ADAPTIVE EQUALIZER FOR THE EQUALIZATION OF MULTILEVEL SIGNALS

Abstract: 1. An adaptive equalizer for the equalization of multi-stage signals, using correlators and setting elements which can be set via control variables, where the correlators can be switched over between two control criteria (I, II) via switches (S), characterized in that the switch (S) includes a circuit which, in the manner of a squaring component, comprises an EXCLUSIVE-OR-gate (E) whose inputs are interconnected via a delay element (T).

Description: Adartiver Entzerrer zur Entzerrung mehrstufiger Signale Die Erfindung betrifft einen adaptiven Entzerrer zur Entzerrung mehrstufiger Signale unter Verwendung von Korrelatoren und von über Regelgrössen einstellbare Einstellglieder. Der Mechanismus einer adaptiven Entzerrung beruht bekanntlich auf der Korrelation von Störung (Istsignal minus Sollsignal) einerseits und von die Störung verursachenden (Nutz-)Signalen andererseits. Aus dieser Korrelation ergeben sich Regelspannungen, welche Stellglieder im Signale im Sinne einer Verringerung der Störung beeinflussen, Da auf der Empfangsseite Sollwerte lediglich Schätzwerte darstellen, sind beide Grössen, nämlich sowohl die Störung, als auch die verursachenden Signale, auch nur Schätzwerte. Um zu erreichen, dass ein adaptiver Entzerrer sicher konvergiert, muss zu Beginn des Adaptionsvorgangs ein Minimum an Störabstand vorhanden sein. Bei zu grosser Störung, also auch bei zu grosser linearer Verzerrung, entsprechen die Schätzwerte von Soll- und Störsignal nur zu selten den tatsächlichen Werten, was dazu führt, dass eine brauchbaren Regelspannungen entstehen und der Entzerrer nicht konvergiert. Da die Toleranz gegenüber einer Störung von der Anzahl der übertragenen MmplitudenstuSen abhängt, ist bei Mehrstufen- Übertragung diese Situation früher erreicht als bei binärer Übertragung. Es steht also das Problem an, den Adaptionsvorgang bei adaptiven Entzerrern für menrstuSige Signale zu er leichtern, und zwar mit dem Ziel, auch unter extrem ungünstigen Übertragungsverhältnissen, d.h. bei stark verzerrtem Signal, ein Konvergieren des Entzerrers zu ermöglichen. Bei den bekannten Entzerrern dieser Art (z.B. "BSTJ", 44 (1965), H. 4, Seite 547 ff) wurden bisher binäre Lernsuster übertragen, was Jedoch sowohl auf der Sendeseite als auch auf der Empfangsseite entsprechende M2B- nahmen zur Folge hat und damit auch den technischen Schaltungsaufwand verhältnismässig in die iiohe treibt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, möglichst einfache Schaltungen für derartige Entzerrer anzugeben, insbesondere solche Schaltungen, bei denen kein Rückkanal erforderlich ist. Diese Angabe wird für die einleitend genannten adaptiven Entzerrer erfindungsgemäss in der Weise gelöst, dass die Korrelatoren zwischen zwei Regelkriterien über einen Schalter umschaltbar sind. Weitere vorteilhafte Ausgeftaltungen sind in den Ünter- ansprüchen angegeben. anhand von Ausfürungsbeispielen wird nachstehend die Erfindung noch naher erläutert. Es zeigen in der Zeichnung Fig. 1 einen umschaltbaren Korrelator, bei dem auch die Verwendung analoger Bestandteile möglich ist, Fig. 2 eine als Quadrierer wirkende Schaltung, Fig. 3 eine weitere erfindungsgemässe Korrelatorschal- tung, die aus digitalen Schaltungsbausteinen ausgebaut werden kann und die gegebenefalls auch nach Art eines ROM ausgebildet sei kann. Bei der Erfindung wird unter anderem noch von folgenden Überlegungen ausgegangen. Ein Entzerrer für mehrstufige Signale wird dann leichter konvergieren, wenn für die Zeit der Adaption auf binäre Übertragung umgeschaltet wird. Bei ttbertragungs- systemen ohne Rückkanal wäre diese Umschaltung allerdings nur auf der Empfangsseite durchführbar; die Wirksamkeit dieser Massnahme ist jedoch nicht offensichtlich. Im folgenden wird eine Akquisitonsschaltung für Entzerrer mehrstufiger Signale beschrieben, die bewirkt, dass der Empfänger bei stark gestörtem Signal auf quasibinären Betrieb übergeht und damit den Adaptionsvorgang erleichtert. Für die Regelspannungserzeugung bei adaptiven Entzerrern für N-stufige Signale gilt folgendes. Bei üblichen Entzerrern - auch bei solchen für mehrstufige Signale - werden die beiden zu korrelierenden Grö ssen meist binär verarbeitet, d.h. ein gegebenes Stellglied wird angesteuert von 5sign (ai - bi) sign ci, Dabei seien die Werte ai das Istsignal, b. das Sollsignal 1 1 und ci ein bestimmter Verursacher. Die blosse Decodierung eines N-stufigen Signales (mit (N-1) Entscheiderschwellen) liefert bereits die Werte bi sowie sign ci. Zur Darstellung der Werte sign (ai - bi > sind 2N-1 Entscheiderschwellen erforderlich. Wird im Dual Code decodiert, so liefert das LSB (least significant bit = niedrigstwertiges Bit) bereits die Werte sign (ai - bi), ein entsprechend zeitversetztes MSB (most significant bit = höchstwertiges Bit) die Werte sign ci. Eine fehlerhafte Decodierung trifft bei einem zweistufigen Signal beide Faktoren gleichermassen. Bei einem mehrstufigen Signal sind von einer fehlerhaften Decodierung in erster Linie die Sollwerte (bi) betroffen, was sich auf den Faktor sign (ai - bi) auswirkt. Bei zu grosser Störung und Mehrstufenubertragung werden also hauptsächlich deshalb - trotz einigermassen richtiger Werte für ci - keine brauchbaren Regelspannungen entstehen. Eine zweistufige Auswertung mehrstufiger Signale ergibt folgendes. Eine grössere Ausbeute an richtigen Schätzwerten wird zweiffellos anfallen, wenn statt einer Schätzung von bi zunächst lediglich eine Schätzung von sign b. durchgeführt wird. Zu diesen sign bi gehören jetzt fiktive binäre Sollwerte bi, deren Amplitude dem mittleren Amplitudenstufenwert des gesendeten Signals entspricht. Auf diesen Mittelwert bezogen sind nun die Istwerte a mit zweierlei Störungen behaftet, nämlich einmal mit jener (linearen) Störung, die durch den adaptiven Entzerrer erkannt und beseitigt werden soll, und zum anderen mit einer gleichbleibenden unkorrelierten Störung aufgrund der tatsächlichen Mehrstufigkeit des Signals. Die Situation ist offenbar prinzipiell dieselbe wie bei gestörtem, rein binärem Betrieb. Anders als dort nimmt hier die unkorrelierte Störung aber nur diskrete werte an, was unter Umständen dazu führt, dass unterhalb einer bestimmten Schwelle die lineare Störung bei der also dung von sign (ai - b.) nicht mehr hervortritt und deshalb dann wieder auf normalen Betrieb übergegangen werden muss - der dann auch wieder brauchbare mehrstufige Schätzwerte bi liefert. Bei mehrstufigen Signalen mit N = 22 gleich häuÎigew Am- plitudenstufen wird deren Mitteiweft durch die Entschei- derschwellen des zweitwertigsten Bits dargestellt. Bei zweistufiger Auswertung ist dies damit gleichzeitig das LSB und liefert somit - Dual-Decodierung vorausgesetzt - bereits die Werte sign (ai - bi). Umschaltkriterium und mögliche Ausführungsformen werden in den Fig. 1 bis 3 noch im einzelnen erläutert. Im Beispiel der Fig. 1 ist zu erkennen ein Exklusiv ODER-Gatter 1, dem ausgangsseitig eine Leitung nachgeschaltet ist, auf der ein Regelkriterium I in Form der Häufigkeitsverteilung der binären Zahlen "0µt und "1" geführt wird. Das gleiche gilt für eine Leitung, die am Ausgang eines Exklusiv-ODER-Gatters 2 liegt und das Regelkriterium II führt. An den beiden Eingängen des Exklusiv-ODER-Gatters 1 liegen an Signale, die durch "1. Bit und "4. Bit" gekennzeichnet sind, ebenso liegen an den Eingängen des Enklusiv-ODER-Gatters 2 Signale an, die durch "1. Bit und 112. Bit" kenntlich gemacht sind. Dem Exklusiv-ODER-Gatter 2 ist noch nachgeschaltet ein Tiefpass TP, dem ein Absolutwertbildner iXl folgt, und von dem aus wird ein Komparator K erreicht, dessen Ausgangssignal auf einen Schalter S einwirkt. Der zweite Eingang des Komparators K liegt auf einem Bezugspotential, das mit Ref bezeichnet ist. Die Regelkriterien I und II können über den nachfolgenden Schalter umgeschaltet werden und gelangen von dort aus aus auf eine eine Integrationsschaltung 3, an deren Ausgang dann gewissermassen das Korrelatorausgangssignal auftritt. In Fig. 2 ist rein schaltungsmässig zu erkennen ein invertierendes Exklusiv-ODER-Gatter 2, an dessen einen Eingang ein an sich beliebiges Signal unmittelbar herangeführt wird, während sein zweiter Eingang das gleiche Signal über ein Verzögerungsglied T mit einer Verzögerungszeit von mindestens einer Periode des Verarbeitungstaktes erhält. Im Ausführungsbeispiel von Fig. 3 sind für funktionsgleiche Teile die gleichen Bezugsziffern verwendet wie in Fig. 1, so dass insoweit unmittelbar auf Fig. 1 verwiesen werden kann. Der Schalter s enthält jedoch gewissermassen einen Summierverstärker 4 mit einem invertierenden Eingang 6 und zwei nichtinvertierenden Eingängen 7 und-8. Am Eingang 7 liegt unmittelbar das vom Exilusiv-ODER-Gatter kommende Regelkriterium I an, während am weiteren nichtinvertierenden Eingang 8 das vom Exklusiv-ODER-Gatter 2 kommende Regelkriberium II anliegt. Dem invertierenden Eingang 6 ist ein Gatter 5 vorgeschaltet, das im Ausftihrungsbeispiel ebenfalls als invertierendes Exklusiv-ODER-Gatter ausgebildet ist, und dessen einer Eingang unmittelbar mit dem Eingang 7 des Summierverstärkers 4 zusammengeschaltet ist. Dem zweiten Eingang des Gatters 5 ist eine nach Art von Fig. 2 ausgebildete Quadierschaltung vorgeschaltet, also ein invertierendes Rxklusiv-ODER-Gatter 2, dessen einer Eingang unmittelbar mit dem Eingang 8 zusammengeschaltet ist, während sein zweiter Eingang weber das Laufzeit- glied T am Eingang 8 liegt Der dort gestrichelt einge rahmte Teil ist mit den Anschlussklemmen A, 3, C und D bezeichnet und kann gegebenenfalls als ROM ausgebildet werden, für das die später noch angegebene Tabelle gilt. Im einzelnen ist bezüglich der Fig. 1 bis 3 noch folgen- des zu bemerken. Als Beispiel dient ein Entzerrer für ein Signal mit acht äquidistanten und gleich häufigen Amplitudenstu- fen. Er enthält einen Entscheider mit einer Alsnsung von vier Bit, wobei durch die ersten drei 3it das Signal decodiert wird. Bei einem Entzerrer rac: Fig. 1 entsteht eine bestimmte Regelspannung durch die Korrelation von 4, und (dazu zeitversetzem) 1. Bit. Ein Korrelator, der gemäss der hier behandelten Erkenntnisse arbeitet, muss zwischen den zwei Verknüpfungen (1. Bit) (4. Bit) und (1. Bit) (2. Bit) umschaltbar sein, wie dies in Fig. 1 zu erkennen ist. Das Kriterium für die Umschaltung kann aus der Verknüpfung von 1. und 2. Bit gewonnen werden. Bei Vorhandensein einer dort erkennbaren linearen Störung - also Korrelation zwischen 1. und 2. Bit - entstehe eine Gleichspannungskomponente, die über einen Tiefpass TP, einen Absolutwertbildner XI und einen Komparator K den Schalter S nach unten legt und damit diese Verknüpfung wirksam werden lässt. Mit kleiner werdender linearer Störung und verschwindender Korrelation zwischen 1. und 2. Bit geht der Schalter S nach oben und lässt die Verknüpfung von 1. und 4. Bit wirksam werden. Im Beispiel besteht der Komparator K aus einem Operationsverstärker, dessen zweiter Eingang einer Bezugspannung "Ref" zugeordnet ist und über dessen Ausgangssignal der Schalter S in geeigneter Weise betätigt wird. Eine einfache, rein digitale Anordnung erhält man über die folgenden Schritte: Tiefpass TP und Absolutwertbildner IX} werden ersetzt durch die Minimallösung gemäss Fig. 2. Zum Verständnis dieser Anordnung sei festgehalten, dass mit logischen Schaltungen in begrenztem Umfang die Häu- figkeitsverteilung und damit der Gleichstrommittelwert binärer Signale manipuliert werden kann. In diesem Sinne ist ein EXOR-Gatter ein (linearer) Multiplizierer im Bereich -1 < x < +1, wobei x L + , wobei x der Gleichstrommittelwert der beteiligten Signale sein soll. Voraussetzung dabei ist, dass die beiden Eingangssignale voneinander statistisch möglichst unabhängig sind. Die Schaltung gemäss Fig. 2 ist also ein Quadrierer, bei dem die beiden aus einer Quelle kommenden Signale durch gegenseitigen zeitlichen Versatz in diesem Sinne voneinander unabhängig gemacht worden sind. Man erhält also eine einseitig gerichtete Gleichspannungskomponente im Bereich 0 < 1, die allerdings zur Ansteuerung eines Komparators wieder gesiebt werden müsste, beispielsweise wie dies in Fig. 1 durch den Tiefpass TP erreicht wird. Das Problem der Siebung kann aber umgangen werden, indem man auf die harte Umschaltung zu Gunsten eines flie ssenden Übergangs verzichtet. Fig. 3 zeigt hierfür im Beispiel eine komplette Anordnung. Bei vorhandener Korrelation zwischen 1. und 2. Bit liefert der Quadrierer eine mittlere Gleichspannung, die das nachfolgende Gatter für das von oben kommend, durch die Verknüpfung von 1. und 4. Bit entstandene Signal I durchlässig macht und über den invertierenden eingang 6 der nachfolgenden (analogen) Summierschaltung 4 neutralisiert. Das im unteren Zweig geführte Signal II aus der Verknüpfung von 1. und 2. Bit wird überwiegend wirksam. 3ei fehlen- der Korrelation zwischen 1. und 2. Bit, d.h. Gleichstrommittelwert Null im unteren Zweig, liefert auch der Quadrierer aus den Bausteinen T und E den Gleichstrommittelwert Null und sperrt das nachfolgende Gatter 5. Jetzt wird das Signal aus der Verknüpfung von 1. und 4. Bit voll wirksam. Eine weitere Vereinfachung dieser Anordnung ist möglich, wenn man sich für eine weitere Verarbeitung mit zweiwertigen Signalen begnügt. Die Anordnung innerhalb der strichlierten Linie reduziert sich dann zu einer lowischen Schaltung mit drei Eingängen A, 3, C und einen Ausgang D und der folgenden Wahrheitstabelle: A B C D 0 0 0 0 O 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 Bei vorhandener (momentaner) Korrelation zwischen 1. und 2. Bit haben B und C denselben Zustand. Dieser Zustand wird an den Ausgang weitergegeben. Bei gegensinnigen 3 und C wird der Zustand von A weitergereicht. Für die vorstehend beschriebenen Schaltungen lässt sich also folgendes sagen. Ein adaptiver 3ntzerrer,der ein Mehrstufensignal verarbeiten soll, benötigt, um sicher zu konvergieren, zu Beginn des Adaptionsvorganges normalerweise einen grö Oberen Störabstand als ein Entzerrer für binäre Signale. Durch eine vorübergehende Umschaltung auf Binärbetrieb kann man auch dort mit vergleichsweise niedrigem Störabstand auskommen. Bei Systemen ohne Rückkanal ist eine solche Umschaltung allerdings nur auf der Empfangsseite durchführbar. Trotz der tatsächlichen Mehrstufigkeit des Signals gibt es bei dieser pseudoternären Betriebsart eine grössere Ausbeute an richtigen Entscheidungen, was dazu führt, dass der Entzerrer leichter konvergiert. Das Kriterium für die Umschaltung zwischen dieser und der normalen 3etriebs- art wird der Signalstation am Entzerrerausgang entnommen. Die bevorzugte Ausführungsform der entsprechenden Schaltung besteht im wesentlichen aus einer einfachen logischen Anordnung. 3 Patentansprüche 3 Figuren

Claims: Patentanstrüche 1. Adaptiver Entzerrer zur Entzerrung mehrstufiger Signale unter Verwendung von Korrelatoren und von über Regelgrössen einstellbare Einstellglieder, d a d u r ch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Korrelatoren zwischen zwei Regelkziterien (I, II) über Schalter (S) umschaltbar sind. 2. Adaptiver Entzerrer nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h ne t , dass der Schalter (S) eine Schaltung enthält, die nach Art eines Quadrierers aus einem Emklusiv-OD3R-Gatter (E) besteht, dessen Eingänge über ein Laufzeitglied (T) zusammengeschaltet sind. 3. Adaptiver Entzerrer nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Korrelator eine Summierschaltung (4) enthält, derem Ausgang (D) ein Integrierglied (3) nachgeschaltet ist und deren nichtinvertierenden Eingängen (7, 8) die Regelkriterien (I, II) unmittelbar zugefuhrt werden, während ihr invertierender Eingang (6) mit dem Ausgang eines Exklusiv ODER-Gasters (5) mit der das erste Regelkriterium (I) führenden Leitung verbunden ist, während sein zweiter Eingang mit dem Ausgang des Quadrierers (T, E) verbunden ist, dessen Eingänge wiederum an der das zweite Regelkriterium (II) führenden Leitung liegen.

Inventors: BRUCKBOCK, PETER, DIPL.-ING., RINGELHAAN, OTMAR, DIPL.-ING., Bruckböck, Peter, Dipl.-Ing.
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT BERLIN UND MUNCHEN
Application year: 1983
Main classification: H04L25
IPC codes: H04B3, H04L25, H03M5