DE3331109A1 - Digital variable equaliser on the digital wave filter principle - Google Patents

Abstract

In the case of a digital variable equaliser on the digital wave filter principle, it is intended to specify a variable digital equaliser structure in which a desired fanning is achieved by varying a single switching parameter. This is achieved by a number N (N = natural number) of series-connected identical modules (B) being provided, in each case comprising a series connection of a digital wave filter (S), a multiplier ( gamma i) and a multiplier (M), by signals being picked off between in each case two successive modules and in each case weighted by a multiplier ( delta i), by there additionally being a further multiplier ( delta 1, delta N+1) provided at the input pick-off and at the output of the final module in the signal path, and by the individual picked-off and weighted signals and the respectively weighted input signals of the equalizer and output signals of the final module being added up. <IMAGE>

Description

Digitaler variabler Entzerrer nach dem Wellendigitalfilter-Digital variable equalizer after the wave digital filter

Prinzip Die Erfindung bezieht sich auf einen digitalen variablen Entzerrer nach dem Wellendigitalfilter-Prinzip. Principle The invention relates to a digital variable Equalizer based on the wave digital filter principle.

Ziel der Erfindung ist es, eine variable digitale Entzerrerstruktur anzugeben, bei der die gewünschte Fächerung durch Verändern eines einzigen Schaltungsparameters erreicht wird.The aim of the invention is to provide a variable digital equalizer structure specify in which the desired fanning out by changing a single circuit parameter is achieved.

Gelöst wird dies durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale.This is achieved by the features specified in claim 1.

Die erfindungsgemäße Lösung geht von einer zeitdiskreten Bode-Entzerrer-Struktur nach dem Wellendigitalfilter-Prinzip aus Zu realisieren ist eine Reflektanz (Fig. 1) bs (1) S1 = a1 In Fig. 1.1 bis 1.6 sind alle sechs möglichen Schaltungskonfigurationen angegeben { 5] . Mit Hilfe digitaler Signalverarbeitung sind diese Schaltungen nicht realisierbar. Der erfindungsgemäßen Lösung liegt die Idee einer näherungsweisen digitalen Realisierung der Schaltungen 1 bis 6 nach Fig. 1 zugrunde. Die Reflektanz S1 läßt sich als Funktion der Reflektanz S und des variablen Koeffizienten ß ausdrükken: c1 bis C3 sind Konstanten, die Funktionen der Koeffizienten bis «3 ar3 (der Vierpole V1 bis V6 in Fig. 1) sind. Beziehung (2) läßt sich in eine Potenzreihe entwickeln S1 = c1 5 S + c2 1 + c3 ß 5 *) wie in den beiden älteren Anmeldungen desselben Anmelders mit demselben Titel "Zeitdiskreter variabler Entzerrer", die auf denselben Erfinder zurückgehen, beschrieben (Aktenzeichen der ersten Anmeldung: P 33 29 839.4). Dort ist von einem Entzerrer ausgegangen, wie hier in Fig. 4 gezeigt. The solution according to the invention is based on a time-discrete Bode equalizer structure according to the wave digital filter principle. A reflectance (Fig. 1) bs (1) S1 = a1 is to be realized in Fig. 1.1 to 1.6 all six possible circuit configurations are given {5] . These circuits cannot be implemented with the aid of digital signal processing. The solution according to the invention is based on the idea of an approximately digital implementation of the circuits 1 to 6 according to FIG. 1. The reflectance S1 can be expressed as a function of the reflectance S and the variable coefficient ß: c1 to C3 are constants which are functions of the coefficients up to 3 ar3 (the four-pole connections V1 to V6 in FIG. 1). Relationship (2) can be developed into a power series S1 = c1 5 S + c2 1 + c3 ß 5 *) as described in the two earlier applications by the same applicant with the same title "Discrete time variable equalizer", which go back to the same inventor (file number the first registration: P 33 29 839.4). An equalizer was assumed there, as shown here in FIG. 4.

oder Für C3 gilt für alle 6 Fälle nach Fig. 1 |c3|<1. (4a) Damit ist die Konvergenz der Reihe nach (3) gesichert, da |c3 ß S|<1 (4b) wegen lßi # 1 (4c) Isl< 1 (4d) Zwischen der Transmittanz S21 des Bode-Entzerrers und der Reflektanz 1 gilt die Beziehung S21 = k (S1 - 1), (5) wobei hier k als frei wählbare Konstante angenommen wird.or For C3, for all 6 cases according to FIG. 1, | c3 | <1 applies. (4a) This ensures the convergence in sequence (3), since | c3 ß S | <1 (4b) because of lßi # 1 (4c) Isl <1 (4d) between the transmittance S21 of the Bode equalizer and the reflectance 1 the relationship S21 = k (S1 - 1), (5) applies, where k is assumed here as a freely selectable constant.

Mit (3) und (5) erhält man die Transmittanz des Bode-Entzerrers Dann gilt näherungsweise für den Bode-Entzerrer Fig. 2 zeigt die erfindungsgemäße Schaltung, die die Transmittanz nach Gl. (7) realisiert. Die Koeffizienten Yi und ergeben sich aus C1 c1 -cc 23k 1 Y Z N-C. I c3 y2 /3 Y3 - N-1 - C3 t (8) 1 = ( c2 - 1) k b. +1 für i ( gerade = ( i > 1) für i Bei der in der Fig. 2 dargestellten Schaltung sind N gleiche Baugruppen B in Kette geschaltet. Sie bestehen jeweils aus einem Wellendigitalfilter S in Serie mit einem Multiplizierer b und einem Multiplizierer M mit jeweils gleichem Koeffizienten ß. Die Eingangsklemme ist mit X, die Ausgangsklemme mit Y bezeichnet. Am Eingang ist an einem Querzweig ein Multiplizierer bs 61 angeordnet. Zwischen jeweils zwei aufeinanderfolgenden Baugruppen werden Signale abgegriffen, von Multiplizierern 62 b ... b N 1 bewertet und dann zusammen mit den Eingangs- und Ausgangssignalen durch Addierer A aufsummiert.The transmittance of the Bode equalizer is obtained with (3) and (5) Then approximately applies to the Bode equalizer Fig. 2 shows the circuit according to the invention, which the transmittance according to Eq. (7) realized. The coefficients Yi and result from C1 c1 -cc 23k 1 YZ NC. I c3 y2 / 3 Y3 - N-1 - C3 t (8th) 1 = (c2 - 1) k b. +1 for i (even = (i> 1) for i In the circuit shown in FIG. 2, N identical assemblies B are connected in a chain. They each consist of a wave digital filter S in series with a multiplier b and a multiplier M, each with the same coefficient β. The input terminal is marked with X, the output terminal with Y. At the input, a multiplier bs 61 is arranged on a shunt branch. Signals are tapped between two successive assemblies, evaluated by multipliers 62 b.

Fig. 3 zeigt eine praktische Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung nach Fig. 2. Durch die Einfügung der Verzögerungen um Vielfache von T mittels der Verzögerer T in den Längszweigen läßt sich die Schaltung vorteilhaft auf Signalprozessoren realisieren; sie ist insbesondere für höhere Abtastfrequenzen geeignet, da für die einzelnen arithmetischen Operationen mehr Zeit zur Verfügung steht. Dabei muß T nicht notwendigerweise der Kehrwert der Abtastfrequenz sein.Fig. 3 shows a practical embodiment of the solution according to the invention according to Fig. 2. By inserting the delays by multiples of T by means of the Delayers T in the series branches, the circuit can advantageously be used on signal processors realize; it is particularly suitable for higher sampling frequencies, since for the more time is available for individual arithmetic operations. T not necessarily be the reciprocal of the sampling frequency.

Nachfolgend wird anhand eines Ausführungsbeispiels aufgezeigt, wie die Dimensionierung der Koeffizienten erfolgen kann. Ausgangspunkt der Dimensionierung ist die Bode-Entzerrer-Schaltung nach Fig. lt. Zwischen der Grunddämpfung aBo in Neper - Bode-Entzerrer in Neutralstellung, d.h.An exemplary embodiment is used below to show how the dimensioning of the coefficients can be done. Starting point of the dimensioning is the Bode equalizer circuit according to Fig. lt. Between the basic attenuation aBo in Neper - Bode equalizer in neutral position, i.e.

Rv = Ro - und dem Parameter b (Fig. 4a) gilt Bei Wahl einer Grunddämpfung von 6,02 Dezibel ergibt sich hieraus b=2. Wählt man den freien Parameter k zu 0,5 so läßt sich die Schaltung nach Fig. 5 wie folgt dimensionieren: + 1 für i gerade #i = # -1 für i ungerade # iE[2, 3, ..., N, N+1] Die Koeffizienten der Reflektanz S berechnen sich in üblicher Weise - z.B. nach [4, 5] - aus der Impedanz Z1 nach Fig. ltb für Ro = R L = R c = 1 zu Fig. 5 stellt jetzt die aus der Fig. 4 abgeleitete~Schaltung für digitale Signalverarbeitung dar, wobei N=d Baugruppen B gewählt werden. Die symbolische Darstellungsweise entspricht der in der Literatur der Wellendigitalfilter üblichen Art [z.B. [4, 5]].Rv = Ro - and the parameter b (Fig. 4a) applies If a basic attenuation of 6.02 decibels is selected, this results in b = 2. If the free parameter k is chosen to be 0.5, the circuit according to FIG. 5 can be dimensioned as follows: +1 for i even #i = # -1 for i odd # iE [2, 3, ..., N, N + 1] The coefficients of the reflectance S are calculated in the usual way - for example according to [4, 5] - from the impedance Z1 according to FIG. 1 b for Ro = RL = R c = 1 FIG. 5 now shows the circuit for digital signal processing derived from FIG. 4, N = d assemblies B being selected. The symbolic representation corresponds to the type common in the literature on wave digital filters [eg [4, 5]].

Fig. 6 zeigt die Fächercharakteristik für -1 <ß< + 1.6 shows the fan characteristic for -1 <β <+ 1.

Die Erfindung bringt folgende Vorteile: - Realisierung eines variablen digitalen Entzerrers nach dem Bode-Prinzip; Fächercharakterstik wird durch Veränderung nur eines Schaltungsparameters erzielt, - bezüglich zur Neutralstellung komplementäre Frequenzgänge unterscheiden sich nur durch das Vorzeichen des Einstellkoeffizienten ß, - Struktur eignet sich besonders gut zur automatischen Einstellung des Entzerrers in einer zu entzerrenden Übertragungsstrecke, da nur ein Parameter variiert werden muß, - die für den ganzen Fächerbereich notwendige definierte Koeffizientenänderung liegt in dem günstigen Bereich zwischen -1 und +1, - mit dieser Struktur ist eine Optimierung der Fächercharakteristik an in der Praxis auftretende Gegebenheiten möglich (Fächerung muß nicht proportional erfolgen, wenn die Koeffizienten bi und y entsprechend gewählt werden), - Stabilitätseigenschaften des variablen Entzerrers entsprechen denen von Wellendigitalfiltern und Transversalfiltern, d.h. Schaltung kann durch Maßnahmen, wie sie bei Wellendigitalfiltern üblich sind, gänzlich frei von Grenzzyklen gemacht werden, - für jede Einstellung von ß, d.h. über die gesamte Fächercharakteristik hinweg, treten keine Anderungen der Stabilitätseigenschaften auf, - bei Ausgestaltung der Schaltung nach Fig. 3 können variable Entzerrer noch bei sehr hoher Abtastrate realisiert werden.The invention has the following advantages: Realization of a variable digital equalizer based on the Bode principle; The character of a fan becomes through change achieved only one switching parameter - with respect to the neutral position complementary Frequency responses only differ in the sign of the setting coefficient ß, structure is particularly suitable for automatic setting of the equalizer in a transmission link to be equalized, since only one parameter is varied must, - the defined change in coefficients necessary for the entire subject area lies in the favorable range between -1 and +1, - with this structure is a Optimization of the subject characteristics to the circumstances occurring in practice possible (diversification does not have to be proportional if the coefficients bi and y can be selected accordingly), - stability properties of the variable equalizer correspond to those of wave digital filters and transversal filters, i.e. switching can be completely free through measures that are common with digital wave filters of limit cycles - for each setting of ß, i.e. over the entire Fan-like characteristic, there are no changes in the stability properties on - in the embodiment of the circuit according to FIG. 3, variable equalizers can still can be implemented at a very high sampling rate.

In Betracht gezogene Literaturstellen: |1| H.W. Schüßler, "Digitale Systeme zur Signalverarbeitung", Springer Verlag Berlin, Heidelberg, New York, 1973.References considered: | 1 | H.W. Schüßler, "Digital Signal Processing Systems ", Springer Verlag Berlin, Heidelberg, New York, 1973.

121 H.W. Bode, "Variable Equalizers", B.S.T.J. April 1938, pp. 229-244 |3| V. Belevitch, "Classical Network Theory", Holden-Day, San Francisco, 1968 lt A. Fettweis, "Digital Filter Structures Related to Classical Filter Networks", AEü 25. Seite 79-89, 1971.121 H.W. Bode, "Variable Equalizers", B.S.T.J. April 1938, pp. 229-244 | 3 | V. Belevitch, "Classical Network Theory", Holden-Day, San Francisco, 1968 acc A. Fettweis, "Digital Filter Structures Related to Classical Filter Networks," AEü 25. Pages 79-89, 1971.

5 A. Fettweis, "On Adaptors for Wave Digital Filters", K. Meerkötter, IEEE Transactions on Acoustics, Speech, and Signal Processing, Vol. ASSP-23, No. 6, Dec. 1975, Seite 516-525.5 A. Fettweis, "On Adapters for Wave Digital Filters", K. Meerkötter, IEEE Transactions on Acoustics, Speech, and Signal Processing, Vol. ASSP-23, no. 6, Dec. 1975, pp. 516-525.

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Claims (2)

Patemt:ansprüche (I.j Digitaler variabler Entzerrer nach dem Wellendigitalfilter-Prinzip, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl N (N = natürliche Zahl) in Reihe geschalteter gleichartiger Baugruppen (B), jeweils bestehend aus einer Reihenschaltung eines Wellendigitalfilters (S), eines Multiplizierers ( Y und eines Multiplizierers (M) vorgesehen sind, daß zwischen jeweils zwei aufeinanderfolgenden Baugruppen Signale abgegriffen werden, die jeweils mit einem Multiplizierer ( b i) bewertet werden, daß zusätzlich am Eingangsabgriff und am Ausgang der im Signalweg letzten Baugruppe je ein weiterer Multiplizierer ( 1' N+1) vorgesehen ist und daß die einzelnen abgegriffenen und bewerteten Signale und die jeweils bewerteten Eingangssignale des Entzerrers und Ausgangssignale der letzten Baugruppe aufsummiert werden.Patent: Claims (I.j Digital variable equalizer based on the wave digital filter principle, characterized in that a number N (N = natural number) connected in series similar assemblies (B), each consisting of a series connection of a Wave digital filter (S), a multiplier (Y and a multiplier (M) are provided that between two consecutive modules signals are tapped, each of which is weighted with a multiplier (b i), that additionally at the input tap and at the output of the last module in the signal path a further multiplier (1 'N + 1) is provided and the individual tapped and weighted signals and the respective weighted input signals of the equalizer and output signals from the last module are added up. 2. Digitaler variabler Entzerrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Baugruppe (B) durch die Reihenschaltung eines Verzögerungsgliedes (T) erweitert wird, daß zusätzlich in jedem Abgriffzweig eine Verzögerung Um eine Zeit (N-j).T eingeschaltet ist, wobei j=1 bis N ist, beginnend mit dem ersten Abgriff nach dem Eingang, und daß das bewertete Eingangssignal ebenfalls um N.T verzögert wird.2. Digital variable equalizer according to claim 1, characterized in that that each module (B) is expanded by the series connection of a delay element (T) that there is also a delay in each tap branch To a Time (N-j) .T is on, where j = 1 to N, starting with the first tap after the input, and that the weighted input signal is also delayed by N.T. will.