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Die
vorliegende Erfindung betrifft Kommunikationssysteme und bezieht
sich besonders auf ein System zum Kompensieren von linearer Verzerrung, die
von irgendeinem linearen Hochgeschwindigkeits-Datensystem, und insbesondere
einem Übertragungssystem
für digitales
Fernsehen („DTV"), erzeugt wird.
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Ein
Hochgeschwindigkeits-Datenübertragungssystem,
wie etwa ein Übertragungssystem
zur Ausstrahlung von DTV benötigt
lineare Entzerrung („linear
equalization") für optimale
Leistung und Signalabdeckung. Wegen der hohen Datenraten, die in einem
DTV-System benötigt
werden, wird ein Entzerrungssystem sehr schwer zu implementieren,
wenn bekannte Entzerrurungstechniken verwendet werden.
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Herkömmliche
lineare Entzerrung (Kompensation) bei Fernsehsystemen wurde durch
analoge Equalizer zur Vor-Verzerrung erreicht, die statisch (nicht-adaptiv)
sind. Diese Equalizer sind Filter/Korrektoren, die Anpassungen im
Werk benötigen,
um ein gewünschtes
Ausmaß an
Vor-Verzerrung (Vor-Entzerrung) bereitzustellen. Das Altern der
Filter/Korrektoren und Temperaturschwankungen führen zu einem Drift im Ausmaß an Vor-Verzerrung. Gelegentliche
Anpassungen vor Ort sind notwendig.
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Digitale
Signalverarbeitungstechniken stellen eine verbesserte Leistung der
Vor-Entzerrung des Informationssignals bereit. Speziell kann digitale Signalverarbeitung
in einem Korrektur- und
Entzerrungsansatz verwendet werden. Ein solcher adaptiver Ansatz
kann die Anpassungen im Werk und vor Ort eliminieren.
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Es
ist bekannt, eine Korrektur eines Signals innerhalb eines Signalstroms,
der zu einem Sender voranschreitet, durchzuführen. In einem System mit relativ
schneller Datenrate benötigt
die Korrektur jedoch ein relativ großes Maß an Rechenaufwand in einer
kurzen Zeitspanne. Nimmt man zum Beispiel einen Filter mit endlicher
Impulsantwort („Finite
Impulse Response" Filter,
FIR-Filter) mit 64 Abgriffen, der ein DTV-Signal bei einer
25 MHz-Abtastrate verarbeitet, benötigt die Aktualisierung des
Filters 64 mal 25 Millionen Aktualisierungen pro Sekunde.
Dies entspricht 1,6 Milliarden Aktualisierungen pro Sekunde.
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Eine
solche Aktualisierungsrate erfordert es, daß der Adaptionsvorgang offline
durchgeführt
wird.
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„Experimental
Performance of an Adaptive Digital Linearized Power Amplifier", Wright A. S. und Willem
G. D., IEEE MTT-S Digest, Vol. 2, pp. 1105-1108 (1992), XP000343487
beschreibt einen adaptiven Linearisierungsschaltkreis, der digitale Rückkopplung
und einen komplexen Gain-Vorverzerrer verwendet, um einen Leistungsverstärker, der durch
gedächtnislose
Nichtlinearitäten
charakterisiert ist, zu linearisieren.
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„Adaptive
Linearization of Power Amplifiers in Digital Radio System", Saleh A. A. M.
und Salz J., Bell Systems Technical Journal, Vol. 62, pp. 1019-1033
(1983), XP002028354 beschreibt einen adaptiven Linearisierer zur
Verwendung in digitalen Radiosystemen, der Quadraturamplitudenmodulation
verwendet. Der Linearisierer verwendet einen datengesteuerten rekursiven
Echtzeitalgorithmus, um die Signalkonstellationen vorzuverzerren,
um gedächtnislose,
einwertige Nichtlinearitäten
des Leistungsverstärkers
zu kompensieren.
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U.S.
Patent Nr. 5,489,879 offenbart einen Unterträger-Generator, der zuerst mit
einer ersten Gruppe von FIR-Koeffizienten arbeitet, um das Unterträgersignal
herzustellen. Eine Kalibrierungsvorrichtung überwacht das Unterträgersignal
und kalibriert eine zweite Gruppe von FIR-Koeffizienten, um die
Ausgabe eines Analogfilters und anderer frequenzabhängiger Amplituden-
und Phasen-Verzerrungsvorrichtungen zu entfalten. Dies korrigiert
die in der Ausgabephase eingeführte
Verzerrung des Unterträgersignals,
die durch die Vor-Verzerrung der Ausgabe des FIR-Bandpassfilters
als einer Funktion der frequenzabhängigen Charakteristika der
analogen Ausgabephase des Unterträger-Generators erzeugt wurde.
Kalibrierung des Unterträger-Generators
kann mindestens einmal zum Zeitpunkt der Herstellung oder Installation
der Vorrichtung, und danach in regelmäßigen Abständen oder nach Bedarf, durchgeführt werden.
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Die
vorliegende Erfindung gibt eine Vorrichtung zum Kompensieren einer
linearen Verzerrungswirkung auf ein Informationssignal innerhalb
eines Übertragungssystems
an, die folgendes umfaßt:
Einen Sender, der einen Verstärker
umfaßt,
wobei der Sender die Neigung zu linearer Verzerrung hat, die das
Verschieben mindestens eines Aspekts des Signals fort von dessen
beabsichtigtem Wert umfaßt,
einen linearen Vor-Equalizer, der entlang eines Signalstroms des
Informationssignals zu dem Sender angeordnet ist, wobei der lineare
Vor-Equalizer dem
Informationssignal ein vorbestimmtes Ausmaß an Vor-Entzerrung auferlegt,
und adaptive Entzerrungs-Bestimmungsmittel, die verbunden sind,
um sowohl ein Probesignal, welches aus dem Sender ausgekoppelt ist,
als auch das Informationssignal außerhalb des Signalstroms zu
dem Sender zu empfangen, wobei die adaptiven Entzerrungs-Bestimmungsmittel
ein zweites Ausmaß an
Vor-Entzerrung ermitteln, die von dem linearen Vor-Equalizer benötigt werden,
um die Neigung des Senders zu linearer Verzerrung zu kompensieren,
wobei die adaptiven Entzerrungs-Bestimmungsmittel geeignet sind,
den Vor-Equalizer
mit dem zweiten Ausmaß an
Vor-Entzerrung zu versehen, wenn festgestellt wird, daß das erste
Ausmaß an
Vor-Entzerrung, die vom Vor-Equalizer auferlegt wird, nicht mehr
effektiv ist, um die Neigung des Senders zu linearer Verzerrung
zu kompensieren, wobei der lineare Vor-Equalizer einen ersten Filter
umfaßt,
die adaptiven Entzerrurngs-Bestimmungsmittel
einen zweiten Filter umfassen und das Bereitstellen des zweiten
Ausmaßes
an Vor-Entzerrung für
den Vor-Equalizer das Bilden der Konvolution des zweiten Filters
mit dem ersten Filter umfaßt.
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Die
Erfindung wird nun durch Beispiele, mit Bezug auf die begleitenden
Zeichnungen, beschrieben, wobei;
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1 eine
schematische Darstellung einer Apparatur ist;
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2 eine
schematische Darstellung einer Beispielvorrichtung ist;
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3 eine
schematische Darstellung eines Teils der in 2 gezeigten
Vorrichtung ist, der die Apparatur umfaßt; und
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4 ein Flußdiagramm eines Vorgangs ist.
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1 zeigt
eine Apparatur 10, die eine Verzerrung von Informationsdatensignalen
kompensiert. Die Apparatur 10 stellt Vor-Entzerrungs-„Kompensation" für Informationsdaten
bereit, die mit einer relativ hohen Rate übertragen werden, und ist für Breitbandanwendungen
(z. B. 18 MHz) nutzbar.
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Die
hohe Datenrate und Bandbreite stammen vom Systemumfeld ab, in dem
die Apparatur 10 verwendet wird. Zum Beispiel wird die
Apparatur 10 in einem hochauflösenden („high definition", HD) digitalen Fernsehsystem
(„digital
television", DTV) 12 verwendet,
wie in 2 gezeigt ist. Im relevanten Teil umfaßt das DTV-System 12 einen
8VSB-Erreger („8VSB
exciter") 32.
Der 8VSB-Erreger 32 (3) umfaßt die Apparatur 10 nach
der vorliegenden Erfindung.
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Innerhalb
des Systems 12 wird die Ausgabe des 8VSB-Erregers 32 einem
Sender 34 bereitgestellt (z. B. UHF und/oder VHF). Ein
Sendesignal von einer Sendeantenne wird wiederum bei einem Fernsehgerät empfangen.
Die Signal-Zeitsteuerungsleitungen, die geeignete Zeitsteuerungssignale
für verschiedene
Komponenten des Systems (einschließlich Komponenten der Apparatur 10)
bereitstellen, werden benötigt,
um die Arbeit der verschiedenen Komponenten zu synchronisieren.
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Wenn
wir uns jetzt den Details des beispielhaften 8VSB-Erregers 32,
der in 3 gezeigt ist, zuwenden, wird ein Informationsdatenstrom
(z. B. von einem Schaltelement) empfangen, und er schreitet zu einer
Byte-Erzeugungsvorrichtung 42 und daraufhin zu einer Byte-Scramblervorrichtung
(„randomizer
device") 44 fort.
Der Informationsdatenstrom schreitet durch einen Reed-Solomon-Encoder 46 und
durch einen Trellis-Encoder 48 fort. Der Informationsdatenstrom
verläuft
durch einen oder mehrere Filter 50, einen adaptiven nichtlinearen
Korrektor 52, und einen linearen Vor-Equalizer 54.
In der bevorzugten Ausführungsform
besteht der Informationsdatenstrom, der in den linearen Vor-Equalizer 54 eingegeben
wird, aus 32 Byte Wörtern,
die innerhalb eines phasen-amplituden-modulierten elektrischen Signals definiert
sind.
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Der
lineare Vor-Equalizer 54 ist ein digitaler Filter mit endlicher
Impulsantwort („Finite
Impulse Response" Filter,
FIR-Filter), der das Informationssignal so vor-kompensiert oder
vor-entzerrt, daß die Ausgabe
aus dem Sender 34 wie gewünscht (d. h. ohne lineare Verzerrung)
geschieht. Der lineare Vor-Equalizer 54 kann einen Mikroprozessor,
der einen Programmvorgang ausführt,
enthalten oder umfassen, und/oder separate „festverdrahtete" Schaltkreise enthalten
oder umfassen. Der lineare Vor-Equalizer 54 ist Teil der
Apparatur 10, welche die lineare Verzerrung des Informationssignals
kompensiert.
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Der
Informationsdatenstrom schreitet durch einen Digital-Analog-Wandler
(„digital-to-analog
converter", DAC) 56 und
einen Aufwärtswandler 58,
der von einem Lokaloszillator 60 betrieben wird, fort.
Der Informationsdatenstrom schreitet vom Aufwärtswandler 58 durch
verschiedene bandbegrenzende Filter 59 zum Sender 34 fort.
Innerhalb des Senders 34 durchläuft der Informationsdatenstrom
(nun analog und aufwärtsgewandelt)
einen Hochleistungs-Sendeverstärker 62 des
Senders 34. Verschiedene Bandbegrenzungsschaltkreise, wie
Anpassungsnetzwerke („matching
networks"), Eingangs-/Ausgangsfilter,
und Antennenfehlanpassungen verzerren das Informationssignal, das
den Sender 34 durchläuft,
sowohl auf nichtlineare wie lineare Art. In anderen Worten ist das
System 12 ein suboptimales System.
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Als
Teil des Vorgangs des Kompensierens sowohl der nichtlinearen, wie
der linearen Verzerrung, die vom Verstärker 62 und anderen
Komponenten hervorgerufen wird, wird die Ausgabe des Senders 34 abgetastet,
um ein Rückkopplungs-Probesignal
bereitzustellen. Das Rückkopplungs-Probesignal
ist Indikativ für
die Senderausgabe und wird entlang eines Rückkopplungskanals bereitgestellt.
Speziell entkoppelt ein Koppler 64 das Probesignal aus der
Ausgabe des Senders 34. Das Rückkopplungs-Probesignal durchläuft einen
Abwärtswandler 66,
der vom selben Lokaloszillator 60 betrieben wird, wie der
Aufwärtswandler 58 (synchrone
Demodulation). Das Rückkopplungs-Probesignal
durchläuft
einen Analog-Digital(A/D)-Wandler 68, und wird dem adaptiven
nichtlinearen Korrektor 52 für dessen nichtlineare Korrektur
und auch einer adaptiven Entzerrungs-Bestimmungsvorrichtung 70 zur
Verfügung gestellt.
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Die
adaptive Entzerrungs-Bestimmungsvorrichtung 70 ist Teil
der Apparatur 10. Eine andere Eingabe in die adaptive Entzerrungs-Bestimmungsvorrichtung 70 ist
das Informationsdatensignal. Vorzugsweise wird das Informationssignal
der adaptiven Entzerrungs-Bestimmungsvorrichtung 70 von
einem Punkt im Datenstrom vor jeder Vor-Korrektur/Vor-Entzerrung (d. h. sowohl
vor dem nichtlinearen Korrektor 52 als auch dem linearen
Vor-Equalizer 54) bereitgestellt. Innerhalb der Entzerrungs-Bestimmungsvorrichtung 70 werden
das Rückkopplungs-Probesignal
und das Informationsdatensignal verwendet, um das Ausmaß an linearer
Vor-Entzerrung zu ermitteln, das der lineare Vor-Equalizer 54 dem
Informationssignal auferlegen muß, so daß die Ausgabe des Senders 34 ein
richtiges, linear korrektes Signal bereitstellt. Die adaptive Entzerrungs-Bestimmungsvorrichtung 70 kann
einen Mikrocomputer und/oder separate Schaltkreise umfassen oder
enthalten.
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Speziell
wird in 1 der Datenstrom als komplexe
Eingabe dargestellt, die einer nichtlinearen Korrekturfunktion 72 innerhalb
des adaptiven nichtlinearen Korrektors 52 zugeführt wird.
Die Ausgabe der nichtlinearen Korrekturfunktion 72 wird
einem Komplex-Reell-Wandler 74 bereitgestellt.
Die Ausgabe des Komplex-Reell-Wandlers 74 wird dem linearen
Vor-Equalizer 54 bereitgestellt. Die Ausgabe des linearen
Vor-Equalizers 54 wird als Eingabe dem DAC 56 bereitgestellt.
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Wie
in 1 gezeigt ist, wird das Informationssignal vom
Datenstrom zur Verwendung sowohl in einer nichtlinearen Korrektur
als auch einer linearen Entzerrung „abgezweigt". Die „Abzweigung" ist entfernt von
oder außerhalb
von dem Datenstrom. Komponenten und Abläufe, die entlang des Datenstroms
angeordnet sind (z. B. 72, 74, 54, 56 etc.), sind
online. Daher erlaubt die „Abzweigung" eine offline Aktivität. Speziell
wird das Informationssignal „abgezweigt" und als ein Eingang
einem „D"-(„desired")Speicher 76 bereitgestellt.
Der „D"-Speicher 76 speichert das Informationssignal
als ein erwünschtes Ergebnis
für Zwecke,
die unten beschrieben werden. Die Ausgabe des „D"-Speichers 76 wird einem Delay 78 innerhalb
des nichtlinearen Korrektors 52 bereitgestellt. Die Ausgabe
des „D"-Speichers 76 wird auch
als eine erste Eingabe einer Subtraktionsvorrichtung 80 (d.
h. einer Summationsvorrichtung, die einen additiven Eingang und
einen subtraktiven Eingang besitzt) bereitgestellt.
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Die
Subtraktionsvorrichtung 80 empfängt eine zweite Eingabe von
einem „Y"-(Rückgabe-) Speicher 82.
Der Y-Speicher 82 ist entlang des Rückkopplungspfades angeordnet.
Speziell empfängt
der Y-Speicher eine Ausgabe von einem Reell-Komplex-Wandler 84,
der wiederum seine Eingabe vom A-D-Wandler 68 empfängt. Der
Y-Speicher 82 enthält die
Informationen, wie sie vom Leistungsverstärker 62 ausgegeben
werden. Die Ausgabe des Verstärkers 62 ist
das Ergebnis von einer Vor-Verzerrung (d. h. Vor-Korrektur/Vor-Entzerrung)
durch den nichtlinearen Korrektor 52 und den linearen Vor-Equalizer 54 (die
unten beschrieben sind), und von einer Verzerrung durch das suboptimale
System 12, das den Sender 34 umfaßt. Die
Subtraktionsvorrichtung 80 ist ein Mittel, um das erwünschte Signal
mit dem tatsächlichen
Ausgabesignal zu vergleichen, und das Ergebnis eines solchen Vergleichs
wird von der nichtlinearen Korrekturfunktion 72 verwendet,
um eine nichtlineare Vor-Verzerrung des Informationssignals zu ermitteln.
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Richten
wir nun die Aufmerksamkeit auf die Entzerrungs-Bestimmungsvorrichtung 70,
die verwendet wird, um das Ausmaß an linearer Vor-Entzerrung,
die dem Informationssignal vom linearen Vor-Equalizer 54 auferlegt
wird, zu steuern. Man beachte, daß die 1 gewisse
der Komponenten im „Korrekturpfad-Strom" (d. h. außerhalb
des Informationsstroms) so darstellt, daß sie sowohl von der adaptiven
Entzerrungs-Bestimmungsvorrichtung 70,
als auch vom adaptiven nichtlinearen Korrektor 52 geteilt werden.
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Innerhalb
der Entzerrungs-Bestimmungsvorrichtung 70 wird die Ausgabe
des D-Speichers 76 einem Komplex-Reell-Wandler 90 bereitgestellt.
Die Ausgabe des Komplex-Reell-Wandlers 90 wird einem Delay 92 bereitgestellt,
und die Ausgabe des Delays 92 wird einer Subtraktionsvorrichtung 94 (d. h.
einer Summationsvorrichtung, die einen positiven Eingang und einen
negativen Eingang hat) bereitgestellt. Ebenfalls wird innerhalb
der Entzerrungs-Bestimmungsvorrichtung 70 die
Ausgabe des Y-Speichers 82 einem Komplex-Reell-Wandler 98 bereitgestellt,
und die Ausgabe des Komplex-Reell-Wandlers 98 wird einem
adaptiven Nach-Equalizer oder Filter 96 bereitgestellt.
Der Filter 96 ähnelt
dem linearen Vor-Equalizer 54 (d. h. beide sind Filter
mit endlicher Impulsantwort oder „FIR"-Filter). Der Filter 96 kann einen
Mikroprozessor, der ein Programmvorgang ausführt, umfassen oder enthalten,
und/oder separate, „festverdrahtete" Schaltkreise umfassen
oder enthalten. Die Ausgabe des Filters 96 wird als eine
zweite Eingabe der Subtraktionsvorrichtung 94 bereitgestellt.
Die Subtraktionsvorrichtung 94 ist ein Mittel, um die zwei
Eingangssignale zu vergleichen. Die Ausgabe der Subtraktionsvorrichtung 94 wird
wieder in den Filter 96 eingegeben.
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Die
Subtraktionsvorrichtung 94 und der Filter 96 wirken
als ein Nach-Equalizer, um einen linear Vor-Entzerrungswert zu erzeugen,
der verwendet wird, um die lineare Verzerrung durch die suboptimalen
Komponenten, z. B. den Sender 34, zu kompensieren. Man
beachte, daß irgendeiner
aus einer Anzahl von adaptiven Algorithmen innerhalb des adaptiven
Filters 96 verwendet werden könnte. Ein Beispielalgorithmus
ist ein LMS-Algorithmus („leastmean-squares", Minimum des mittleren
quadratischen Fehlers).
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Wenn
wir uns nun auf die Subtraktionsvorrichtung 94 konzentrieren,
wird ein Fehlerwert von der Subtraktionsvorrichtung ausgegeben und
von den zwei Eingaben errechnet (d. h. die Ausgabe vom adaptiven
Filter 96 wird vom verzögerten,
erwünschten
Signal subtrahiert). Speziell gilt e(n) = d(n) – y(n)·f(n),wobei:
- e(n)
- der Fehlertem ist;
- d(n)
- der erwünschte Vektor
ist (d. h. aus dem D-Speicher kommt und geeignet durch den Delay 92 verzögert ist);
- y(n)
- der Rücklauf-
oder Ergebnissignal ist (d. h. aus dem Y-Speicher ist);
- f(n)
- die vom adaptiven
Filter 96 gelieferte Korrektur ist; und
- *
- das Symbol für Konvolution
ist (d. h. das Ausmultiplizieren bzw. Falten von zwei Frequenzantworten)
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Es
kann gezeigt werden, daß y(n) = d(n)·g(n)·h(n),wobei:
- g(n)
- der Effekt des suboptimalen
Systems (z.B. des Senders 34) ist; und
- h(n)
- die Korrektur ist,
die vom linearen Vor-Equalizer 54 (im Informationsstrom)
bereitgestellt wird.
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Also
ist e(n) = d(n) – d(n)·g(n)·h(n)·f(n);wenn der Fehler
Null ist, folgt d(n) = d(n)·g(n)·h(n)·f(n) g(n)·h(n)·f(n) = δ(n).
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Daher
ist h(n)·f(n)
= g–1(n).
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Der
LMS-Beispielalgorithmus ist f(n) = h(n) + β(e(n)·x(n)),wobei:
- β
- ein Skalierungsfaktor
ist.
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Aus
den obigen Gleichungen kann man ersehen, daß die Konvolution des linearen
Vor-Equalizers 54 und
des adaptiven Filters 96 das Inverse des Systemeffekts
bereitstellen, und daher die optimale Vor-Entzerrung bereitstellen.
Daher werden die Werte des adaptiven Filters 96 mit denen
des linearen Vor-Equalizers 54 gefaltet. Die Werte, die
sich aus der Konvolution ergeben, werden dann gespeichert, um vom
linearen Vor-Equalizer 54 verwendet zu werden. Zum Beispiel
werden in einem Digitalfilter, der eine Mehrzahl von Abgriffen (z.
B. 32) umfaßt,
die Abgriffwerte geändert
(d. h. aktualisiert). Die Mittel 100 zur Konvolution der
Werte aus dem adaptiven Filter 96 mit denen des linearen
Vor-Equalizers 54 sind in 1 durch
die strichpunktierte Linie dargestellt, die den linearen Vor-Equalizer 54 und
den adaptiven Filter 96 und einen schematischen Konvolutions-Funktionsblock
verbindet. Die Struktur zum Durchführen der Konvolutionsfunktion 100 kann
einen Mikroprozessor, der ein Programm ausführt, und/oder separate „festverdrahtete" Schaltkreise umfassen.
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Die
adaptive Entzerrungs-Bestimmungsvorrichtung 70 mit ihrem
adaptiven Filter 96 liegt außerhalb des Informationsstroms,
der sich zum Sender 34 bewegt (d. h. sie ist offline).
Die Arbeit der adaptiven Entzerrungs-Bestimmungsvorrichtung 70 mit
ihrem adaptiven Filter 96 kann stattfinden, und findet
mit einer Rate statt, die unabhängig
von der Verarbeitungsrate des linearen Vor-Equalizers 54 ist
(d. h. sie sind nicht gleichgetaktet). Des weiteren kann der adaptive
Filter 96 fortlaufend arbeiten, und tut dies auch, um die
Entzerrung zu entwickeln, außer
während
einer Konvolution mit dem Vor-Equalizer 54.
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Die
Nach-Entzerrung wird schließlich
dem linearen Vor-Equalizer 54 bereitgestellt. An diesem Punkt
beachte man jedoch, daß der
lineare Vor-Equalizer 54 das Ausmaß an linearer Vor-Entzerrung
(d. h. Korrektur) nicht verändert,
bis es nötig
ist. Der lineare Vor-Equalizer 54 arbeitet beispielsweise, um
eine vorbestimmte Vor-Entzerrung aufzuerlegen, bis mittels des Rückkopplungs-Probesignals
ermittelt wird, daß das
Ausmaß an
Vor-Entzerrung nicht mehr wirksam ist, die linearen Verzerrungsneigung
des suboptimalen Senders 34 zu kompensieren. Daher aktualisiert
der Vor-Equalizer 54 nicht fortlaufend.
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Wenn
wir nun die Aktualisierung des linearen Vor-Equalizers 54 betrachten,
wird der Filter 96, wenn ermittelt wurde, daß die Nach-Entzerrung,
wie sie von der Arbeit des adaptiven Filters 96 ermittelt wird,
zur Verwendung im Informationsdatenstrom geeignet ist, mit dem linearen
Vor-Equalizer 54 gefaltet. In anderen Worten geschieht
die Konvolution des adaptiven Filters 96 und des Vor-Equalizers
zu einem geeigneten Zeitpunkt. Ein Beispiel, wann der adaptive Filter 96 und
der lineare Vor-Equalizer 54 gefaltet werden sollten, ist,
wenn der Fehler e(n) (die Ausgabe der Subtraktionsvorrichtung 94)
gegen Null geht. Dies geschieht, wenn die Funktion des adaptiven
Filters 96 eine Impulsantwort wird. Die Funktion des adaptiven
Filters 96 wird regelmäßig getestet
um zu ermitteln, ob die Funktion einen Impulsantwort-Status erreicht
hat. Als eine Alternative kann die Konvolution geschehen, wenn der
Fehler ausreichend klein ist (d. h. die Funktion des adaptiven Filters 96 beinahe
eine Impulsantwort ist). Als noch eine weitere Alternative kann
die Konvolution bei jeder vorbestimmten Anzahl von Aktualisierungen
geschehen. Daher ist die Konvolution weniger als stetig.
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Wenn
bestimmt wurde, daß der
adaptive Filter 96 und der lineare Vor-Equalizer 54 gefaltet
werden, wird der Filter 96, der fortlaufend einen Korrekturwert
aktualisiert hat, mit dem linearen Vor-Equalizer 54 gefaltet.
Das Ergebnis der Konvolution ist, daß das Ausmaß an Vor-Entzerrung, das durch
den Vor-Equalizer 54 auferlegt wird, auf den neuen Wert aktualisiert
wird. Dies hat den Vorteil, daß der
lineare Vor-Equalizer 54 nicht fortlaufend arbeiten muß, um das
Ausmaß an
Vor-Entzerrungskorrektur zu aktualisieren. Dies ist wichtig, da
der lineare Vor-Equalizer 54 innerhalb des Informationsdatenstroms
liegt. Der adaptive Filter 96, der außerhalb des Informationsdatenstroms
liegt, stellt diese Funktion bereit. Wenn der lineare Vor-Equalizer 54 nach
jeder Abtastung oder sehr häufig
aktualisiert würde,
wie in herkömmlichen Equalizern,
dann wären
die Daten, die im Y-Speicher enthalten sind veraltet (d. h. unbrauchbar),
und die Daten aus dem Y-Speicher müßten nach jeder Aktualisierung
von neuem erhalten werden. Indem der adaptive Filter 96 (Nach-Equalizer)
die Anpassung der Entzerrungs(Kompensations)werte durchführt, behalten
die Daten im Y-Speicher 82 Gültigkeit, und eine Vielzahl
von Aktualisierungen können,
basierend auf den gegenwärtigen
Y-Speicherdaten auftreten.
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Wenn
die Daten im Y-Speicher 82 erschöpft sind, kann der adaptive
Filter 96 (Nach-Equalizer)
mit dem linearen Vor-Equalizer 54 gefaltet werden. Nach der
Konvolution werden neue Y-Speicherdaten aufgenommen. Dies hat den
Vorteil, daß das
Fehlersignal (e(n)) immer eine Funktion des gegenwärtigen Systems
ist (d. h. es beinhaltet die gegenwärtige Vor-Entzerrung, die durch den linearen Vor-Equalizer 54 auferlegt
wurde). Außerdem
kann der adaptive Filter 96 fortlaufend einen Datenstrom
verarbeiten, außer
bei relativ seltenen Beanspruchungen durch Konvolution.
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Außerdem kann
der adaptive Filter 96 fortlaufend Daten verarbeiten, außer wenn
er an einer Konvolution mit dem linearen Vor-Equalizer beteiligt ist.
Das Leistungsvermögen
des linearen Vor-Equalizers 54 kann auf die Verarbeitung
des Datenstroms konzentriert werden, außer bei relativ seltener Beanspruchungen
durch Konvolution.
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Ein
Beispiel eines Vorgangs 200 zum Ableiten einer Anpassung
für den
linearen Vor-Equalizer 54 und
zu einer darauffolgende Konvolution zur Anpassung, nach der vorliegenden
Erfindung, wird in 4 gezeigt. Man
beachte, daß der
Vorgang 200 einen oder mehrere weitere vorbereitende Schritte,
wie etwa einen oder mehrere Initialisierungsschritte, umfassen kann.
Der Vorgang 200 kann auch weitere, kleinere Schritte, wie
etwa das Speichern von geeigneten Werten in einer Speichervorrichtung
umfassen.
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Der
Vorgang 200 beginnt bei einem Schritt 202, bei
dem die Entzerrungs-Bestimmungsvorrichtung 70 das
Informationssignal (d. h. die erwünschten Signalwerte d(n) aus
dem D-Speicher) aufnimmt. Speziell werden bei einem System, das
FIR mit N Filterabgriffen umfaßt, „N" Stichproben aufgenommen. Bei
Schritt 204 wird das Rückkopplungssignal
(d. h. die Signalwerte y(n) aus dem Y-Speicher) aufgenommen. Das
Informationssignal und das Rückkopplungssignal
werden in 4 zur Abkürzung mit „D" bzw. „Y" bezeichnet. Die
mittlere Energie jedes der beiden Signale wird bei Schritt 206 berechnet.
Das Rückkopplungssignal
wird auf einen Wert skaliert, der gleich einem Mittelwert des Informationssignals ist
(Schritt 208), und die beiden Signale werden kreuzkorreliert
(Schritt 210).
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Speziell
kann die mittlere Energie des Rückkopplungssignals
ermittelt werden durch:
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Die
mittlere Energie des Informationssignals kann ermittelt werden durch:
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Die
Skalierung des Rückkopplungssignals kann
erreicht werden durch:
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Die
Kreuzkorrelation kann ermittelt werden durch:
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Bei
Schritt 212 wird die Anzahl der Verzögerungen der Stichproben zwischen
dem Informationssignal und dem Rückkopplungssignal
berechnet. Bei Schritt 214 wird der Delay 92 eingestellt,
gestützt
auf die Berechnung der Verzögerung
in der Kreuzkorrelation.
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Die
Verzögerung „Δ" wird ermittelt,
basierend auf der folgenden Regel: Wenn ⌀dy(n) > ⌀dy(n – 1),
dann ist Δ =
n für n
= 1...N,und die Verzögerung
des Informationssignals wird festgelegt als: d(n)
= d(n + Δ)
für n =
0...(N + Δ).
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Bei
Schritt 216 wird der Skalierungsfaktor β auf einen Anfangswert gesetzt
(d. h. β = β0 für n = 0), und
n wird auf 1 gesetzt. Bei Schritt 218 werden die Werte
des adaptiven Filters 96 auf Null gesetzt (d. h. f(k) =
0 für k
= 0...m Filterabgriffe).
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Der
Filter 96 beginnt bei Schritt 220 einen Anpassungsvorgang,
wobei er die Werte e(n) der Subtraktionsvorrichtung 94 verwendet.
Vorzugsweise wird ein LMS-Algorithmus verwendet, und die Werte werden
normalisiert. Zum Beispiel ist: fk(n)
= fk(n – 1)
+ β(e(n)/xk).
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Der
Vorgang
200 fährt
mit Schritt
222, in dem die Standardabweichung für jede Iteration
berechnet wird, fort. Speziell ist
e(n) = d(n) – y(n)·f(n) -
Bei
Schritt 224 wird untersucht, ob das Ende des Informationssignals
erreicht worden ist (d. h. es wird untersucht, ob der Wert von m
den Wert von N erreicht hat). Wenn die Ermittlung bei Schritt 224 negativ
ist (das Ende wurde noch nicht erreicht), läuft der Vorgang 200 zum
Schritt 220 zurück.
Wenn die Ermittlung bei Schritt 224 zustimmend ist, geht
der Vorgang 200 zum Schritt 226 über. Bei
Schritt 226 wird untersucht, ob der gegenwärtige Wert
von erms kleiner als ein vorher gespeicherter
Wert ist (z. B. der alte erms). Wenn die
Ermittlung bei Schritt 226 negativ ist (d. h. der gegenwärtige erms ist nicht kleiner als der alte erms), geht der Vorgang 200 zum Schritt 228 über, in
dem die Werte, die mit h(n) verknüpft sind (d. h. die Vor-Equalizer
Werte) mit den gleichen Werten von h(n) ersetzt werden, so daß die Anpassung
und Fehlerermittlung wiederholt werden können. Nach Beendigung von Schritt 228 läuft der
Vorgang zu Schritt 202 zurück.
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Wenn
die Ermittlung bei Schritt
226 zustimmend ist (d. h. der
gegenwärtige
e
rms ist kleiner als der alte e
rms),
geht der Vorgang
200 zum Schritt
230 über. Die
Werte für
f(n) aus dem additiven Filter
96 werden mit den Werten
h(n) des linearen Vor-Equalizers
54 gefaltet. Die Gleichung
ist:
-
Bei
Schritt
232 werden die neuen, von der Konvolution erzeugten
Werte im linearen Vor-Equalizer
54 gespeichert,
um zur Vor-Verzerrung des Informationssignals bis zu einem Zeitpunkt,
an dem die Werte wieder geändert
werden, verwendet zu werden. Speziell werden die Filterabgriffe
wie folgt aktualisiert:
-
Sobald
der lineare Vor-Equalizer 54 bei Schritt 232 modifiziert
wurde, läuft
der Vorgang 200 zum Schritt 202 zurück.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
werden die Schritte 202-228 (eingeschlossen) durch
die adaptive Entzerrungs-Bestimmungsvorrichtung 70 mit
ihrem Filter 96 durchgeführt. Der Schritt 230 wird von
der Konvolutionsfunktion 100 durchgeführt. Der Schritt 232 wird
vom linearen Vor-Equalizer 54 durchgeführt.
