Die Erfindung betrifft einen Kaskadenentzerrer in nicht¬ rekursiver Form gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bekanntlich stellt sich beim Empfang von FM-Signalen häu¬ fig das Problem einer Mehrwegeübertragung bzw. eines Mehr- wegeempfangs. Dabei werden neben der direkt einfallenden Welle auch noch eine oder mehrere reflektierte Wellen empfangen, die gegenüber der direkten Welle mit einer Ver¬ zögerung eintreffen. Besonders gravierend ist das Problem des Mehrwegeempfanges bei mobilen Empfängern, beispiels¬ weise bei Autoradios, mit wechselndem Empfangsort und so¬ mit wechselnden Empfangsbedingungen. Bei einem solchen mobilen Empfang liegt ein zeitvarianter Ubertragungska-

nal vor, da sich wegen des ständig wechselnden Empf ngs- ortεs sowohl die Anzahl als auch die VerzögerungsZeiten der eintreffenden Wellen laufend verändern können.

Die störende Mehrwegeübertragung äußert sich in der Praxis bei der Wiedergabe der demodulierten FM-Signale durch starke Verzerrungen, die in ungünstigen Fällen ein solches Maß annehmen können, daß der Benutzer ei¬ nes Empfängers eine Sprachwiedergabe nicht mehr ver¬ stehen kann.

Da am Ubertragungskanal selbst wegen der gegebenen örtlichkeiten und Empfangsorte keine korrigierenden Maßnahmen vorgenommen werden können, ist man bestrebt, die Verzerrungen im Empfänger durch den Einsatz eines Entzerrers zu kompensieren.

Durch die DE-OS 35 17 485, von der die Erfindung aus¬ geht, ist bereits ein nichtrekursiver Kaskadenentzerrer bekannt, mit welchem eine Kompensation der durch Mehr¬ wegeempfang hervorgerufenen Störungen erreicht werden kann. Der bekannte Kaskadenentzerrer mit mehreren in Reihe geschalteten Entzerrerblöcken zeichnet sich durch einen besonders einfachen Aufbau aus. Als nachteilig ist allerdings anzumerken, daß für die Entzerrerblöcke

feste Entzerrerkoeffizienten vorgesehen sind. Bei dem bekannten Kaskadenentzerrer wird also die Kenntnis der Kanalparameter (Echo - Laufzeit - Amplitudenverhalten) vorausgesetzt, wodurch dann die Entzerrerkoeffizienten festgelegt sind, um eine Beseitigung der durch Mehrwege¬ empfang hervorgerufenen Störungen zu bewirken.

Die Anwendung des bekannten Kaskadenentzerrers ist da¬ her vor allem auf ortsfeste Empfänger beschränkt, wenn man die Annahme voraussetzt, daß sich der Ubertragungs- kanal bzw. die Kanalparameter nicht ändern. Bei einem Empfänger mit wechselndem Empfangsort, beispielsweise bei einem Autoradio, kann der an sich vorteilhafte be¬ kannte Kaskadenentzerrer jedoch nicht zum Einsatz gelan¬ gen, weil sich die Kanalparameter ständig ändern, und weil es daher erforderlich wäre, auch die Entzerrerko¬ effizienten den jeweiligen Empfangsverhältnissen anzu¬ passen und nicht als fest vorgegebene Größen zu verwen¬ den. Im übrigen ist zu berücksichtigen, daß sich die Kanalparameter des Übertragungskanals auch bei einem ortsfesten Empfänger durchaus ändern können, d. h., der Reflexionsfaktor r und auch die Laufzeit 3£. kön¬ nen ständig andere Werte annehmen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den bekannten

- Δ. -

Kaskadenentzerrer so weiter zu bilden, daß eine Besei¬ tigung der durch Mehrwegeempfang hervorgerufenen Stö¬ rungen auch bei sich ändernden Kanalparametern des Übertragungskanals ermöglicht wird.

Dieses Ziel erreicht die Erfindung bei dem im Oberbe¬ griff des Anspruchs 1 genannten Kaskadenentzerrer durch die im kennzeichnenden Teil angegebenen Merkmale.

Die Erfindung geht von der Überlegung aus, daß bei Vor¬ liegen eines Übertragungskanals mit sich ständig ändern¬ den Parametern eine ständige und extrem schnelle Anpassung der Kompensationseigenschaften des Kaskadenentzerrers anzustreben ist, was sich dadurch erreichen läßt, daß die Entzerrerkoeffizienten adaptiv an die jeweiligen Em¬ pfangsverhältnisse bzw. an die jeweiligen Eigenschaften des übertragungskanals angepaßt werden. Durch die adap- tive Einstellung der Entzerrerkoeffizienten läßt sich eine laufende Anpassung an die jeweiligen Empfangsver- hältnisse bei optimaler Kompensation der Verzerrungen in Abhängigkeit der jeweiligen Eigenschaften des über¬ tragungskanals erzielen.

Der Reflexionsfaktor r und die Laufzeit a werden - im Sinne von " Bedienungsknöpfen" - als

Einstellparameter, verwendet, um in Abhängigkeit der jeweiligen Empfangsverhältnisse die Entzerrerkoeffizien¬ ten des Kaskadenentzerrers so einzustellen, daß bei den jeweiligen Empfangsverhältnissen eine optimale Kompen¬ sation erreicht wird.

Durch die DE-OS 35 43 898 ist es zwar an sich bekannt, bei einem Entzerrer eine adaptive Einstellung vorzunehmen, allerdings wird dort eine Transversalentzerrer-Struktur verwendet, für deren adaptive Einstellung eine Vielzahl von Koeffizienten zu berücksichtigen sind. Dieser bekann¬ te Entzerrer zeichnet sich dementsprechend durch einen erheblichen Aufwand aus. Bei der Erfindung wird demge¬ genüber von einem Kaskadenentzerrer mit erheblich weni¬ ger Entzerrerkoeffizienten ausgegangen, wobei die Ent¬ zerrerkoeffizienten adaptiv an die jeweiligen Empfangs- verhältnisse bzw. an die jeweiligen Eigenschaften des übertragungskanals angepaßt werden können. Es wird also in neuartiger Weise vorgeschlagen, eine an sich bekannte adaptive Einstellung der Entzerrerkoeffizienten bei ei¬ ner einfach zu realisierenden Entzεrrerstruktur anzuwen¬ den.

Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich der Kaskadenentzerrer dadurch aus, daß

eine iterative Annäherung des Reflexionsfaktors r und der Laufzeit TZ- vorgenommen wird, damit man sich dem tatsächlichen Wert des Reflexionsfaktors r bzw. der Laufzeit möglichst weitgehend nähert.

Die erwähnte iterative Schätzung der Kanalparameter erfolgt in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung auf der Basis einer Zielfunktion, die minimiert wird. Dabei kann ausgenutzt werden, daß die FM-Signale in Folge eines Mehrwegeempfanges eine Amplitudenmodulation erfahren. Unter Aufstellung der Zielfunktion lassen sich die Entzerrerkoeffizienten bei Amplitudenabweichun¬ gen nämlich so einstellen, daß der Wert der Zielfunktion möglichst konstant bleibt. Die durch die Verzerrungen bzw. durch Mehrwegeempfang hervorgerufene Amplituden- modulation wird also zur Kompensation der Verzerrungen bzw. zur Einstellung der Entzerrerkoeffizienten ausge¬ nutzt, wobei die Einstellung der Entzerrerkoeffizienten nach Maßgabe einer Iterationsvorschrif erfolgen kann.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Nachfolgend wird die Erfindung zum besseren Verständnis anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungs-

beispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die Kaskadenfor eines Kaska¬ denentzerrers- mit mehreren Ent¬ zerrerblöcken,

Fig. 2 den allgemeinen Aufbau eines

Entzerrεrblockεs dεs Kaskaden¬ entzerrers gemäß Fig. 1 für minimalphasige Kanäle,

Fig. 3 den allgemeinen Aufbau eines Ent¬ zerrerblockes des Kaskadenent¬ zerrers gemäß Fig. 1 für allpaß- haltige Kanäle,

Fig. 4 eine allgemeine Struktur eines

Entzerrerblockes gemäß Fig. 2 für minimalphasige Kanäle,

Fig. 5 eine allgemeine Struktur eines

Entzerrerblockεs gemäß Fig. 3 für allpaßhaltige Kanäle,

Fig. 6 ein Prinzipschaltbild zur Ver-

deutlichung der adaptiven Ein¬ stellung der Entzerrerkoeffi¬ zienten ,

ig . 7 ein Blockschaltbild eines adaptiven

Systems zur Identi izierung der Kanal¬ parameter r und X , mit differenzierenden Netzwerken E Λ (Z) und Ξ . (z) , sowie einer

<f- I adaptiven Anpassung der Referenzamplitude _n

Fig. 8 ein Blockschaltbild eines diffe¬ renzierenden Netzwerkes E^(z) ,

Fig. 9 ein Blockschaltbild eines diffe¬ renzierenden Netzwerkes E£(z) ,

Fig. 10 und 11 jeweils ein schematisches Block¬ schaltbild zur Erläuterung der Produktregel der Dif erentiation bεtreffend die Ableitungen _^ und ,

Fig . 12 ein Blockschaltbild zur Schal¬ tung s technischen Erzeugung der Gradienten - ~~- und ~-^r / und

Fig. 13 eine vereinfachte Anordnung des

Blockschaltbildes gemäß Fig. 12.

Den Ausgangspunkt für den neuen Kaskadenentzerrer bildet die EntzerrerStruktur gemäß Fig. 1 mit den in Reihe ge¬ schalteten Entzerrerblöcken 10, wie er an sich durch die eingangs erwähnte DE-OS 35 17 485 bekannt ist, wobei die Entzerrerkoeffizienten allerdings fest eingestellt sind. Dem Kaskadenentzerrer wird das durch Mehrwegeempfang gestörte F -Signal x(k) in Basisbandlage komplex zuge¬ führt, und am Ausgang des Kaskadenentzerrers kann das entzerrte FM-Signal in Basisbandlage (komplex) y(k) entnommen werden.

Die allgemeine Form eines ^" -ten Entzerrerblockes für minimalphasige Kanäle (Hauptwelle größer als reflektier¬ te Welle) ist in Fig. 2 für den Fall at^O dargestellt. Die Entzerrerblöcke umfassen also jeweils ein Verzö¬ gerungsglied 12, einen Multiplizierer 14 und einen Addierer 16.

Durch die Bezeichnung (k) ist ein laufender Zeitindex beschrieben, und r gibt das Verhältnis der komplexεn Am- plitudεn der beiden Empfangssignalanteile (direkt em¬ pfangenes Signal und Mehrwegeempfangssignal) an. Durch

das Verzögerungsglied 12 werden 2 v» - 2C - Verzögerungen bewirkt.

Fig. 3 zeigt mit einem Verzögerungsglied 18, einem Mul¬ tiplizierer 20 und einem Addierer 22 die allgemeine Form eines V -ten Entzerrerblockes für allpaßhaltige Kanäle (Hauptwelle kleiner als reflektierte Welle) für den Fall ■$ 0. Das Verzögerungsglied 18 verursacht 2 ^"" -l2€l-Verzö¬ gerungen.

Im allgemeinen ist 3C nicht ganzzahlig, so daß auch 2 • . ebenfalls nicht ganzzahlig ist. Die Realisierung der korrekten Verzögerung erfolgt durch Interpolation (z.B. bei quadratischer Interpolation unter Verwendung von drei Interpolationskoeffizienten cC_^ , c _n , c£_ ) .

Zur Vervollständigung ist in Fig. 4 und 5 jeweils die universelle Struktur einer Entzerrerstufe gemäß der oben erwähnten DE-OS 35 17 485 dargestellt, und zwar in Fig. 4 für minimalphasige Kanäle und in Fig. 5 für allpaßhal- tige Kanäle. Es sei erwähnt, daß es sich hierbei um ei¬ ne feste Entzerrerstruktur mit vorgegebεnen und fest eingestellten Entzerrεrkoεffiziεntεn handelt.

Das Blockschaltbild gemäß Fig. 4 umfaßt Verzögerungs-

glieder 24, Multiplizierer 26, ein Addiernetzwerk 28, einen Addierer 30 sowie einen Multiplizierer 32 und betrifft die Struktur einer Entzerrerstufe mit quadra- tischer Interpolation (L = 1 ) für ~X- _Q § 0.

Die Darstellung in Fig. 5 beziεht sich auf diε univer¬ selle Struktur einer Entzerrerstufe mit quadratischer (~P

Interpolation (L = 1) für <X _Q ≥ 0. Das Blockschal bild zeigt Verzögerungsglieder 34, Multiplizierer 36, ein Addiernetzwerk 38, einen Addierer 40 sowie einen Multi¬ plizierer 42.

Die voranstehende Beschrεibung von Fig. 1 - 5 erläutert soweit die an sich bekannte feste EntzerrerStruktur als Ausgangspunkt der Erfindung.

Vergleichbar der DE-OS 35 43 898 erfolgt bei dem neuen Kaskadenentzerrer eine iterative Schätzung der Kanalpara-

Λ Λ eter r und am Empfänger auf der Basis der nachfolgen¬ den Zielfunktion F:

F = (|y(k)| - a, = (ε ( j)=

wobei a_ ² eine Referenzamplitude ist, auf die gerεgelt

werden soll, und wobei £ (k) die momentane Abweichung bedeutet. Gemäß dem Prinzipschaltbild in Fig. 6 wird also auf minimale BetragsSchwankungen des entzerrten FM-Signals geregelt. Am Ausgang des adaptiven Kaskaden- entzerrers 44 wird mit einer ErkennungsSchal ung 46 das Fehlerkriterium ermittelt, und in der nachgeschalteten OptimierungsSchaltung 48 erfolgt eine Minimierung. über die Koeffiziententafel '50 werden schließlich die Entzerrer¬ koeffizienten adaptiv so eingestellt, daß sich die mini¬ malen Be ragsSchwankungen des entzerrten FM-Signals er¬ geben.

Mit dem stochastischen Gradientenalgorithmus erhält man folgende Gleichungen:

r(i+1) = r(i) F

^" *f

Λ(i+1) = £(i) - *Λ -

um r und X zu identifizieren. ^" J und f.. sind empi¬ risch zu ermittelnde Schrittweiten. Die Auswertung der obigen Gleichungen führt zu den Beziehungen:

r(i+1) = r(i) - 43- EU) . y(i) - ( O Y \ X-rI)*

£ (i + 1 ) = 3C (i) ~ 2 ^ (i) Re y ⁽ i ⁾ ( ^ ü} ) ^* ]

mit denen sich der Reflexionsfaktor r sowie die Lautzeit pe nur in Abhängigkeit von y beschreiben lassen. Die Symbole ( )* bezeichnen die Konjugation komplexer Signale. Die Realisie¬ rung der beiden voranstehenden Gleichungen erfolgt durch das Blockschaltbild gemäß Fig. 7 mit den in Kaskadenform ange¬ ordneten Entzerrerblöcken 52, 54 und 56.

Im oberen und unteren Zweig des Blockschaltbildes gemäß Fig. 7 sind jeweils eine Konjugation 58, ein Multi¬ plizierer 60, ein Multiplizierer 68, ein Abtaster 70, ein Addierer 72 sowie ein Zwischenspeicher 74 angeordnet. Zwischen den oberen Multiplizierern 60 und 68 befindet sich ein Realteilbildner 62. Der mittlere Entzerrer¬ block 54 ist mit einen Betragsquadratbilder 64 verbunden, an den sich ein Addierer 66 anschließt.

Bei den Abtastern 70 gibt der Buchstabe 1 den Iterations¬ schritt an, wobei hier 1 = k ist, und stellt das Ab- tastintervall dar. Im vorliegenden Fall wird also mit jedem A tastintervall ein Iterationsschritt vorgenommen.

Zur Gewinnung der Werte ä _n (i + 1) bzw. zur Realisierung

dεr Gleichung

a _Q (i + 1) = ä _Q (i) (1 + r _α £(i))

= a _Q (i) + 2r _βL a _o (i)ε(i)

sind in dem Blockschaltbild gemäß Fig. 7 die Multipli¬ zierer 76, 77, ein Addierer 78, ein Abtaster 80 sowie ein Zwischenspeicher 82 vorgesehen.

Der obere Zweig des Blockschaltbildes gemäß Fig. 7 ent¬ spricht praktisch _> er Realisierung der weiter oben an- gegebenen Beziεhung für die Größe 3C(i + 1), mit welcher

Λ sich die Laufzeit X nur in Abhängigkeit von y be¬ schreiben läßt, während der untere Zweig des Blockschalt¬ bildes gemäß Fig. 7 die Realisierung zur Gewinnung der

A

Größe r(i + 1) darstellt, mit der sich der Reflexions¬ faktor r nur in Abhängigkeit von y beschreiben läßt.

Die differenzierenden Netzwerke E^(z) und E (z) werden für die hier betrachtete . ^" Kaskadenform nachfolgend näher spezifiziert. Für die Ableitung der differenzierenden Netzwerke E _* (z) und EΛ(Z) gilt:

E-(z) =^E(z) EA(Z) = Ä-E(z) d£

Die Kaskadenform ist durch eine Hintereinanderschaltung

von Teilsystemen gemäß der nachfolgenden Gleichung ge¬ kennzeichnet:

E(z) = TT E (z) V-0

Nach der bekanntεn Produktregel der Differention gilt:

Die Teilblöcke E (z) stellen Transversalformen dar, so daß die an sich bekannten und weiter oben anhand von Fig. 2 und 3 schon erwähnten Ableitungen

3Eg(z) 3Eμ(z) ~3? ^~ 3£

übernommen werden können. Die zugehörigen Teil-Netzwerke sind in Fig. 8 und 9 dargestellt. Dabei zeigt Fig. 8 eine Struktur zur Realisierung der abgeleiteten Teil¬ entzerrer-Übertragungsfunktion nach dem Reflexions-

faktor r, und Fig. 9 die entsprechende Struktur nach dem Laufzeitparameter 2t. Die Ableitung der Interpolationskoeffizienten ( σt / ⁾ dc ) ist eindeutig durch X bestimmt; die Be¬ rechnung kann beispielsweise nach dem Verfahren von Lagrange erfolgen.

Das Blockschaltbild des diffεrenzier ndεn Netzwerkes EA(Z) umfaßt mehrere Verzögerungsgliedεr 84, Multi¬ plizierer 86, sowie ein Addiernetzwerk 88 mit einε nachgeschaltetεn Multiplizierer 90.

Ähnlich beinhaltεt das Blockschaltbild des differen- ziεrεndεn Netzwerkes Eo(z) gemäß Fig. 9 mehrεre Ver- zögerungsglieder 92, Multiplizierer 94, ein Addier- nεtzwεrk 96 sowie einen nachgeschalteten Multipli¬ zierer 98.

In Fig. 10 und 11 ist jeweils ein schematisches Block¬ schaltbild zur Realisierung der weiter oben beschriebenen Produktregeln der Dif erentation dargestellt. Zur Ver¬ deutlichung sind die jeweils differenzierεnden Netzwerkε 100 bzw. 106 stark umrandet gezeichnet. Nebεn den dif¬ ferenzierenden Netzwerken 100 bzw. 106 sind noch die Entzerrerblöcke 102 vorgesehen, die - zusammen mit den

differenzierenden Netzwεrken 100 bzw. 106 jeweils zu einem gemeinsamen Addiernεtzwerk 104 bzw. 108 führen.

Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß eine schaltungs- technische Realisierung der Produktrεgel der Diffεren- tation gemäß den Blockschaltbildern nach Fig. 10 und

11 wegen der Vielzahl der einzεlnεn Reihenschaltungen einen erheblichen Aufwand bedeuten würden. Gemäß dem Blockschaltbild nach Fig. 12 läßt sich dieser Aufwand zur schaltungstechnischen Erzeugung der Gradienten d /^r und oy/d _d c erheblich reduzieren. Gleiche Teile aus Fig. 10 und 11 sind in Fig. 12 zur besseren Ver¬ deutlichung mit gleichen Bezugszeichen versehen; zu¬ sätzlich sind noch die Addierεr 10 vorgεsεhεn, um diε vereinfachte Realisierung der erwähnten Produktregeln zu ermöglichen.

Für die Differenziεr-Netzwerke 100 bzw. 106 gemäß Fig.

12 sind die Strukturen entsprεchεnd Fig. 8 und 9 ein¬ zusetzen. Die Entzerrerblöcke 102 entsprechen dem Auf¬ bau gemäß Fig. 4 bzw. Fig. 5.

Zweckmäßig sind die einzelnen Blöcke nach fallender Ordnung (fallende Indizierung) angeordnet. Dadurch lassen sich die Auswirkungen unerwünschter Einschwing-

vorgängε bei der Veränderung der Koeffizienten auf mini¬ male Werte reduzieren.

Der Aufbau des Blockschaltbildes gemäß Fig. 12 läßt sich in der Praxis noch stark vereinfachen, indem die Be- rεchnung von δy/σr bzw. σy/^at-nur näherungsweise vorgenommen wird. Diesε Vεrεinfachung bεruht auf der Erkenntnis, daß die Beiträge der Ableitungen von E ₀ „ E.. wesentlich größer als die restlichen Werte sind, die daher vernachlässigt werden können, zumal bei den Ab— leitungen nur die Ermittlung der Richtung von Interεssε ist.

Auf die Konvergenz bei der adaptiven Entzerrereinstellung hat diese Vereinfachung nur unwesεntlichε Auswirkungen, so daß in zweckmäßiger Ausgestaltung das in Fig. 13 ge¬ zeigte Blockschaltbild zur Anwendung gelangen kann, wobei die partiεllεn Ablεitungen ^E ₂ (z)/<^r, ...

dE _N _. _j /3 ,3t vernachlässigt werden.