DE2942075A1

DE2942075A1 - Datenmodem

Info

Publication number: DE2942075A1
Application number: DE19792942075
Authority: DE
Inventors: Ran Fun Chiu; Ming Luh Kao; Philip Frederick Kromer; Henry Howard Parrish
Original assignee: Racal Milgo Inc
Current assignee: Racal Milgo Inc
Priority date: 1978-10-19
Filing date: 1979-10-18
Publication date: 1980-05-14
Also published as: FR2439516A1; FR2439516B1; JPS5595452A; SE7908628L; US4355402A; DE2942075C2; BE879542A; CH651708A5; SE446800B; GB2034139B; GB2034139A; CA1140216A

Description

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BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft Datenmodems, sie bezieht sich insbesondere auf einen Verstärkungsregelkreis zum Wahrnehmen und Korrigieren falscher Gleichgewichtszustände, welche in adaptierend entzerrenden Modems erzeugt werden.

In vielen adaptierend entzerrenden Datenmodems, bei denen Restseitenband-Modulation (VSB) oder Quadraturmodulation (QAM)-Verfahren eingesetzt werden, werden Doppelbegrenzer- oder Entscheidungskreise verwendet, um das Ausgangssignal des Entzerrers einem bestimmten aus einer Vielzahl von möglichen idealen Datenpegeln zuzuordnen.

Es ist bekannt, daß der Doppelbegrenzer- oder Entscheidungskreis für Modem-Empfänger diejenige ideale Amplitude als Ausganssignal erzeugen soll, welche dem Eingangssignal des Doppelbegrenzers am nächsten ist (dies verringert bei Vorhandensein von zusätzlichem weißen Rauschen beim Eingang des Empfängers die Zahl, der Fehler auf ein Minimum) . Wenn diese Doppelbegrenzer-Regel bei einem automatisch entzerrtem Multipegel-System eingehalten wird, können sich fehlerhafte Gleichgewichtszustände einstellen, wobei die Entzerreranschluß-Einstellwerte bis auf ein°n Skalenfaktor und eine mögliche Drehung korrekt sind (der Skalenfaktor und die Drehung sind für alle Entzerreranschlüsse konstant).

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Der Effekt fehlerhafter Gleichgewichtswerte wird durch die Tatsache gekennzeichnet, daß der Entzerrer (equalizer) das übertragene Signal erfolgreich in bestimmte Bereiche aufgelöst hat, daß jedoch die Verstärkung des Gesamtsystems nicht korrekt ist, so daß der Doppelbegrenzer das empfangene Signal nicht dem korrekten Idealwert zuordnet.

Modems sind einer Erscheinung unterworfen, die als Amplitudensprünge bekannt ist, wobei die Verstärkung des Ubertragungsmediums sich plötzlich ändert und anschließend über eine relativ lange Zeitperiode hinweg auf dem neuen Verstärkungswert verbleibt. Amplitudensprünge mit einer genügend großen Amplitudenabnahme können tatsächlich bewirken, daß das System einen falschen Gleichgewichtswert aufsucht.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, Datenmodem-Empfänger anzugeben, bei denen durch fehlerhafte Gleichgewichtszustände hervorgerufene Fehler verhindert werden. Es soll dabei ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Wahrnehmung fehlerhafter Gleichgewichtszustände angegeben werden, die die unerwünschten Effekte eliminieren, wobei sich das Verfahren und die Vorrichtung zur Verwirklichung in einer Mikroprozessorschaltung eignen sollen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Schaltungsmittel gelöst, die die fehlerhafte Gleichgewichtsbedingung wahrnehmen und korrigieren. Gemäß einem

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Ausführungsbeispiel der Erfindung sind Schaltungsmittel vorgesehen, um eine unterdurchschnittliche Symbol-Erzeugungsrate wahrzunehmen, die einen fehlerhaften Gleichgewichtszustand anzeigt, und es sind Schaltungsmittel vorgesehen, die auf eine derartige Wahrnehmung ansprechen und die Verstärkung des Eingangssignals im Symbol-Erzeugerkreis sprunghaft zu ändern.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer bevorzugten

Ausführungsform der Erfindung innerhalb eines Datenmodem-Empfängers;

Fia 2 A

^" - fehlerhafte Gleichgewichtszustände;

Fig. 3 ein schematisches Diagramm, welches die bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Detektors zur Wahrnehmung der fehlerhaften Verstärkung zeigt;

Fig. 4 ein schematisches Diagramm, das die

Endverstärkungsstufe einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt; und

Fig. 5 eine Darstellung mehrerer Kurvenformen , die den Betrieb der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung illustrieren.

Fig. 1 zeigt einen Modem-Empfänger mit einer Verstärkungs-Regelung 11, einem Filter 13, einem Demodulator 15, einem adaptierenden Entzerrer 17, einer Drehschaltung 19, einem Entzerrer-Fehlerrechner 21, einem Doppelbegrenzer 23, und einem Träger-Rückgewinnungskreis 25, der die Dreh-

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schaltung 19 steuert. Diese Elemente stellen einen herkömmlichen Modem-Empfänger dar. Das empfangene Signal wird durch die Verstärkungsregelung 11 bezüglich seines Verstärkungsfaktors geregelt und von dem Filter 13 gefiltert. Das gefilterte und im Verstärkungsfaktor geregelte Signal wird dann im Block 15 demoduliert, und das Ergebnis der Demodulation wird durch den adaptierenden Entzerrer und die Drehschaltung 18 entzerrt. Eine Drehschaltung kann wahlweise - je nach dem Aufbau des betrachteten Modems bekannter Art - mit dem Entzerrer 17 zusammen verwendet werden. Beim Stand der Technik würde das Ausgangssignal von der Drehschaltung 19 typischerweise direkt dem Doppelbegrenzer 2 3 zugeführt. Das Ausgangssignal des Doppelbegrenzers repräsentiert das im Eingangssignal des Doppelbegrenzers vorhandene Datensymbol. Das Eingangssignal und das Ausgangssignal des Doppelbegrenzers 23 werden dann vom Fehlerrechner benutzt, um den adaptierenden Entzerrer 17 so einzustellen, daß dieser Amplituden- und Laufzeitstörungen des Ubertragungsmediums kompensiert.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Ausgangssignal der Drehschaltung 19 der Endverstärkerstufe 27 vor der Doppelbegrenzung durch den Doppelbegrenzer 2 3 zugeführt, und das Ausgangssignal des Doppelbegrenzers 23 wird von einem Fehlverstärkungsdetektor 2 9 verwendet, um einen fehlerhaften Gleichgewichtszustand festzustellen. Der Fehlverstärkungsdetektor 29 wirkt mit der Endverstärkungsstufe 27 zusammen und bildet mit dieser eine Schaltung zur Verhinderung fehlerhafter Gleichgewichtszustände .

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In den Fig. 2A und 2B sind fehlerhafte Gleichgewichtszustände dargestellt. Derartige Zustände können in Modemschaltungen nach Fig. 1 auftreten, wenn eine Schaltung, z. B. die den Fehlverstärkungsdetektor 29 und die Endverstärkungsstufe 27 enthaltende Schaltung^ zur Veränderung fehlerhafter Gleichgewichtszustände fehlt. Fig. 2A zeigt einen fehlerhaften Gleichgewichtszustand in einem Restseitenbandmodulations-Empfanger. Die Ausgangspegel des Doppelbegrenzers werden bei -3, -1, +1 und +3 erwartet und sind durch Kreise dargestellt. Durch einen fehlerhaften Gleichgewichtszustand kann die Systemverstärkung derart schrumpfen, daß die erwarteten Pegel auf -1,5, -0,5, +0,5 bzw. +1,5 reduziert werden. In einem derartigen Fall befindet sich der Entzerrer 17 in einem Zustand in dem der mittlere quadratische Fehler O ist, in dem jedoch ein vom Doppelbegrenzer 23 an sich dem Ausgangswert +3 zuzuordnender Punkt dem unrichtigen Wert +1 zugeordnet wird.

Fig. 2B zeigt einen fehlerhaften Gleichgewichtszustand für das CCITT V.29 Quadraturmodulation-Diagramm (QAM-Diagranun) mit einer Verstärkung, die das 0,7829-fache des erwarteten Werts (2,12 db zu niedrig) beträgt und eine nicht^korrekte 45°-Drehung besitzt.

Die Entscheidungsgrenzen sind durch gestrichelte Linien 101 dargestellt. Die vom Doppelbegrenzer festgelegten idealen Punkte oder Symbole sind durch Kreise A, B, C, D₁, D₂ gekennzeichnet, wobei die Punkte D₁, D_ die Symbole für den größten Amplitudenwert darstellen. Ein Eingangssignal des Doppelbegrenzers, welches innerhalb der Begrenzung 101 um den

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Punkt B herumliegt, ordnet der Doppelbegrenzer dem idealen Wert B zu, etc. Die Punkte A¹ und B' geben die Lage der Doppelbegrenzer-Eingangssignale an, die das Bild der Punkte A und B als Folge eines Verstärkungssprungs repräsentieren. Der Punkt B¹, welcher an sich durch den Doppelbegrenzer dem Symbol B zugeordnet werden sollte, wird nun vielmehr dem inkorrekten Symbol C zugeordnet. Der Betrieb des Entzerrers stabilisiert sich in der gedrehten Position mit verringerter Verstärkung, wodurch Fehler entstehen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung stellt der Fehlverstärkungsdetektor 29 das Auftreten eines gestörten Gleichgewichtszustands fest. Bei der bevorzugten Ausfuhrungsform nimmt der Detektor eine zu Anfang einsetzende langsame Erkennunasrate der Symbole bzw. des Symbols größter Amplitude wahr und triggert die Endverstärkungsstufe 27. Alternativ läßt sich eine ungewöhnlich kleine mittlere Langzeit-Amplitude entweder des Eingangs- oder des Ausgangssignals des Doppelbegrenzers 23 detektieren.

Die Endverstärkungsstufe 27 ist derart aufgebaut, daß bei Empfang eines Triggersignals die Verstärkung sehr schnell erhöht wird. Anschließend nimmt die Endverstärkungsstufe 27 eine Anpassung derart vor, daß die Verstärkung des Gesamtsystems ausschließlich der vom Doppelbegrenzer 23 erwarteten Verstärkung entspricht. Die Anpaßgeschwindigkeit ist im Vergleich zu der Geschwindigkeit des Entzerrers 17 und der automatischen Eingang/Ausgang-Regelung 11 relativ schnell.

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Der Betrieb der Schaltung 27, 29 läuft folgendermaßen ab: Es werde angenommen, daß eine fehlerhafte Verstärkung vorhanden ist, die z. B. das Ergebnis eines Amplitudensprungs (amplitude hit) ist. Der Fehlverstärkungsdetektor 27 wird gleichzeitig ausgelöst und bewirkt, daß die Endverstärkungsstufe 29 die Systemverstärkung sofort erhöht. Da es keine fehlerhaften Gleichgewichtszustände mit einer zu großen Verstärkung gibt, paßt sich die Endverstärkungsstufe an den korrekten Wert an, und der Doppelbegrenzer 2 erzeugt die richtigen Werte. Gleichzeitig liefern die automatische Regelung 11 am Eingang der Schaltung und der Entzerrer 17 die richtige Verstärkung, und die Endverstärkungsstufe 29, die schnell genug ist, um den durch andere Schaltungseinheiten eingeführten Verstärkungsänderungen zu folgen, geht auf den Verstärkungswert 1 zurück.

Die bevorzugte Ausführungsform des Fehlverstärkungs detektors 29 für das in Fig. 2B gezeigte Diagramm (das CCITT V.29 QAM-Diagramm) ist in Fig. 3 dargestellt. In Fig. 2B tritt das Symbol mit der größten Amplitude, normalerweise das Symbol D aufgrund der Wirkung des Zufallskreises (Verwürflers) einmal innerhalb von vier Symbolen auf. Der Doppelbegrenzer 23 erzeugt eine logische 1 in Koinzidenz mit der Symbolabtastgeschwindigkeit (als BAUD bezeichnet), wenn das festgestellte Symbol vom Typ D ist. Anderenfalls erzeugt der Doppelbegrenzer eine logische O. Dieses Signal wird BIG bezeichnet. Der Detektor 29 der Fig. 3 verwendet einen Addierer 31 und ein Register 33, um zu prüfen, ob BIG den Wert "1" durchschnittlich je einmal innerhalb von vier Symbolen annimmt.

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Sofern das Signal BIG wahr ist, wird mittels der Verminderung mit dem Addierer 31 eine binäre Darstellung des Werts -32 dem Addierereingang B für das Zweier-Komplement zugeführt.Der Ausgang des Registers 33 wird dem Α-Eingang des Addierers 31 zugeführt. Sofern das Ergebnis der Addition negativ ist, d. h. wenn der übertrag-Ausgang C4 des Addierers 31 auf einem niedrigen Wert liegt, wird das Register 33 mittels eines Inverters 37 und der UND-Tore 35, 39 bei der nächsten Anstiegsflanke des Signals BAUD gelöscht; anderenfalls wird der Ausgang des Addierers bei der nächsten Anstiegskante des Signals BAUD in das Register getaktet. Im letzteren Fall ist R .=R -31.

Sofern das Signal BIG falsch ist, wird über den Addierer 31 der Inhalt des Registers 33 um den Wert inkrementiert. Wenn der Inhalt des Registers 33 den Wert 127 überschreitet, geht der Ausgang F7 des Addierers auf einen hohen Wert. Bei der nächsten Anstiegskante des Signals BAUD wird F7 in das Register 33 getaktet, wodurch das Signal "KICK" auf einen hohen Wert geht. Damit wird der Endverstärkungsstufe 27 mitgeteilt, daß nun ein Amplitudensprung eingeführt werden soll.

Die Endverstärkungsstufe 27 der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 4 dargestellt. Der mit BAUD abgetastete Entzerrerausgang, das Paar (x, y) wird durch die Multiplizierer 41, 43 mit einem Verstärkungsfaktor G multipliziert. Der Verstärkungsfaktor G wird durch einen Addierer 42 erzeugt, der die Konstante "Zwei" (2) einem Wert A hinzu addiert. A ist gleich dem Ausgang eines Verzögerungselements, des Registers 45, es sei denn,

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der Ausgang KICK des Fehlverstärkungsdetektors ist aktiv; in diesem Fall stellt A die Konstante eins (1)

dar. Es ist daher G = 2+A , sofern KICK nicht aktiv ist, und es ist G = 3, sofern KICK aktiv ist.

Die Ausgänge der Multiplizierer 41, 43 lauten

X = G . X
η η η

γ = G . Y
η η η

wobei η das interessierende Symbolintervall kennzeichnet. Das Paar (X , Y ) wird dem Doppelbegrenzer zugeführt, der das ideale Punktepaar (S , S ) erzeugt und als Eingangssignal den zweiten Multiplizierern 45 bzw. 47 zuführt. Die zweiten Eingangssignale, die den Multiplizierern 45, 47 zugeführt werden, sind die Ausgangssignale X , Y der Multiplizierer 41, 43. Die Ausgangssignale der zweiten Multiplizierer 45, 47 werden durch einen Addierer 49 summiert, um sie als ein Eingangssignal einem zweiten Addierer zuzuführen, dessen weiterer Eingang M ein Ausgangssignal des Doppelbegrenzers 2 3 erhält. Die Wirkung der Multiplizierer 45, 47 und der Addierer 51, 53 besteht darin, eine Größe E zu erzeugen, wobei

E=S -X+S -Y+M.
χ y

Die Größe M wird vom Doppelbegrenzer derart gebildet, daß gilt:

M = - (S ² + S ² ) .
χ y

Die Größe E stellt ein Maß für den Verstärkungsfehler dar, wobei ein positiver Wert eine zu große Verstärkung kennzeichnet. Die Größe E wird in einem

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dritten Multiplizierer 53 mit einer Konstanten CK. multipliziert. ^- bestimmt oder steuert die Geschwindigkeit, mit der die Antwort der Endverstärkungsstufe erfolgt. Ein vierter Addierer 55
kombiniert A und CK. · E, um A . zu erzeugen,

wobei A₊₁=A - <£, · E. A₊₁ läuft durch einen
Begrenzer 57, der A . auf den Bereich -1 bis +1 begrenzt. A ₊. wird dann in das Register 45 gegeben, um für die nächste Abtastung verfügbar zu sein.

Bei dieser Ausführungsform der Erfindung liegt die Endverstärkung im Bereich von +3 bis +1, was einem Wert A im Bereich +1 bis -1 entspricht. Das System stabilisiert sich schließlich mit A = +1. Andere

Bereiche sind je nach dem gesendeten Multipegel-Muster nützlich, die Verstärkung soll jedoch auf einen positiven Wert begrenzt werden, um zu verhindern, daß der Kreis instabil wird.

Fig. 5 zeigt den Gesamtbetrieb der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Fig. 5A gibt den Pegel des Eingangssignals als Funktion der Zeit wieder, welches dem Entzerrer 17 zugeführt wird. Fig. 5B zeigt die Verstärkung der automatischen Verstärkungsregelung 11 als Funktion der Zeit. Fig. 5C zeigt die Verstärkung des Entzerrers 17. Fig. 5D zeigt das Eingangssignal des Doppelbegrenzers 23 als
Funktion der Zeit, und Fig. 5E zeigt die Verstärkung der Endverstärkungsstufe 27.

Zur Zeit t.. tritt ein Verstärkungssprung auf. Der Eingangspegel des Entzerrers fällt, und die Verstärkung der automatischen Verstärkungsregelung
setzt mit einer relativ langsamen Korrektur ein. Nach

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einer durch den Entzerrer 17 bewirkten Verzögerung fällt das Eingangssignal des Doppelbegrenzers zum Zeitpunkt t„ in den fehlerhaften Gleichgewichtsbereich. Die Verstärkung des Entzerrers beginnt mit einer relativ langsamen Abnahme gegen einen Wert hin, der dem durch die gestrichelte Linie in Fig. 5C dargestellten fehlerhaften Gleichgewichtszustand entspricht. Der Betrieb würde dadurch in dem fehlerhaften Gleichgewichtszustand stabilisiert. Nach einer Verzögerungszeit Δ t stößt der Fehlverstärkungsdetektor 29 die Endverstärkungsstufe 27 an, und die Endverstärkung der Fig. 5E springt auf den Wert +3. Diese Verstärkungszunahme läßt den Eingangspegel des Doppelbegrenzers über den fehlerhaften Gleichgewichtszustand hinaus anwachsen. Angenommen, die Endverstärkungs-Zunahme ist zu groß, so bewirkt die Endverstärkungsstufe 27 eine Verringerung der Verstärkung während des Zeitintervalls At-, und nach dieser Zeit folgt die Endverstärkung der Verstärkung der automatischen Regelung gemäß Fig. 5B.

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Claims

RACAL-MILGO, INC., eine Gesellschaft nach den Gesetzen des Staates Delaware, 8600 N. W. 41st Street, Miami, Florida 33166, USA

Datenmodem

Ansprüche

^_xJ. Datenmodem mit Schaltmitteln zum Wahrnehmen von mehrere diskrete Amplitudenwerte enthaltendenPymbolen aus einem Eingangssignal, dadurch gekennzeichnet, daß Schaltmittel (27, 29) vorgesehen sind, die ein unterdurchschnittlich häufiges Auftreten von Symbolen mit einer der Amplitudenwerte feststellen und ein Triggersignal abgeben, welches die Wahrnehmung dieser unterdurchschnittlichen Rate kennzeichnet.
2. Datenmodem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel (27, 29) einen Schaltkreis (29) enthalten, der auf das Triggersignal anspricht und die Verstärkung des Eingangssignals erhöht.

WWR/gj

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TELEFON (04 21) '7 20 48 EDUARD-GRUNOW-STRASSE 27
TELEGRAMMEFERROPAT TELEX 02 44 020 FEPAT BREMER BANK 100 9072

0RH3INAL INSPECTED
3. Datenmodem nach Anspruch nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Amplitudenwert des von den Schaltmitteln (28) detektierten Symbols gleich dem größten Amplitudenwert ist, der von der Symbolerkennungsschaltung erzeugt wird.
4. Datenmodem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltkreis (29) zur Erhöhung der Verstärkung einen anfänglichen Verstärkungssprung erzeugt, dessen Beitrag zur Verstärkung sich adaptierend verringert.
5. Datenmodem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel (27) zur Wahrnehmung der unterdurchschnittlichen Häufigkeitsrate einen Addierer (31), der auf die Symbole mit dem bestimmten Amplitudenwert anspricht, und ein Register (33) enthalten, dessen Inhalt von dem Addierer (31) gesteuert ist.
6. Datenmodem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltkreis (29) zur Erhöhung der Verstärkung Multiplizierer (41, 43) zum Multiplizieren des Eingangssignals mit einem Verstärkungsfaktor enthält, und Schaltungskomponenten (45, 47, 49, 51) zur Erzeugung eines Verstärkungsfehler-Signals enthält, und Schaltungskomponenten (53, 55, 57) enthält, die den Verstärkungsfaktor in Abhängigkeit von dem Triggersignal sprunghaft verändern und in Abhängigkeit von dem Verstärkungsfehler-Signal reduzieren.
7. Datenmodem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungskomponenten (45 bis 51) zur Erzeugung des Verstärkungsfehlersignals Multiplizierer (45, 47) zum Multiplizieren des Eingangssignals der Symbol-

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erkennungsschaltung (23) mit deren Ausgangssignal enthalten.
8. Datenmodem mit einer Entscheidungsschaltung,

die auf das Ausgangssignal eines Entzerrers anspricht um dieses Ausgangssignal in ein Signal mit mehreren Datensymbolen aufzulösen, wobei bei einem fehlerhaften Gleichgewichtszustand die Systemverstärkung auf einen Pegel reduziert ist, bei dem der Entzerrer und die Entscheidungsschaltung stabile Betriebswerte einnehmen aber die Auflösung der Datensymbole falsch ist, dadurch gekennzeichnet, daß Schaltungsmittel (27) zum Feststellen des falschen Gleichgewichtszustands, und Schaltungsmittel (29) zum Korrigieren des falschen Gleichgewichtszustands vorhanden sind.
9. Datenmodem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsmittel (27) den falschen Gleichgewichtszustand dadurch feststellen, daß sie eine falsche durchschnittliche Produktionsrate der Datensymbole feststellen.
10. Datenmodem nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der fehlerhafte Gleichgewichtszustand dadurch korrigiert wird, daß die Verstärkung der der Entscheidungsschaltung (23) zugeführten Eingangssignale sprunghaft verändert wird.

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