DE2908588C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung
zur automatischen Entzerrung in binären Übertragungsstrecken mit
konstantem Einheitszeitintervall, bestehend aus einem variablen
Entzerrungsnetzwerk und einer Regelschleife.
Zur automatischen Entzerrung der Übertragungscharakteristik
einer Übertragungsstrecke verwendet man Entzerrer, deren Übergangsfunktion
so gewählt ist, daß ein Signal, das erst die
Übertragungsstrecke und dann den Entzerrer durchläuft, ein ebenes
Amplitudenverhalten und ein lineares Phasenverhalten im besetzten
Frequenzband aufweist. Automatisch nennt man eine Entzerrung dann,
wenn ihre Übertragungsfunktion variabel ist und an die unvollkommen
bekannten und variablen Übertragungskennwerte einer Strecke
angepaßt werden kann. Eine solche Übertragungsstrecke wird beispielsweise
durch eine über Vermittlungsanlagen verlaufende
Telefonstrecke gebildet.
Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf solche automatische
Entzerrer, deren Übertragungsfunktion nur von einem einzigen
Parameter abhängt, dessen Wert durch gewisse Kennwerte des
entzerrten Signals bestimmt wird.
Derartige Entzerrer werden insbesondere in digitalen
Übertragungsstrecken über Kabel mit Signalregenerierverstärkern
verwendet, um unterschiedliche Längen des Kabels zu berücksichtigen.
Aus der FR-PS 21 28 152 ist beispielsweise ein variables Entzerrungsnetz
bekannt, das mit Hilfe einer Gleichspannung eingestellt
wird, die vom Spitzenwert des entzerrten Signals abhängt.
Aus dem Buch "Nachrichtenübertragung" von H. Wolf, Springer Verlag
1974, S. 111 bis 123 ist es im Zusammenhang mit der
Übertragung durch lineare Systeme bekannt, daß die
Autokorrelationsfunktion ein Gütemaß darstellt.
Weiter ist aus der Zeitschrift IEEE Transactions on Communication
Technology Vol COM 18, Feb. 1970, Seiten 5 bis 12 ein adaptiver
Entzerrer bekannt, für dessen Einstellung kreuzkorrelierte
Signumsfunktionen Verwendung finden.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen automatischen
Entzerrer für synchrone Binärübertragung anzugeben, der einfach
aufgebaut ist und sich in weiten Bereichen an unterschiedliche
Parameter anpassen läßt.
Dieses Ziel wird durch die Schaltungsanordnung
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht.
Bezüglich von Merkmalen bevorzugter Ausführungsformen
der Erfindung wird auf die Unteransprüche verwiesen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand zweier Ausführungsbeispiele
mit Hilfe der Zeichnungen erläutert.
Fig. 1 und 2 zeigen je das Schaltschema einer erfindungsgemäßen
Schaltungsanordnung, und
Fig. 3 und 4 zeigen Betriebsdiagramme dieser Schaltungsanordnungen.
Die Schaltungsanordnung 1 in Fig. 1 zur automatischen
Entzerrung besitzt einen Eingang 2, der an den Ausgang einer synchronen
Binärübertragungsstrecke 3 angeschlossen ist. Am Ausgang
4 der Schaltungsanordnung 1 ist das entzerrte Übertragungssignal
abgreifbar. Zwischen Eingang und Ausgang der Schaltungsanordnung
befinden sich ein einstellbares Entzerrungsnetz 10 sowie eine
Regelschleife.
Das einstellbare Entzerrungsnetz 10 besitzt einen Stelleingang
5 für die Einstellung der Übertragungsfunktion.
Solche Entzerrungsnetze sind an sich bekannt, und ihre
Übertragungsfunktion kann an die Übertragungsfunktion der Übertragungsstrecke
bezüglich eines Regelparameters angepaßt werden,
dessen Wert von den Verzerrungen des entzerrten Signals abhängt.
Ein Beispiel eines solchen Netzes ist in der oben erwähnten
FR-PS beschrieben. Im vorliegenden Fall genügt es zu
wissen, daß eine Vergrößerung des Regelparameterwerts eine Vergrößerung
der Bandbreite des entzerrten Signals bewirkt und umgekehrt,
so daß der Wert des Regelsignals mit den Verzerrungen
des entzerrten Signals zunehmen muß.
Die Regelschleife, die den Ausgang des Entzerrungsnetzes
10 mit dem Regeleingang dieses Netzes verbindet, besitzt ein
Vorverzerrungsfilter 20 sowie einen Vorzeichenkoinzidenz-Autokorrelator
30, dem ein Korrekturschaltkreis zur Sicherung der
Regelstabilität nachgeschaltet ist. Dieser Autokorrelator besitzt
einen eingangsseitigen Binärbegrenzer 12, einen Binäraddierer
14, dessen einer Eingang direkt und dessen anderer
Eingang über ein Verzögerungsglied 13 mit dem Ausgang des Begrenzers
12 verbunden ist, zwei Integratoren 15 und 16, von denen
einer direkt und der andere über einen logischen Inverter 17
mit dem Ausgang des Addierkreises 14 verbunden ist, sowie einen
Differentialverstärker 18, dessen Eingänge mit den Ausgängen der
Integratoren 15 und 16 verbunden sind.
Das logische Signal u₁(t) am Ausgang des Begrenzers 12
zeigt den logischen Wert 1, solange sein Eingangssignal positive
Polarität besitzt, und ansonsten den Wert 0. Das Verzögerungsglied
13 besitzt eine Verzögerungszeit τ. Der Addierkreis 14,
der als Exklusiv-ODER-Glied wirkt, liefert ein Ausgangssignal
q(t) an den Integrator 15, dessen Integrationskonstante t 1 ist
und dessen Ausgangssignal Q(t) durch folgende Formel ausgedrückt
werden kann:
Außerdem wird das Signal q(t) nach Komplementierung
im Inverter 17 an den Integrator 16 angelegt, dessen Integrationskonstante
der des Integrators 15 gleicht. Dieser Integrator
16 liefert ein Signal (t) der folgenden Form:
Die Signale Q(t) und (t) sind untereinander durch
folgende Beziehung verbunden:
(t) = 1 - Q(t)
Der Differentialverstärker 18 liefert ein Signal r(t)
r(t) = (t) - Q(t) = 1 - 2 Q(t) (1)
Fig. 2 entspricht bis auf den inneren Aufbau des Autokorrelators
der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1, was durch dieselben
Bezugszeichen, ergänzt durch einen Strich, symbolisiert
wird. Der Autokorrelator 30′ aus Fig. 2 besitzt einen eingangsseitigen
Binärbegrenzer 21, einen Multiplizierkreis 22, dessen
einer Eingang direkt und dessen anderer Eingang über ein Verzögerungsglied
23 mit dem Ausgang des Begrenzers 21 verbunden
ist, sowie einen Integrator 25, der die Ausgangssignale p(t)
des Multiplizierkreises 22 integriert und das Ausgangssignal
P(t) des Autokorrelators bildet. Das Ausgangssignal u 2(t) des
Begrenzers 21 zeigt den binären Wert +1, solange das Eingangssignal
s(t) positive Polarität besitzt, und ansonsten den Wert -1.
Die Verzögerungszeit τ des Verzögerungsglieds 23 ist dieselbe
wie die Verzögerungszeit des Verzögerungsgliedes 13.
Das Ausgangssignal p(t) des Multiplizierkreises 22
ist mit dem Ausgangssignal q(t) des Exklusiv-ODER-Gliedes 14 in
Fig. 1 durch folgende Beziehung verknüpft:
p(t) = 1 - 2q(t)
Der Integrator 25 mit seiner Integrationskonstante t 1
liefert ein Ausgangssignal P(t) der folgenden Form
Die Signale P(t) und Q(t) sind durch die gleiche Beziehung
wie die entsprechenden Augenblickswerte miteinander
verbunden:
P(t) = 1 - 2 Q(t)
Aus der Gleichung (1) ergibt sich, daß die Autokorrelatoren
der Fig. 1 und 2 dasselbe Ausgangssignal liefern, das
nachfolgend P(t) genannt wird.
Da die Verzögerungsglieder 13 und 23 nur Binärsignale
zu verarbeiten haben, können sie als Schieberegister mit n
Registerstufen und einem Schiebetakt n/τ ausgebildet sein,
wobei n als Kompromiß zwischen dem Preis für das Register und
der Genauigkeit des Autokorrelators gewählt wird.
Die Integratoren 15, 16 und 25 können als Tiefpaßfilter
mit einer Zeitkonstante t 1 ausgebildet sein.
Die Vorverzerrungsfilter 20, 20′ liefern eine Verzerrung,
die wenigstens teilweise durch die Entzerrungsnetze
10 und 10′ korrigiert werden kann. Sie simulieren vorzugsweise
eine gewisse Länge der verwendeten Übertragungsstrecke. Im Fall
einer Übertragungsstrecke, die sich wie ein Tiefpaßfilter verhält,
können die Vorverzerrungsfilter ebenfalls als Tiefpaßfilter
mit einer Grenzfrequenz von 1/4T ausgebildet sein, wobei T das
Einheitsintervall der betrachteten synchronen Binärübertragung
ist.
Die Korrekturkreise 19 und 19′, die die Stabilität der
Regelung sicherstellen sollen, können ebenfalls von Tiefpaßfiltern
gebildet werden.
Die Schaltungsanordnungen gemäß Fig. 1 und Fig. 2
arbeiten besonders zufriedenstellend, wenn die Verzögerungszeit
der Verzögerungsglieder 13 und 23 gleich einem ganzzahligen Vielfachen
des Einheitszeitintervalls der synchronen Binärübertragung
gewählt ist und wenn die Integrationszeit t 1 groß in bezug
auf dieses Einheitsintervall gewählt wird.
Man kann diese Eigenschaft dadurch erklären, daß das
vom Regelkreis für die Einstellung des Entzerrers 10, 10′ gelieferte
Signal ein wesentlich genaueres Bild der linearen Verzerrung
des entzerrten Signals bietet als die in bekannten Schaltungsanordnungen
zur automatischen Entzerrung verwendeten Regelgrößen.
Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist das
Ausgangssignal des Autokorrelators ein Bild für die Abweichungen
zwischen dem Abstand zweier Nulldurchgänge des Signals s(t) und
dem Einheitszeitintervall T, und diese Abweichungen sind besonders
empfindlich gegenüber linearen Verzerrungen des synchronen Übertragungssignals.
Es sei T′ der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Nulldurchgängen des Signals s(t). Nimmt man als Zeitursprung
einen solchen Nulldurchgang, so läßt sich das am Eingang des
Begrenzers 21 vorliegende Signal folgendermaßen beschreiben
Das Signal u 2(t) am Ausgang des Begrenzers 21 hat die
folgende Form
wobei sgn "Vorzeichen von" bedeutet.
Wenn der Wert τ der durch das Verzögerungsglied 23
eingeführten Verzögerung gleich T gewählt wird, dann liegen am
Multiplikator 22 die Signale an
Das Ausgangssignal p(t) des Multiplikators 22 ist
dann gleich
Der Klammerausdruck ist stets negativ, solange T gleich
T′ ist, mit Ausnahme von diskreten Zeitpunkten t, derart, daß
Zu diesen Zeitpunkten ist der Klammerausdruck 0.
Außerhalb dieser Zeitpunkte ist
p(t) = -1.
Daraus folgt, daß der Mittelwert p′(t) des Signals p(t)
über eine beliebige Zeitspanne betrachtet gleich -1 ist. In
ähnlicher Weise läßt sich nachweisen, daß für T/T′ = 0 und
T/T′ = 2 der mittlere Wert p′(t) des Signals p(t) gleich +1 ist.
Für Zwischenwerte von T/T′ ist p(t) eine periodische
Funktion mit der Periode T′, so daß der Mittelwert p′(t) für
eine Dauer berechnet werden kann, die ein ganzzahliges Vielfaches
von T′ ist und insbesondere für die Dauer T′ selbst. Für den
Bereich von 0 bis 1 und den Bereich von 1 bis 2 des Quotienten
T/T′ ist der Klammerausdruck zeitweilig positiv und p′(t) ist
größer als -1. Man kann zeigen, daß p′(t) linear von -1 nach
+1 anwächst, wenn der Quotient T/T′ von 1 nach 0 und von 1 nach 2
variiert.
Die dargestellten Überlegungen bleiben auch in dem
Fall anwendbar, in dem die Zeitintervalle zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Nulldurchgängen des Eingangssignals s(t)
während der ganzen Integrationszeit t 1 konstant und gleich dem
Wert T′ sind. Das Signal P(t) zeigt dann dieselbe Abhängigkeit
vom Quotienten T/T′ wie oben dargelegt.
Fig. 3 zeigt zum einen die Abhängigkeit des Signals
p′(t) vom Quotienten T/T′ für den Fall, daß T′ als der Abstand
zwischen zwei aufeinanderfolgenden Nulldurchgängen des Eingangssignals
s(t) bezeichnet wird, und zum anderen die Abhängigkeit
des Signals P(t) von diesem Quotienten in dem Fall, daß T′ als
der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Nulldurchgängen
des Eingangssignals s(t) bezeichnet wird, wobei während der
Integrationsdauer t 1 diese Abstände konstant sind.
Aus Fig. 3 entnimmt man, daß das Signal p′(t) nur dann
seinen Mindestwert zeigt, wenn T = T′, und daß dieser Wert vom
Vorzeichen der Abweichung zwischen T und T′ unabhängig ist.
Da die Integrationsdauer t 1 gegenüber den Einheitszeichenintervallen
T groß gewählt ist, gelten diese Eigenschaften auch für das
Signal P(t). Letzteres zeigt also nur dann seinen Mindestwert,
wenn die Zeitabstände T′ zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Nulldurchgängen des Eingangssignals s(t) jeweils direkt gleich
T sind. Der Abstand des Signals P(t) bezüglich dieses Mindestwerts
ist also absolut gesehen ein Maß für die Abweichungen
der Zeitabstände T′ bezüglich des Einheitsintervalls T oder,
einfacher ausgedrückt, für die Regelmäßigkeit der Nulldurchgänge
des Eingangssignals s(t).
Die Dauer des Abstands zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Nulldurchgängen eines synchronen Binärsignals ist besonders
empfindlich gegenüber linearen Verzerrungen. Dies läßt sich
rechnerisch zeigen unter der vereinfachenden Annahme, daß die
Übertragungsstrecke und das Entzerrungsnetz als ein ideales
Tiefpaßfilter mit rechteckförmigem Spektrum betrachtet wird,
dessen Grenzfrequenz 1/2T″ ist und daß das Sendesignals f(t)
ein einzelner Impuls mit rechteckförmigem Spektrum der Breite
1/2T ist.
Das Impulsverhälten h(t) der Übertragungsstrecke und
des Entzerrungsnetzes hat dann die Form
wobei K₁ eine Konstante ist.
Das Sendesignal f(t) hat die Form
wobei K₂ eine Konstante ist.
Das daraus am Ausgang des Entzerrungsnetzes erhaltene
Signal g(t) ist gleich der Verknüpfung der Funktion h(t) mit
dem Signal f(t).
daraus ergibt sich
wobei c der kleinere der beiden
Werte und ist.
Dieser Ausdruck zeigt, daß das erhaltene Signal g(t)
dem Sendesignal gleicht, wenn T″ kleiner oder gleich T ist.
In diesem Fall ist die Entzerrung vollkommen und der Abstand
der Nulldurchgänge hinter dem Entzerrer ist gleich dem Einheitsintervall
T. Wenn dagegen T″ größer als T ist, dann ergibt sich
eine Verzerrung, da das Signal einen Teil der höheren Frequenzen
seines Spektrums verliert. Der Abstand der Nulldurchgänge wird
dadurch verändert und wird zu T″.
Bleibt man bei der vorstehenden Annahme und übersieht
man das Vorverzerrungsfilter 20, 20′, so erhält man am Ausgang
des Autokorrelators 30, 30′ ein Signal P(t), das seinen Mindestwert
anzeigt, solange die Grenzfrequenz 1/2T″ größer als 1/2T ist
und das linear zum Höchstwert +1 ansteigt, wenn in der Integrationsperiode
kein weiterer Nulldurchgang mehr erscheint.
Fig. 4 zeigt in einem Diagramm die Abhängigkeit des Signals P(t)
von der Grenzfrequenz 1/2T″ unter Berücksichtigung des Einheitszeitintervalls
T.
Es zeigt sich also für einen einzelnen Sendeimpuls
mit rechteckförmigem Spektrum und unter der Annahme, daß die
Übertragungsstrecke mit dem Entzerrungsnetz ein ideales Tiefpaßfilter
bildet, daß die lineare Verzerrung auf der Übertragungsstrecke
die Abstände zwischen aufeinanderfolgenden Zeitintervallen
des Empfangssignals beeinflußt. Dies gilt auch, wenn die Übertragungsstrecke
ein reelles Filter ist und wenn das Sendesignal
ein synchrones Binärsignal mit Einheitszeitintervall T ist und
eine beliebige Aufeinanderfolge von Elementarimpulsen mit beliebigem
Spektrum besitzt. Es läßt sich außerdem zeigen, daß
die linearen Verzerrungen einen kumulativen Effekt auf die Abweichungen
absolut gesehen zwischen den Einheitszeitintervallen
und den Abständen zwischen zwei benachbarten Nulldurchgängen
des Empfangssignals besitzen. Dies gilt auch, wenn die Übertragungsstrecke
keine Amplitudenverzerrung, sondern eine Laufzeit-
Verzerrung bezüglich eines Teils des übertragenen Frequenzspektrums
bewirkt.
Das Vorverzerrungsfilter 20, 20′ umgeht die Schwierigkeit,
die sich bei einer Regelung auf einen Extremwert des Signals
P(t) ergibt, und führt zu einem Regelsignal, dessen Vorzeichen
sich ändert, wenn der automatische Entzerrer 1 von seiner optimalen
Regelung abweicht. Dieses Filter hat also die Aufgabe,
wenn die Schaltungsanordnung 1, 1′ genau die Übertragungsstrecke
kompensiert, den Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Nulldurchgängen des an den Autokorrelator angelegten
Signals zu verändern, so daß das Signal P(t) den Wert 0 annimmt.
Wie Fig. 4 zeigt, kann dieses Filter als Tiefpaßfilter mit einer
Grenzfrequenz gleich 1/4T ausgebildet sein. Damit das Signal P(t)
zu beiden Seiten seines Nullwerts sich entwickeln kann, ist es
notwendig, das einstellbare Entzerrungsnetz 10, 10′ so auszubilden,
daß es mindestens teilweise die Wirkung des Vorverzerrungsfilters
20, 20′ aufhebt. Letzteres darf also keine zu scharfe
Grenzfrequenz besitzen.
Im Rahmen der Erfindung können in den Autokorrelatoren
auch Verzögerungsglieder 13, 23 verwendet werden, deren Verzögerungszeit
ein ganzzahliges Vielfaches des Einheitsintervalls
beträgt.
Claims (4)
1. Schaltungsanordnung zur automatischen Entzerrung in
binären Übertragungsstrecken mit konstantem Einheits-Zeitintervall,
bestehend aus einem variablen Entzerrungsnetz und einer
Regelschleife, dadurch gekennzeichnet, daß
die Regelschleife einen Vorzeichenkoinzidenz-Autokorrelator (30,
30′) aufweist, der zwei um ein ganzzahliges Vielfaches des Einheitsintervalls
(T) gegeneinander verzögerte Fassungen des entzerrten
Signals miteinander vergleicht, und
ein Vorverzerrungsfilter (20, 20′), das zwischen dem
Entzerrungsnetz (10, 10′) und dem Eingang des Autokorrelators
(30, 30′) angeordnet ist, wodurch sich beim Durchgang durch die
optimale Einstellung des Entzerrungsnetzes das Vorzeichen des Entzerrungsnetzes
ändert.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß das Vorverzerrungsfilter (20, 20′)
ein Tiefpaßfilter ist, dessen Grenzfrequenz 1/4T ist, wobei T
die Dauer des Einheitsintervalls ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Autokorrelator (30) einen
eingangsseitigen Binärbegrenzer (12), der einen Binärwert +1
liefert, wenn das Eingangssignal positive Polarität zeigt, und
ansonsten den Wert 0 liefert, ein Exklusiv-ODER-Glied (14),
dessen einer Eingang direkt und dessen anderer Eingang über
ein Verzögerungsglied (13) mit dem Ausgang des Begrenzers (12)
verbunden ist,
zwei Integratoren (15, 16), die das Ausgangssignal des Exklusiv-
ODER-Glieds (14) direkt bzw. nach Komplementierung in einem
logischen Inverter (17) zugeführt erhalten, und einen Differentialverstärker
(18) umfaßt, dessen Eingänge an die Ausgänge der Integratoren
angeschlossen sind.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Autokorrelator (30′) einen
Binärbegrenzer (21), der den Wert +1 liefert, wenn das Eingangssignal
positive Polarität zeigt, und ansonsten den Wert -1 liefert, einen
Multiplizierkreis (22), der einerseits direkt und andererseits
über ein Verzögerungsglied (23) mit dem Ausgang des Begrenzers
(21) verbunden ist,
und einen
Integrator (25) umfaßt, der das Ausgangssignal des Multiplizierkreises
(22) zugeführt erhält und den Autokorrelator-Ausgang bildet.
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