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1. (WO1996016495) DISTORTION CORRECTOR FOR TWO DATA FLOWS
Note: Text based on automatic Optical Character Recognition processes. Please use the PDF version for legal matters
ANORDNUNG ZUM ENTZERREN VON ZWEI DATENSTRÖMEN

BESCHREIBUNG

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine derartige Anordnung ist aus der EP-O 179 393 Bl bekannt.

Bei der Übertragung digitaler modulierter Nachrichtensignale treten auf dem Übertragungsweg bis zum Empfänger lineare Verzerrungen, insbesondere Echos auf. Da sich die Echos zeitlich ändern können, muß eine Entzerrung adaptiv erfolgen. Ferner können Verzerrungen innerhalb des Empfängers im Demodulationspfad auftreten, welche bei einer Entzerrung berücksichtigt werden müssen. Aus der EP-O 179 393 Bl ist es bekannt, zur Entzerrung ein Oberflächenweilenfilter zu verwenden, dessen Koeffizienten adaptiv einstellbar sind. Das Oberflächenweilenfilter wird vor dem Demodulationspfad angeordnet. Zur Berechnung der Koeffizienten wird dafür üblicherweise das verzerrte trägerfrequente Signal vor dem Oberflächenweilenfilter mit dem entzerrten, trägerfrequenten Signal nach dem Oberflächenweilenfilter verglichen. Eine Erfassung der Verzerrungen im Demodulationspfad ist damit nicht möglich.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei einer Anordnung der eingangs erwähnten Art sämtliche, im Übertragungsweg und im Empfanger auftretende

T REGEL 26 Signalstorungen zu entzerren

Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelost

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemaßen Anordnung ergeben sich aus den Unteranspruchen

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen naher erläutert Es zeigt

Fig 1 bis 4 Blockschaltbilder von Ausfiihrungsbeispielen der erfindungsgemaßen
Entzerreranordnung, und

Fig 5 ein Blockschaltbild eines für die Anordnungen nach Fig 1 bis 4
geeigneten Filters

Fig 1 zeigt eine Anordnung, bestehend aus einem nicht-rekursiven FIR-Filter 20 mit den beiden Teilubertragungsfunktionen Hj(z) und HQ(Z), einem Quadraturamplitudendemodulator 30, einer

Addierschaltung 120, einer Addierschaltung 130, einer Schaltung 40 zur Umwandlung des Datenstroms I mit der inversen Filterubertragungsfunktion 1/Hj(z), einer Schaltung 60 zur Umwandlung des Datenstroms I mit ebenfalls der inversen Filterubertragungsfunktion 1 Hj(z), einer Schaltung 80 zur Umwandlung des Datenstroms Q mit der inversen Filterubertragungsfunktion 1/HQ(Z). einer Schaltung 100 ebenfalls zur Umwandlung des Datenstroms Q mit der inversen Filterubertragungsfunktion l H (z), einem Prozessor I 50 für die 1-Komponente, einem Prozessor IQ 70 für die IQ-Komponente, einem Prozessor QI 90 für die QI-Komponente und einem Prozessor Q 110 für die Q-Komponente des Basisbandsignals.
Das Eingangssignal A 10 ist ein linear verzerrtes, insbesondere echo verzerrtes, quadraturamplitudenmoduliertes Signal im Trägerfrequenzbereich. Dieses Signal 10 ist das Eingangssignal eines einstellbaren nicht-rekursiven FIR-Filters 20 (Final Impulse Response, Transversalfilter), welches die Struktur nach Fig. 5 aufweist. Das gefilterte Ausgangssignal B 21 dieses einstellbaren nicht-rekursiven FIR-Filters 20 ist das Eingangssignal eines Quadraturainplituden-Demodulators 30, indem sich die beiden um jeweils 90 Grad zueinander phasenverschobenen Ausgangssignale I 31 und Q 32 durch Aufspalten des Eingangssignals und Multiplizieren des eines Anteils mit dem Trägersignal sin(wτt) und Multiplizieren des anderen Anteils mit dem Trägersignal sin(wτt-(-T/2) ergeben. Dabei ist Zeitkonstante T der zeitliche Abstand zwischen zwei unmittelbar benachbarten Symbolen des demodulierten Signals. Das eine Ausgangssignal 1 31 des QAM-Demodulators ist das Eingangssignal in eine Schaltung 40 zur Umwandlung des Datenstroms I mit der inversen Filterübertragungsfunktion 1/H,(z), einer Schaltung 60 zur Umwandlung des Datenstroms I mit der inversen Filterübertragungsfunktion 1/H,(z) und zugleich das Ausgangssignal I der Anordnung. Das Teilsignal Q 32 ist das Eingangssignal in eine Schaltung 80 zur Umwandlung des Datenstroms I mit der inversen Filterübertragungsfunktion l/HQ(z), eine Schaltung 100 zur Umwandlung des Datenstroms Q mit der inversen Filterubertragungsfunktion l/HQ(z) und zugleich das Ausgangssignal Q der Anordnung. Die Schaltungen 40, 60, 80, 100 zur Umwandlung des Datenstromes I und Q mit der inversen Filterubertragungsfunktion 1/H,(z) und l/HQ(z) gleichen den Umstand aus, daß das nicht-rekursive FIR-Filter 20 vor der Demodulation angeordnet ist und das linear verzerrte Eingangssignal A 10 der Anordnung nicht direkt das Basisbandeingangssignal in den jeweiligen Prozessor I 50, IQ 70, QI 90, Q 110 ist. Das nicht-rekursive FIR-Filter 20 vor dem Demodulator kompensiert auch die Demodulatorverzerrungen vor, welche erst nach dem FIR-Filter 20 im Demodulator auftreten. Das Ausgangssignal der Schaltung 40 ensteht durch Faltung des Signals I mit der inversen Filterübertragungsfunktion 1/H,(z). Das Signal X, 41 und das Signal X, 61 kann zu den Zeitpunkten t somit aus dem Signal I 31 durch Ausführung der Differenzengleichung in folgender Weise bestimmt werden:
X,(t) = l/a0I (I(t)-all X1(t-T)-X[(t-2T)- ... -X-(t-nT)).
Die Filterkoeffizienten entsprechen dabei dem Koeffizientensatz Kt zum Zeitpunkt k. Die beiden Signale XQ 81 und XQ 101 ergeben sich in gleicher Weise aus dem Signal Q 32, wobei als Koeffizientensatz K, zum Zeitpunkt k zu nehmen ist. Diese Differenzengleichung stellt ein rekursives IIR-Filter dar und sie kann im jeweilig nachfolgenden Prozessor 50, 70, 90, 110 softwaremäßig realisiert werden, d.h. die Schaltungsteile 40 und 50, 60 und 70, 80 und 90, 100 und 110 können auch als eine schaltungstechnische Einheit betrachtet werden. Das Ausgangssignal X, 41 der Schaltung zur Umwandlung 40 ist das Eingangssignal in einen Prozessor 50. Der zweite Eingang in diesen Prozessor 50 ist das Ausgangssignal I 31 der Anordnung. Das Eingangssignal X, 61 des Prozessors 70 ist das Ausgangssignal der Schaltung zur Umwandlung 60 und das zweite Eingangssignal 32 des Prozessors 70 ist das Ausgangssignal Q 32 der Anordnung. Das Ausgangssignal XQ 81 der Schaltung zur Umwandlung 80 ist das Eingangssignal in einen Prozessor 90. Der zweite Eingang in diesen Prozessor 90 ist das Ausgangssignal I 31 der Anordnung. Das erste Eingangssignal X, 101 des Prozessors 110 ist das Ausgangssignal der Schaltung zur Umwandlung 100 und das zweite Eingangssignal 32 des Prozessors 110 ist das Ausgangssignal Q 32 der Anordnung. Die Prozessoren 50, 70, 90, 110 errechnen den jeweiligen Koeffizientensatz K, 51, KIQ 71, KQI 91, KQ 111 für das FIR-Filter 20 nach Fig.

5, indem sie einen Iterationsalgorithmus ausführen, insbesondere einen bei dem der sich der neue (k+ l)-te Koeffizientensatz aus dem k-ten Koeffizientensatz durch Subtraktion eines Korrekturwertes ergibt:
a*(k - l) = a*(k) - Korrekturwert.
Dieser Korrekturwert wird aus den beiden Eingangssignalen in dem Prozessor gebildet. Als Beispiel für einen solchen Iterationsalgorithmus sei der Least-Mean-Square-Algorithmus mit folgendem mathematischen Zusammenhang angegeben:

mit dem Koeffizientenindex i, dem Filterkoeffizienten a„ dem Schrittweitenfaktor μ, dem momentanen Filterausgangs wert yk, de Referenzwert y, und den verzerrten Eingangswerten xk_*.
Der berechnete Koeffizientensatz K, 51 ist das Ausgangssignal des Prozessors I 50. Er wird auf den ersten Eingang einer Addierschaltung 120 geführt. Das zweite Eingangssignal der Addierschaltung 120 ist das Ausgangssignal KIQ 71, der vom Prozessor IQ 70 errechnete Koeffizientensatz. Die Addierschaltung 120 verknüpft jeweils die Anteile mit der gleichen Indexnummer der beiden Koeffizientensätze K, 51 und K,0 71 und arbeitet nach folgender Vorschrift:
•^01 = 3oι "f" ä-OIQ» -^02 = «-kx) "*" «-kxji»
aM = all "•" alIQ> ai2 = aiQ "*" alQI>
a21 = a2I "*" a2IQ> a22 = a2Q "*" a2Qt
usw.


Das Ausgangssignal K, 121 ist ein neuer Koeffizientensatz, der den I-Teil der Koeffizienten des FIR-Filters 20 gemäß Fig. 5 steuert und die Teilübertragungsfunktion H,(z) bildet. Dieses Signal 121 wird auch an die Umwandlungsschaltuπg 40 geführt. Der andere Q-Teil der Koeffizienten des FIR-Filters 20 ist der in äquivalenter Weise in der Addiersachaltung 130 aus den Koeffizientensätzen KQ, 91 und KQ 111 ermittelte neue Koeffizientensatz K2 131 der die Teilübertragungsfunktion HQ(z) bildet. Dieses Signal 131 wird auch an die Umwandlungsschaltung 80 geführt.

Fig. 2 zeigt eine Anordnung, bestehend aus einem nich - rekursiven FIR-Filter 20 mit den beiden Teilübertragungsfunktionen H,(z) und HQ(z), einem QAM-Demodulator 30, einer Schaltung 40 zur Umwandlung des Datenstroms I mit der inversen Filterübertragungsfunktion 1/H,(z), einer Schaltung 80 zur Umwandlung des Datenstroms Q mit der inversen Filterübeπragungsfunktion l/HQ(z), einem Prozessor I 50 für die I-Komponente, einem Prozessor Q 90 für die Q-Komponente, einem Schalter I 140 zum Durchschalten der Ausgangssignale 1 31 und Q 32 der Anordnung auf den zweiten Eingang des Prozessors I 50, einem Schalter I 150 zum Durchschalten der Ausgangssignale 1 31 und Q 32 der Anordnung auf den zweiten Eingang des Prozessors Q 90. Der Unterschied von Fig. 2 zu Fig. 1 besteht in einer Vereinfachung derart, daß die Addierschaltungen 120 und 130 von Fig. l entfallen und die Koeffizientensätze K, 121 und K2 131 in gleicher Weise wie in Fig. 1 schon im jeweiligen Prozessor I 50 bzw. Prozessor Q 90 aufeinander addiert werden. Nach außen hin verhält sich Anordnung von Fig. 2 bezüglich der Signale A 10, I 31 und Q 32 genauso wie die Anordnung von Fig. 1. Desweiteren werden nur zwei Prozessoren I 50 und Q 90, anstatt der in Fig. 1 notwendigen vier Prozessoren I, IQ, Ql und Q benötigt und ebenso nur zwei vorgeschaltete Schaltungen 40 und 80 zur Umwandlung des Datenstromes. Die beiden Prozessoren I und Q dieser Fig. 2 arbeiten jeder für sich im Zeitmultiplex den jeweiligen Iterationsalgorithmus für den Eingang I 31 und Q 32 ab. Zusätzlich gegenüber Fig. l sind in Fig. 2 ein Schalter I 140 und ein Schalter Q 150 notwendig, deren Eingangssignale das Ausgangssignal I 31 und Q 32 der Anordnung sind. Die Schaltmatrix für den Schalter I 140 kann zum Beispiel lauten:

Schalterstellung I Q IQ
1 L o L
2 0 L L.
Die Schaltmatrix für den Schalter Q 150 kann zum Beispiel lauten:
Schalterstellung I Q Y0,
1 O L L
2 L 0 L.
Die beiden Schalterstellungen für beide Schalter werden mit der Symbolfrequenz 1/T synchron gesteuert. Vor jeder Schalterumstellung wird der bis dahin jeweils errechnete Koeffizientensatz zwischengespeichert, solange bis der nächste Koeffizientensatz errechnet ist. Dann werden beide Koeffizienten sätze K, 51 , K,Q 71 im Prozessor I zum neuen Koeffizientensatz K* 121 und beide Koeffizientensätze KQ, 91 , KQ 111 im Prozessor Q zum neuen Koeffizientensatz K2 131 wie in Fig. 1 beschrieben addiert.

Fig. 3 zeigt eine Anordnung, bestehend aus einem nicht-rekursiven FIR-Filter 20 mit den beiden Teilübertragungsfunktionen H,(z) und HQ(z), einem QAM-Demodulator 30, einer Schaltung 40 zur Umwandlung des Datenstroms I mit der inversen Filterübertragungsfunktion 1/H,(z), einer Schaltung 80 zur Umwandlung des Datenstroms Q mit der inversen Filterübertragungsfunktion l/HQ(z), einem Prozessor 50, einem Schalter X 160 zum Durchschalten der Ausgangssignale X, 41 und XQ 81 der beiden Umwandlungsschaltungen 40 und 80 auf einen ersten Eingang des Prozessor 50, einem Schalter Y 170 zum Durchschaken der Ausgangssignale I 31 und Q 32 der Anordnung. Die Anordnung von Fig. 3 ist gegenüber Fig. 2 weiter vereinfacht. Das Ausgangssigπal 161 des Schalters X

.1 160 ist das zweite Eingangssignal des Prozessors 50. Der Unterschied von Fig. 3 zu Fig. 1 besteht in einer weiteren Vereinfachung derart, daß die Addierschaltungen 120 und 130 von Fig. 1 entfallen und die Koeffizientensätze in gleicher Weise schon im Prozessor 50 aufeinander addiert werden. Nach außen hin verhält sich Anordnung von Fig. 3 bezüglich der Signale A 10, I 31 und Q 32 genauso wie die Anordnung von Fig. 1. Desweiteren wird als weitere Vereinfachung gegenüber Fig. 2 nur ein Prozessor 50, anstatt der in Fig. 1 notwenigen vier Prozessoren I, IQ, QI und Q benötigt, bei ebenso nur zwei vorgeschalteten Schaltungen 40 und 80 zur Umwandlung des Datenstromes. Der Prozessor 50 dieser Fig. 3 arbeitet im Zeitmultiplex den jeweiligen Iterationsalgorithmus für die unterschiedlichen Eingangssignale X 161 und Y 171 ab. Zusätzlich gegenüber Fig. l sind in Fig. 3 ein Schalter X 160 und ein Schalter Y 170 notwenig. Die Schaltmatrix für den Schalter X 160 kann zum Beispiel lauten:
Schalterstellung XI XQ X
1 L 0 L
2 L 0 L
3 0 L L
4 0 L L.
Die Schaltmatrix für den Schalter Y 170 kann zum i BBeeiissppiieell llaauutteenn::
Schalterstellung I Q Y
1 L 0 L
2 0 L L
3 0 L L
4 L 0 L.
Die vier Schalterstellungen für beide Schalter werden mit der Symbolfrequenz 1/T synchron gesteuert. Vor jeder Schalterumstellung wird der bis dahin jeweils errechnete Koeffizientensatz zwischengespeichert bis der nächste Koeffizientensatz errechnet ist. Dann werden beide Koeffizientensätze Kj 51, KIQ 71 im Prozessor zum neuen Koeffizientensatz K 121 und die beiden nächsten Koeffizientensätze KQI 91, KQ

1 1 1 im Prozessor Q zum neuen Koeffizientensatz K2 131 wie in Fig 1 beschrieben addiert Beide neuen Koeffizientensätze Kl und K2 werden zum FIR-Filter 20 gefuhrt

Fig 4 zeigt eine Anordnung, bestehend aus einem nicht-rekursiven FIR-Filter 20 mit der Ubertragungsfunktion H(z), einem Amplitudendemodulator 30, einer Schaltung 40 zur Umwandlung des Datenstroms I mit der inversen Filterubertragungsfunktion 1/H(z), einem Prozessor 50 Die Anordnung von Fig 4 ist gegenüber Fig. 1, Fig. 2 und Fig. 3 weiter vereinfacht und ein rein amplitudenmodulierter Sonderfall für das Signal Q gleich null Es kann auch die andere Komponente Q gleich null sein, in diesem Fall heißt der Datenstrom dann Q 31. Das Ausgangssignal 41 der Schaltung 40 zur Umwandlung ist ein Eingang des Prozessors 50. Das zweite Eingangssignal des Prozessors ist das Ausgangssignal 3 1 der Anordnung. Der Prozessor dieser Fig. 4 arbeitet nicht im Zeitmulti-plex, sondern nur den Iterationsalgorithmus für die beiden Eingangssignale X 1 und I 31 Deshalb ergibt sich auch nur ein Koeffizientensatz K 141, welcher zur Schaltung 40 und zum nicht-rekursiven FIR-Filter 20 gefuhrt wird. Da die Q-Komponente, bzw die Q-Komponenten, des Ausgangssignals der Anordnung gleich null ist/sind, werden im nicht-rekursiven FIR-Filter 20 von Fig. 5 auch nur die I-Koeffizienten
aoi, an, a2ι, a3-, ..., a-j gestellt, alle anderen Koeffizienten a<>2, aι2, a22, a32) .., an2 sind standig null Dies ist gleichbedeutend mit einem nicht-rekursiven FIR-Filter, weiches von Koeffizient zu Koeffizient nur eine Zeitverzogerung von T aufweist Die Anordnung von Fig. 5 umfaßt 2 (n 4- 1) gleichartige Multiplizierschaltungen 30 und 2 - (n 4- 1) gleichartige Verzögerungsschaltungen 20 und eine Addierschaltung 40. Das Eingangssignal A 10 wird in 2 (n + 1) Teilsignale aufgespaltet, jedes Teilsignal wird jeweils über eine Verzögerungschaltung 20 und eine Multiplizierschaltung 30 geführt. Alle 2 (n + 1) Teilsignale werden in der Addierschaltung 40 gemeinsam addiert. Mit dem

Koeffizientensatz K, 60 werden die Koeffizienten a«*.,, a,,, a21, a3l a,,, als

Multiplikatoren der Anordnung eingestellt. Mit dem Koeffizienten satz K, 70 werden die Koeffizienten a^, a,2, a22, a32, ..., a-,2 als Multiplikatoren der Anordnung eingestellt. Das Ausgangssignal B 50 der Anordnung entsteht durch um die Multiplikatoren 30 gewichtete und um die Zeitkonstante T/2 20 verzögerte Addition der 2 (n + 1) Teilsignale. Die Zeitkonstante T entpricht dem zeitlichen Abstand zwischen dem Auftreten unmittelbar benachbarter Symbole im Basisband. Für den Anwender arbeitet das FIR-Filter von Fig. 5 nach außen hin mit der doppelten Frequenz 2 fτ gegenüber der Taktfrequenz fτ = 1/T im Basisband. Dies entspricht einer Überabtastung um den Faktor 2. Das Ausgangssignal B 50 der Anordnung ist somit zur Zeit t:
B(t) = ao, A(t) + ao2 A(t-T/2) + au A (t-T) + a12A(t-3T/2) + ... + a„2 A(t-nT) .
Für den Sonderfall der Amplitudenmodulation von Fig. 4 sind die Koeffizienten a^, aI2, a22, a32, ... , a^ alle identisch null, damit ist der zeitliche Abstand zwischen den Teilsignalen T anstatt T/2 bei Quadraturamplitudenmodulation.