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Die vorliegende Erfindung betrifft einen
Adaptiv-Equalizer mit den Merkmalen des Oberbegriffs von
Anspruch 1, um einen einfacheren und verbesserten
Ausgleich von sogenannten Vorläufern und Nachläufern
eines aus einem Übertragungsmedium empfangenen Signals zu
erreichen, nachdem das empfangene Signal bei einer
vorgegebenen Abtastfrequenz abgetastet worden ist.
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In der Übertragungstechnologie werden Adaptiv-Equalizer
verwendet um den Effekt von analogen Übertragungsmedien
auf übertragene Signale zu unterdrücken, die aus ihrer
digitalen in die entsprechende analoge Form zurückkodiert
sind. Auf der Übertragungsseite des Übertragungssystems
findet eine Umwandlung entsprechend einem vorgegebenen
Code, beispielsweise einer Zweiphase, einer HDB3 etc.
statt um den Signalfluß an das Medium anzugleichen. Auf
der Empfängerseite findet deswegen eine Zurückkodierung
in die ursprüngliche digitale Form statt. Das analoge
Signal wird aufgrund von Störungen in dem Medium verzerrt
und verzögert sein.
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Es ist bekannt, die Datensymbole auf der
Übertragungsseite entsprechend dem sogenannten 2B1Q-Code
zu übertragen. Dies beinhaltet Nullen und Einsen in einem
Datenfluß in Paaren zurückzukodieren, beispielsweise so
das 00 in einen Impuls mit einer vorgegebenen Amplitude
zurückkodiert wird, 01 in einen Impuls mit einer anderen
Amplitude etc. Zusätzlich werden die Impulse so
übertragen, daß ein einem Impuls folgender Impuls
gestartet wird bevor der erstere beendet ist, d.h. es
tritt ein überlappender Impulsfluß auf. Auf der
Empfängerseite verursacht dies ein empfangenes Signal,
das entfernte Signal, das einen Hauptimpuls umfaßt, dem
eine Vielzahl von "Vorläufern" vorangehen und negativen
und positiven "Nachläufern" folgen, welches nachfolgend
empfangene entfernte Signal- Impulse beeinflußt.
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Zum Beseitigen oder zumindest zum Unterdrücken dieser
Vorläufer und Nachläufer ist im Stand der Technik
vorgeschlagen worden, Equalizer zu verwenden, die erste
und zweite Digitalfilter enthalten, wobei das erste
Filter die Vorläufer und das zweite Filter die Nachläufer
ausgleicht, wie zum Beispiel in "Adaptive Egualization",
Proceedings of the IEEE, Vol. 73, Nr. 9, Sept. 1985, S.
1357 beschrieben.
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Ein weiterer bereits bekannter Equalizer, der in einer
Empfängerstruktur enthalten ist, wird in der
US-A-3.792.356 beschrieben. In dieser Empfängerstruktur
ist ein getrennter Vorläufer-Equalizer eingebaut, falls
aber eine vernachlässigbare Vorläufer-Zwischensymbol-
Störung auftritt, ist eine geringe oder keine
Vorläufer-Ausgleichung erforderlich.
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Diese und die erste erwähnte Empfängerstruktur trägt
jedoch dem Übertragungs-Dämpfungsproblem und deren
Kompensation keine Rechnung, wenn die Notwendigkeit einer
Vorläufer-Ausgleichung bestimmt wird.
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Bei einer Datenübertragung mit dem sog. 2B1Q-Verfahren
tritt ein gleichzeitiges Zurückkodieren von 2 Bits (00,
01, 10, 11) zugleich auf, wobei vier verschiedene Stufen
gebildet werden, d.h. ein sog.quarternärer Code. Ein
neuer 2B1Q-Impuls wird außerdem gesendet bevor ein
derartiger vorangehender Impuls zu Ende ist. Entsprechend
zu der obigen Erklärung, verursacht dies einen oder
mehrere Vorläufer (Vorläufer-Teil) und eine Vielzahl von
Nachläufern (Nachläufer-Teil).
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Der oben erwähnte bekannte Equalizer mit zwei Filtern zum
Ausgleichen beider Teile kann teuer sein, da das erste
Filter eine Vielzahl von Abzweigungen zum Ausgleichen der
Vorläufer besitzen wird. Seine Einfügung wird somit
schwierig werden, da mehrere Abzweigungen einen Anstieg
der Abtastrate zur Folge haben um eine Konvergenz des
Filters zu ermöglichen. Zusätzlich besteht ein Wunsch
eine Abtastrate beizubehalten, die der Baud-Rate gleicht,
d.h. die der Geschwindigkeit der übertragenen Impulse
gleicht. Eine derartige Abtastrate hat zur Folge, daß die
Filter innerhalb praktischer Grenzen für verschiedene
Arten von Übertragungsmedien jedoch nicht zuverlässig
konvergieren.
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Der Equalizer entsprechend der vorliegenden Erfindung
enthält ein erstes und zweites Filter um die jeweiligen
Vorläufer und Nachläufer, die bei der Verwendung von
überlappenden Vielfachstufen-Codes, beispielsweise einem
2B1Q-Code auftreten, auszugleichen. Jedoch ist der
erfingunsgemäße Equalizer auf den Fall beschränkt, bei
dem ausschließlich ein wichtiger Vorläufer vor dem
Hauptimpuls auftritt, der auf der Empfängerseite erfaßt
werden soll, während die übrigen Vorläufer
vernachlässigbar sind. Der Equalizer eignet sich somit
zur Verwendung in Zusammenhang mit Übertragungen unter
Verwendung der oben erwähnten Code-Typen.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit,
einen Equalizer mit zwei adaptiven Filtern zum
Ausgleichen des Vorläufer-Teils bzw. des Nachläufer-Teils
zu schaffen, bei dem das Filter für den Vorläufer-Teil
entsprechend der Eigenschaft des verwendeten
Übertragungscodes vereinfacht worden ist.
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Dafür besitzt der Egualizer die Unterscheidungsmerkmale,
die im Kennzeichnungsteil von Anspruch 1 angegeben sind.
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Die Erfindung wird im folgenden ausführlicher unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In den
Zeichnungen zeigt:
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Fig. 1 ein Zeitdiagramm von übertragenen
Impulsen;
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Fig. 2 ein Zeitdiagramm eines empfangenen
Impulses;
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Fig. 3 ein Blockschaltbild eines
erfindungsgemäßes Equalizers; und
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Fig. 4a-4b jeweils das Auftreten eines
normalisierten Eingangssignals an dem
Equalizer und sein Ausgangssignal.
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Fig. 1 zeigt das Zeitdiagramm für die von der
Übertragungsseite des Übertragungssystems übertragenen
Impulse, zum Empfang von dem empfängerseitigen System
über ein Übertragungsmedium, beispielsweise ein Kabel.
Insbesondere zeigt die Figur sogenannte "Masken" von
2B1Q-Impulsen P1, P2, P3, d.h. jeder übertragene Impuls
besitzt einen Toleranzbereich, der sich innerhalb der
trapezförmigen Begrenzungen des Impulses befindet. In dem
Diagramm aus Fig. 1 wird angenommen, daß der Impuls P1
eine Amplitude von +3, Impuls P2 -3 und Impuls P3 +1
besitzen. Die Impulse P1-P3 entsprechen hierbei den
Binärpaar-Kombinationen 10, 00 und 11. Jeder Impuls
erstreckt sich über eine Zeit von T + 3T/4, wobei der
Impuls P1 an dem Zeitpunkt t&sub0; -3T/4, Impuls P2 am
Zeitpunkt t&sub0; + T/4 und Impuls P3 am Zeitpunkt t&sub0; + T
+ T/4 beginnt. Die Impulse P1-P3 werden somit so
übertragen, daß sie sich überlappen, d.h. Impuls P2
startet bevor P1 endet. Dies ergibt eine Übertragungsrate
(Baud) von 1/T. Jeder Impuls kann vier Stufen annehmen:
+3, -3, -1, +1, entsprechend der Binärkombinationen 10,
00, 01 und 11.
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So wie die Impulse P1-P3 durch das Übertragungsmedium
laufen, wird jeder Impuls verzögert und verzerrt. Fig. 2
zeigt beispielsweise den Fall für Impuls P1 nach einer
Übertragung und unmittelbar vor dem Empfang. Auf der
Empfängerseite existiert ein festes (nichtadaptives)
analoges Filter zum Ausgleichen, welches die gestrichelte
Kurve aus Fig. 2 für einen übertragenen Impuls zur Folge
hat. Zu ungefähr dem gleichen Augenblick, zu dem der
Impuls empfangen wird, findet ein Abtasten zum Zeitpunkt
t&sub1;-2T bei einer Frequenz gleich der Bitzeit T statt.
Der erste Abtastwert wird mit h&submin;&sub2; bezeichnet. Bei
t&sub1;-T wird ein zweiter Abtastwert h&submin;&sub1; erhalten und bei
t&sub2; wird ein Abtastwert h&sub0; erhalten, von dem
angenommen wird, daß er dem maximalen Wert des
empfangenen Signals (dem entfernten Signal) entspricht.
Die über das Medium auftretende Verzögerung gleicht somit
t&sub1;-t&sub0;. Darauf folgende Abtastwerte werden mit h&sub1;,
h&sub2;, etc. bezeichnet. Die Abtastwerte h&submin;&sub2; und h&submin;&sub1;
sind die Vorläufer und die Abtastwerte h&sub1;, h&sub2; etc.
sind die Nachläufer.
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Um eine richtige Erfassung von übertragenen Daten zu
erzielen, ist es wichtig, daß die Vorläufer h&submin;&sub2; und
h&submin;&sub1; beseitigt werden können, so daß nur der Wert h&sub0;
erfaßt wird. Bei herkömmlichen Equalizern ist ein erstes
transversales Filter mit einer Vielzahl von Abzweigungen
vorgesehen, das die Vorläufer so weit wie möglich
beseitigt, während ein zweites Filter die Nachläufer
beseitigt. Der erfindungsgemäße Equalizer besitzt auch
zwei Filter, nutzt aber die Tatsache aus, daß in dem
verwendeten Code und bis auf h&sub0;, der Vorläufer h&submin;&sub1;
dominiert, wohingegen h&submin;&sub1; vernachlässigt werden kann.
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Fig. 3 ist ein Blockschaltbild des Equalizers
entsprechend der Erfindung.
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Das ankommende entfernte Signal u aus Fig. 2, von dem
angenommen wird, daß es in einem (nicht gezeigten)
Vorfilter ausgeglichen worden ist, tritt an dem Eingang
einer Verstärkungseinheit AE auf. Die Einheit besitzt
einen vorgegebenen, adaptiven Verstärkungsfaktor, der die
Dämpfung in dem Übertragungsmedium kompensiert. Der
Verstärkungsfaktor gleicht sich in Ansprechen auf erfaßte
Daten w und einem Fehlersignal e, wie oben beschrieben,
so daß das ankommende Signal u auf ein normalisiertes
Ausgangssignal u' normalisiert wird.
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Der Equalizer enthält ein erstes Ausgleichungs-Filter F1
und ein zweites Ausgleichungs-Filter F2 mit einer
Vielzahl von Abzweigungen. Der Ausgang des ersten Filters
F1 ist mit dem positiven Eingang einer ersten
Summationsschaltung A1 verbunden, deren Ausgang an eine
Entscheidungsschaltung B und an den positiven Eingang
einer zweiten Summationsschaltung A2 angeschlossen ist.
Über ihren Ausgang schafft die Entscheidungsschaltung B
das gewünschte, empfangene Datensignal und ist an den
Eingang des zweiten Ausgleichungs-Filters F2
angeschlossen. Ein Signal y wird aus dem Ausgang des
Filters F2 erhalten, wobei der Ausgang an den
Minus-Eingang der Summationsschaltung A1 angeschlossen
ist. Außerdem ist der Ausgang der Entscheidungsschaltung
B an den Minus-Eingang der zweiten Summationsschaltung
angeschlossen. Beide Schaltungen A1 und A2 arbeiten somit
als Differenz-Bildungseinrichtung für die Signale x, y
und das Ausgangssignal w.
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Eine Bestimmung des ankommenden Signals v = x - y wird in
der Entscheidungsschaltung B durchgeführt, wobei dieses
Signal mit einer Vielzahl von Schwellwerten verglichen
wird und für den verwendeten 2B1Q-Code mit den Stufen +3,
+1, -1, -3, können diese Werte aus der
Entscheidungsschaltung B entsprechend der folgenden
Tabelle +5, +2 sein:
Intervall v
Ausgangssignal w
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Außerdem wird ein Fehlersignal e aus der
Summationsschaltung A2 an der Einheit AE entsprechend der
folgenden Tabelle erhalten:
Eingangssignal v
Ausgangssignal v
Fehlersignal e
Gewälter Adaptionsschritt in AE
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Die Ausgangsgröße w der Entscheidungsschaltung soll eine
der quaternären Codestufen zur Erfassung des
Eingangssignals U annehmen. Wenn das Signal u' in dem
Equalizer gefiltert wird, wird ein Ausgangssignal v-(x-y)
erhalten, das von der Entscheidungsschaltung B bestimmt
wird. Der Fehler e bezeichnet, in welcher Richtung v von
dem entschiedenen Wert w abweicht und wird somit der
Verstärkungseinheit AE sowie den Multiplizierern M11 in
F1 und M21-M2n in dem Filter F2 zugeführt.
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Das erste Ausgleichs-Filter F1 ist zur Beseitigung des
Vorläufers h&submin;&sub1; des normalisierten Signals u' bestimmt,
das aus der Einheit AE erhalten wird, und das Filter F2
für die Nachläufer h&sub1;, h&sub2;, ... in u'. Diese
Unterteilung der Filter ist bekannt. Entsprechend der
Erfindung ist das Equalizer-Filter F1 nur mit einer
Abzweigung eingefügt, d.h. es umfaßt beispielsweise ein
Schieberegister mit zwei Schnitten x&sub1; und x&sub2;, einen
adaptiven Multiplizierer M11 und eine Summationsschaltung
A3. Der Multiplizierer besitzt einen Koeffizienten c, der
entsprechend den folgenden Ausdrücken aktualisiert wird:
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c=c' -(Δ c) x e x X&sub1;, wobei
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c' der vorangehende Wert von c;
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Δc die Schrittweite, d.h. der Zuwachs oder die Abnhame
von c; und
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e = der Fehler ist, der die Differenz zwischen dem
Ausgangssignal (x-y) aus der Summationsschaltung A1 und
dem Ausgangssignal w darstellt.
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Das Ausgangssignal (x-y) ist das Signal, das von den
Vorläufern (in dem Filter F1) und außerdem von den
Nachläufern (in dem Filter F2) gefiltert worden ist. Das
Ausgangssignal w stellt das von (x-y) abgeleitete
Entscheidungssignal dar. Entsprechend den obigen
Ausführungen, ergibt die Größe e den die Adaption des
Equalizers bis auf die Adaption der Einheit AE
bestimmenden Fehlers.
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Fig. 4a zeigt ausführlicher wie das ankommende,
abgetastete und normalisierte Signal u' im Filter F1 für
den Fall gefiltert wird, bei dem der Equalizer
konvergiert hat, d.h. eine ausreichende Anzahl von
Abtastwerten h&submin;&sub2;, h&submin;&sub1;, h&sub0;, h&sbplus;&sub1; etc. von den
Equalizer-Filtern F1, F2 (der Fehler e 0) verarbeitet
worden sind. Die Adaption des Filters F1 bedeutet, daß
der Multiplizierer M11 so eingestellt wird, daß der
Koeffizient c folgende Bedingung erfüllt. c= h&submin;&sub1;/h&sub0;.
Dies wird mit dem sog. LMS-Algorithmus erreicht, der den
Fehler e minimiert und den Multiplizierer M11 dazu
treibt, den oben erwähnten Wert anzunehmen.
1. Der Augenblick -2T
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Zu diesem Zeitpunkt ist das Schieberegister SH1 geladen
worden, so daß X&sub1; = h&submin;&sub2; und X&sub2; = 0. Der Ausgang X
wird somit 0, da h&sub2; 0 ist.
2. Der Augenblick -T
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Das Schieberegister SH1 enthält nun die Werte X&sub1;=h&submin;&sub1;;
X&sub2;=h&submin;&sub2; 0. Der Ausgang X wird somit folgende
Beziehung erfüllen:
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X=h&submin;&sub2; +h&submin;&sub1;(h&submin;&sub1;/h&sub0;))=h²&submin;&sub1;/h&sub0; 0,
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falls h&submin;&sub1; « h&sub0;. Normalerweise ist h&submin;&sub1; zwischen
0,01 h&sub0; und 0,1 h&sub0; in Abhängigkeit von dem
Übertragungsmedium und dem Vorfilter.
3. Der Augenblick 0
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Das Schieberegister SH1 enthält nun die Werte x&sub1;-h&sub0;,
x&sub2;=h&submin;&sub1; und
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X=h&submin;&sub1; +h&sub0;(-(h&submin;&sub1;/h&sub0;))=0 (exakt erfüllt).
4. Der Augenblick +T
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Das Schieberegister enthält nun die Werte X&sub1;=h&sbplus;&sub1;,
X&sub2;=h&sub0; und
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X=h&sub0;+h&sbplus;&sub1;(-(h&submin;&sub1;/h&sub0;))=(h&sub0;-/h&submin;&sub1; x h&sbplus;&sub1;/h&sub0;)
h&sub0; falls h&submin;&sub1;«h&sub0;, h&sbplus;&sub1;h«&sub0;.
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Fig. 4b zeigt das Ausgangssignal x. Es ist ersichtlich,
daß der h&sub0; am nächsten liegende Vorläufer vollständig
beseitigt (-T) worden ist. Der Abtastwert bei -2T, das
heißt zwei Abtastintervalle vor h&sub0;, ist durch die Größe
-h²/h&sub0; modifiziert worden, welches somit die
Anwendbarkeit des Filters F1 in dem Equalizer bezeichnet.
Außerdem soll angenommen werden, daß h&submin;&sub2; vernachlässigt
werden kann und daß h&submin;&sub1; nicht ungefähr 10 % von h&sub0;
überschreitet. Unter diesen Bedingungen wird eine
Verbesserung des Signal-Rauschverhältnisses von ungefähr
20 dB erhalten. Praktische Anstrengungen zeigen, daß auch
die Nachläufer h&sbplus;&sub1;, h&sbplus;&sub2;, etc. durch die Einfügung des
Filters F1 in den Equalizer gedämpft werden. Das letztere
konvergiert gewöhnlicherweise nach ungefähr 40.000
Abtastwerten für die längsten Leitungen. Der Koeffizient
-(h&submin;&sub1;/h&sub0;) ist derselbe in dem Multiplizierer M11 nach
der Konvergenz für alle möglichen Stufen (+3, +1, -1, -3)
des Eingangssignals u'.