erlauben würde.
Erfindungsgemäß werden nun die vorstehenddn Schwierigkeiten
f dadurch gelöst, daß der Entzerrer während der Nachrichtenübertragung
kontinuierlich und anpaßbar einstellbar ist und die Kombination folgender Merkmale aufweist: jeweils angepaßte und
synchronisierte Generatoren für pseudo -zufällige Wörter an den Sende- und Empfangs stellen des Übertragungs systems; eine
Kombinier schaltung zum Kombinieren der Nachrichtensignale
und der pseudo-zufälligen Signale am Sender; ein Bezugsfilter, das mit dem Generator für pseudo-zufällige Signale an der
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Empfangsstelle verbunden ist; einen Differenzverstärker, der an das Bezugsfilter und an die Dämpfungsglieder zur Wiedergewinnung
der Nachrichtensignale und zur Erzeugung eines Fehlersignales angeschlossen ist; und ein Zeitverzögerungsnetzwerk,
das zwischen dem Differenzverstärker und dem Korrelator zum Trennen des Fehlersignals von den Nachrichtensignalen
zur Steuerung der an die Abgriffe der Verzögerungsleitung angeschlossenen Dämpfungsglieder gelegen ist.
Wenn das System fortfährt, Pseudozufallswort-Testsignale zu erzeugen, nachdem die anfängliche Einstellung des Trans versalentzerrers
entsprechend den Lehren des obengenannten Artikels durchgeführt worden ist, und das Informations signal dem
sendeseitig erzeugten Wort überlagert wird, enthält das Entzerrer~Steuersignal
nicht langer nur die Differenz oder das Fehlersignal, das von dem Vergleich der entsprechenden Sendebzw,
empfangsseitig erzeugten Wörter resultiert, sondern auch das einem Fehlersignal überlagerte Informations signal. Nachdem
die anfängliche Entzerrung bei vorhandenem oder fehlendem J^ Informations signal bewerkstelligt worden ist, wird die
Differenz zwischen den beiden Zufallswort-Testsignalen, welche zur Korrelation mit den zeitlich auseinanderliegenden
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empfangenen Signalwerten im Entzerrer erforderlich sind, in der Größe ausreichend klein sein, um nicht die informay
tionstragende Komponente zu korrumpieren. Deshalb ist das Informationssignal mit üblichen Mitteln wiedergewinnbar, die
an den Ausgang des Differenzverstärkers, statt an den Ausgang des Summierverstärkers, der Bestandteil des Entzerrers selbst
ist, angeschlossen sind.
Die Zur Steuerung der Entzerrer-Dämpfungsglieder notwendige Fehlerkomponente wird nun von der Informationskomponente
getrennt durch Verzögern des Aus gangs signales des Differenzverstärkers um eine oder mehrere pseudo-Zufalls wo rt~Periode.
Die Pehlerkomponente ändert sich gegenüber der Pseudo zuf alls wort-Periode
langsam, während das informations signal im allgemeinen
aperiodisch ist. Deshalb wird wenig, wenn überhaupt eine, Korrelation zwischen dem verzögerten Informations signal
und den derzeit an den Abgriffen des Verzerr er s erscheinenden Abtastwerten vorhanden sein. Es wird jedoch weiterhin praktisch
der gleiche Korrelationsgrad zwischen der Pehlerkomponente als solcher und den Testsignalwerten an den Entzerrerabgriffen vorhanden
sein, wie dieses bei fehlendem Informations signal der
Fall sein würde. Die Abgriffsdämpfungsglieder können daher an jegliche langsame zeitliche Änderungen in der Kennlinie des
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Kanalansprechverhalten anpaßbar ansprechen.
Es ist ein Merkmal der Erfindung, daß der voreingestellte
automatische Entzerrer für allgemeine Übertragungs zwecke anpaßbar gemacht werden kann durch 1. Überlagern eines Informations
signals beliebigen Formates auf die übertragenen periodischen Testsignale, 2. Auslöschen des übertragenen
Testsignals aus dem Ausgang des Entzerrers durch Subtrahieren eines empfangsseitig angepaßt erzeugten Testsignals hiervon,
während das Informations signal beibehalten wird, und 3. Verzögern des Differenzsignals durch ein Vielfaches der
Testsignal-Periode, um die Entzerr er Steuerschaltungen gegenüber
der Gegenwart des Informations signals blind zu machen.
Im folgenden ist die Erfindung anhand-der Zeichnung im einzelnen
beschrieben, deren einzige Figur das Blockschaltbild einer Ausführungsform des automatischen Effektivwert-Entzerrers
zeigt, der erfindungsgemäß dahingehend modifiziert ist, daß er während der Nachrichtenübertragung anpaßbar und
dauernd einstellbar ist.
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Die Zeichnung zeigt ein Grundbanddatenübertragungssystem
mit einem automatischen Effektivwert-Entzerrer, der erfindungsgemäß
dahingehend modifiziert .ist, daß er dauernd und
anpaßbar während der Nachrichtenübertragung arbeitet. Die nachfolgende Beschreibung erfolgt ohne Erwägung der untergeordneten
Methoden für Fehlerbewertung, Kompensation der Träfe gerfrequenzverschiebung, Korrektion der Trägerphasenverschiebung und Umsetzung der Nachricht und Testsignale auf
ein Trägerpaßband sowie Rückumsetzung hiervon, um die Zeichnung zu vereinfachen und auf das erfindungswesentliche einzuschränken.
Die vorstehend genannten Methoden sind im einzelnen in dem oben angegebenen Artikel beschrieben. Es versteht
sich jedoch, daß die Erfindung sowohl auf Grundband- als auch auf Trägerpaßband-Übertragungssysteme anwendbar ist.
Der als Beispiel für Grundbandbetrieb dargestellte Effektivwert-Entzerrer
weist einen ersten Pseudozufallswort-Generator am sendeseitigen Ende eines Übertragungskanals 13 auf, ferner
einen übereinstimmenden zweiten Pseudozufallswort-Generator 20 auf der Empfangs seite des gleichen Übertragungskanals und
- ebenfalls auf der Empfangsseite - eine mit Abgriffen versehene Verzögerungsleitung 14, ein einstellbares Dämpfungsglied
16, das an jeden Abgriff der Verzögerungsleitung ange-
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schlossen ist, einen Summierverstärker 17, der die Ausgänge
der Dämpfungsglieder 16 kombiniert, einen Korrelator 15,
der an die Verzögerungsleitung 14 zur Steuerung der entsprechenden Dämpfungs glieder 16 angeschlossen ist, ein an den Ausgang
des zweiten Wortgenerators 20 angeschlossenes Bezugsfilter 23, einen Differenzverstärker 19, der als Eingänge die
Ausgänge des Summierverstärkers 17 bzw. des Bezugsfilters 23 besitzt, und als Ausgang die Fehlerabweichung in den jeweiligen
Ansprechverhalten des Kanals und Entzerrers gegenüber dem Ausgang des ersten Wortgenerators sowie des Bezugsfilters
gegenüber dem Ausgang des weiten Worgenerators. Es sei angenommen, daß der erste und zweite Wortgenerator synchronisiert
sind durch eine Kreuz-Korrelation ihrer jeweiligen Ausgänge durch Servoschleifmethoden. Es sollte sich des weiteren
verstehen, daß die Verzögerungsleitung 14 mit weiteren Abgriffen zur Verbesserung der Genauigkeit der Entzerrung versehen
werden kann.
Der voreingestellte automatische Effektivwert-Kanalentzerrer
arbeitet derart, daß das gesamte mittlere Fehlerquadrat, das sowohl von der linearen Verzerrung als auch von zufälligem
Rauschen auf dem Übertragungskanal herrührt, minimalisiert wird. Das mittlere Fehlerquadrat bedeutet das Integral des
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ίο
Quadrates der Differenz zwischen den Kanal- und Bezugsfilter-Frenquenzkennlinien (vergl. Seiten 2181 - 2189 des
obigen Artikels). Für die dargestellte Ausführungsform wird die Fehlerabweichung im Ausgang des Differenzverstärkers
mit jedem einzelnen Verzögerungsleitungsabgriffsausgang in einem Korrelator-Multiplikationsglied 15 in Korrelation gebracht,
um Steuersignale auf den Leitungen 25 zu erzeugen, die die Dämpfungsglieder 16 solange langsam einstellen, bis
diese Steuersignale praktisch die Spannung Null erreichen.
Bei dem voreingestellten Entzerrer nach dem obigen Artikel werden die Pseudozufallswort-Testsignale während einer Zeitspanne
erzeugt, die erforderlich ist, um alle Dämpfungsglied-Steuersignale auf praktisch Null vor der Nachrichtenübertragung
zu bringen. Ein Pseudozufallswort-Generator erzeugt sich * wiederholende Wortmuster, die aus binären Bit zusammengesetzt
sind, welche innerhalb der Periode eines sich über eine große Anzahl von Bitintervallen erstreckenden Wortes zufällig
zu sein scheinen, aber von Wort zu Wort identisch sind. Bei dem voreingestellten Entzerrer werden die Pseudozufallswort-Generatoren
aus der Schaltung entfernt, nachdem die anfängliehe Entzerrung ausgeführt worden ist, und die Entzerrereinstellungen
werden dann ungestört belassen. Eine Nachrichten-
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- H
signalquekke 10 wird sodann an die Sendeseite des Kanals 13 anstelle des Wortgenerators 11 angeschlossen, und ein Nachrichtenempfänger
22 wird mit dem Ausgang des Summierverstärkers 17, beispielsweise beim Anschluß 18, angeschlossen.
Das Bezugsfilter 23, der Differenzverstärker 19 und die Korrelatoren 25 sind während der Nachrichtenübertragung
über einen zeitlich invarianten Kanal nicht erforderlich.
Für eine anpaßbare Entzerrung werden die Wortgeneratoren und 20 nach der anfänglichen Entzerrung in Betrieb gehalten.
Das Bezugsfilter 23, der Differenzverstärker 19 und die Korrelatoren 15 verbleiben gleichfalls in der Schaltung. Drei bedeutsame
Modifikationen werden in der gesamten Entzerreranordnung beim Übergang vom voreingestellten auf den anpaßbaren
Betrieb gemacht. Bei einer ersten Modifikation wird die Nachrichtensignalquelle 10 mit dem Eingang des Kanals 13 parallel
zum ersten Pseudozufallswort-Generator 11 über die lineare Kombinations schaltung 12 verbunden, die eine Paar Trennwiderstände
oder ein Summierverstärker sein kann. Soll der Entzerrer sowohl für anfängliche als auch anpaßbare Entzerrung
verwendet werden, so wird der Nachrichtenempfänger 22 nicht an den Ausgang des Entzerrersummierverstärkers 17 am Anschluß
18 angeschlossen, sondern - als eine zweite Modifikation <
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am Ausgang des Differenzverstärkers 19. Es sei daran erinnert, daß das Information führende Signal der Quelle 10
nicht nur im Ausgang des Summierverstärkers 17 sondern ebenso im Ausgang des Differenzverstärkers 19 erscheint,
wenn es den übertragenen Wort-Testsignalen überlagert ist.
Für den Differenzverstärker 19 erscheint das informationsfühk
rende Signal nur als starkes Rauschen und hat vernachlässigbare
Wirkung auf die während des anfänglichen Betriebs erreichte Synchronisation zwischen den Sender- und Empfänger-Tests
ignalWörtern. Andererseits erscheint das Fehlersignal für den Nachrichtenempfänger 20, solange die Fehlerdifferenz
zwischen den beiden Testsignalen klein ist, nur als schwaches Rauschen und es treten keine unüblichen Schwierigkeiten bei
der Rekonstruktion des Information führenden Signals auf. Deshalb ist keine Abänderung des üblichen Nachrichtenempfängers
selbst erforderlich.
Wenn das unkompensierte Fehlersignal jedoch mit dem überlagerten Informations signal den Kbrrelatoren 15 zugeführt wird,
sind die Ergebnisse Selbstvernichtung. Beim Versuch, das Signal am Ausgang des Differenzverstärkers 19 bezüglich der
Ausgänge eines jeden Abgriffs der Verzögerungsleitung 14 zu minimalisieren, neigen die Dämpfungsglieder 16 dazu, auf ihre
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maximalen Werte hochzulaufen. Dieses resultiert aus dem
Umstand der übersteuernden (overpowering) Korrelation zwischen der entzerrten Informations Signalkomponente im Ausgang
des Differenzverstärkers und der nichtentzerrten Informationssignalkomponente, die an den Verzögerungsleitungsabgriffen
erscheint. Eine echte Entzerrung würde daher unter diesen Umständen ersichtlich unmöglich sein.
Es wurde jedoch gefunden, daß die Korrelatoren 15 gegenüber dem informationsführenden Signalteil des Gesamtausgangssignals
des Differenzverstärkers 19 durch eine verblüffend einfache Maßnahme effektiv blind gemacht werden können. Ein Mittel zum Erhalt
der notwendigen Unabhängigkeit des Entzerrers, von seiner rauschbehafteten Umgebung umfaßt die Einfügung - als eine
dritte Modifikation - eines langen Verzögerungsintervalles zwischen den Ausgang des Differenzverstärkers 19 und den
Eingang zu den Korrelatoren 15, wie dieses durch den mit Zeitverzögerungsnetzwerk bezeichneten Block 21 dargestellt ist.
Die Verzögerung des Netzwerks 21 wird auf die Länge des Pseudo-zufälligen Testsignalwortes oder auf ein Vielfaches
hiervon eingestellt. Als Ergebnis dieser langen Verzögerung können die Korrelatoren 15 nicht mehr eine Korrelation zwischen
den nRausch"-Abtastwerten auf der Verzögerungsleitung 14 und
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den "Rausch"-Abtastwerten, die im Ausgang des Differenzverstärkers
19 erscheinen, feststellen. Das "Rauschen" ist in der Hauptsache der informationsführende Signalteil, der während
der Periode eines Testwortes und zwischen Testwörtern vergleichsweise zufällig ist. Das einzige Erfordernis ist, daß die
Länge des Testwortes, und folglich die Verzögerung des Netzwerkes 21, länger ist als die Impulsansprechzeit des Kanals.
Dieses letztere Erfordernis wird ohne Schwierigkeit erfüllt.
Andererseits ist, weil die Zeitverzögerung des Netzwerks 21
genau der Ziestwort-Wiederholungsperiode gleicht, die Korrelation
zwischen den verzerrten Testsignalen an den Abgriffen der Verzögerungsleitung 14 und den echten Fehlersignalen, d.h.
die Differenz zwischen den sendeseitigen und empfänger seitigen Testwörtern, nicht beeinträchtigt. Die Wirkungen des "Rauschens"
auf die Genauigkeit der Korrelationsprodukte kann beliebig klein gemacht werden durch genügendes Großmachen der
Integrationszeitkonstanten der Korrelatoren 15.
Das Zeitverzögerungsnetzwerk 21 kann auch in den Ausgang des Summierverstärkers 17 mit gleichem Effekt eingeschaltet werden.
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ts 1^
Die für das Netzwerk 21 erforderliche lange Verzögerung kann
auf Analog-Weise nur mit Schwierigkeit genau erhalten werden. Die Verwendung von vielstufigen digitalen Schieberegistern für
das Netzwerk 21 ist jedoch der grade Weg und ist die bevorzugte Alternative. Die erforderlichen Methoden für die dann notwendige Analog/Digital-Umsetzung sind allgemein bekannt.
Zusammengefaßt, ist eine Methode zum Erhalt einer anpaßbaren Entzerrung von sich zeitlich ändernden Übertragungs kanälen beschrieben
worden. Ein bekanntes Testsignal wird bei einem Wert unterhalb des Wertes eines gleichzeitig übertragenen Informationssignales
beliebigen Typus oder Formates derart übertragen, daß keines der Signale das jeweils andere korumpiert. Das
übertragene Testsignal wird vom empfangenen Signal durch ein empfängerseitig erzeugtes übereinstimmendes Testsignal entfernt,
das durch ein praktisch ideales Bezugsfilter hindurchgeschickt worden ist, um einen Rest übrig zu lassen, der ein Maß
der tatsächlichen Kanalverzerrung ist. Dieser Rest hat keine
nennenswerte Wirkung auf den Informationssignalteil des insgesamt empfangenen Signals. Gleichzeitig wird der Entzerrereinstellmechanismus
gegenüber dem Informations signal blind gemacht durch Verzögern des empfangenen Signals um einen
fixierten Betrag, der durch die Periode eines sich wiederholenden Testsignals bestimmt ist.
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Claims (1)
- PATENTANSPRUCHAutomatischer Effektivwert-Transversalentzerrer für ein Nachrichtenübertragungssystem, mit einer mit Abgriffen versehenen Verzögerungsleitung und einem an jedem Abgriff angeschlossenen Dämpfungsglied, das durch einen Korrelator unter der Steuerung eines Fehlersignals automatisch einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Entzerrer während der Nachrichtenübertragung kontinuierlich und anpaßbar einstellbar ist und die Kombination folgender Merkmale aufweist! jeweils angepaßte und synchronisierte Generatoren (11, 20) für pseudozufällige Signale an den Sende- und Empfangs stellen · eines Systems,eine Kombinierechaltung (12) zum Kombinieren der Nachrichtensignale und der pseudozufälligen Signale am Sender, ein Bezugsfilter (23), das mit dem Generator für pseudo zufällige Signale (20) an der Empfangs stelle verbunden ist, einen Differenzverstärker (19), der an das Bezugsfilter (23) und an die Dämpfungsglieder (16) zur Wiedergewinnung der Nachrichtensignale und zur Erzeugung eines Fehlersignales angeschlossen ist, undein Zeitverzögerungsnetzwerk (21), das zwischen dem Differenzverstärker (19) und dem Korrelator (15) zum Trennen des Fehler-909832/ 1 02Λsignals von den Nachrichtensignalen zur Steuerung der an die Abgriffe der Verzögerungsleitung (14) angeschlossenen Dämpfungsglieder (16) gelegen ist.909832/ 1024Leerseite
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Legal Events
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |