DE19937505A1

DE19937505A1 - Empfangsverfahren und Empfängeranordnung für ein Duplex-Übertragungssystem

Info

Publication number: DE19937505A1
Application number: DE19937505A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Schenk
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Intel Germany Holding GmbH
Priority date: 1999-08-09
Filing date: 1999-08-09
Publication date: 2001-03-22
Anticipated expiration: 2019-08-10
Also published as: CN1372725A; DE19937505C2; CN1190019C; EP1203457B1; WO2001011796A1; EP1203457A1; US7286621B1; JP3653045B2; JP2003506957A

Abstract

In einer Duplex-Übertragungseinheit wird ein Echokompensationssignal (yec) erzeugt, welches mit einem Empfangssignal (u) zur Vermeidung von Übersprechen vom eigenen Sender auf den Empfänger kombiniert wird. Vor der Zuführung des Empfangssignals zu der Echokompensationseinrichtung (6, 7) wird das Empfangssignal zunächst mit der doppelten Symbolrate abgetastet, entzerrt und anschließend nochmals mit der einfachen Symbolrate abgetastet, so daß von der Echokompensationseinrichtung (6, 7) lediglich ein Kompensationswert pro Empfangssymbol generiert werden muß.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Empfangsverfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 und eine Empfängeranordnung nach dem Oberbegriff des Anspruches 4 für ein Duplex- Übertragungssystem, in dem insbesondere pulsamplitudenmodulierte Signale übertragen werden.

Die Übertragung von Daten im Basisband mit Hilfe einer Pulsamplitudenmodulation (PAM) ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn nicht gleichzeitig im niederfrequenten Bereich zusätzliche Signale, wie beispielsweise für einen zusätzlichen Telefonkanal Sprachsignale, übertragen werden müssen. Im Gegensatz zu trägermodulierten Übertragungssystemen, wie beispielsweise QAM (Quadraturamplitudenmodulation)- oder DMT (Diskrete Multitonmodulation)-Übertragungssystemen, wird in PAM- Übertragungssystemen nahezu der gesamte Frequenzbereich beginnend bei einer unteren Grenzfrequenz, die im wesentlichen durch die Eigenschaften der Leitungsanschaltung bestimmt wird, genutzt.

Die Pulsamplitudenmodulation wird u. a. auch in Duplex- Übertragungssystemen eingesetzt, bei denen gleichzeitig in beide Richtungen des Übertragungskanals bzw. der Übertragungsleitung Daten übertragen werden. In derartigen Duplex-Übertragungssystemen ist zur Unterdrückung des Übersprechens vom eigenen Sender auf den Empfänger derselben Übertragungseinheit, was zu Echoeffekten führen würde, eine Echokompensation erforderlich. Durch die Echokompensation wird gleichzeitig erreicht, daß die zur Verfügung stehende Bandbreite beidseitig optimal genutzt werden kann, so daß sich derartige Übertragungssysteme bei einer vorgegebenen Störumgebung insbesondere durch eine relativ hohe Reichweite auszeichnen.

In Fig. 3 ist die prinzipielle Anordnung eines PAM-Empfängers eines derartigen Duplex-Datenübertragungssystems dargestellt. Ein Empfangssignal u(t) wird von einem analogen Eingangsfilter 1 gefiltert und anschließend von einem Abtaster 2 mit der Symbolrate 1/T abgetastet, so daß diese Abtastwerte des Empfangssignals in Abständen von k . T vorliegen. Anstelle des analogen Eingangsfilters 1 kann auch ein digitales Eingangsfilter verwendet werden, wenn die Abtastfrequenz entsprechend hoch gewählt wird. Nach der Abtastung mit der Symbolrate 1/T kann sich eine weitere Filterstufe 5 anschließen, die im allgemeinen durch ein digitales Hochpaßfilter realisiert ist. Dieses weitere Filter 5 dient insbesondere zur Unterdrückung von niederfrequenten Störungen, wie z. B. Offset, und zur Verbesserung des Einschwingverhaltens. Von einem Echokompensator 6 wird in Abhängigkeit von den Sendedaten x(k . T) des Senders derselben Duplex-Übertragungseinheit ein Echokompensationssignal yec(k . T) erzeugt und über den in Fig. 3 gezeigten Addierer 7 von dem abgetasteten und entzerrten Empfangssignal y'(k . T) subtrahiert. Das auf diese Weise echokompensierte Empfangssignal wird abschließend entzerrt und als y(k . T) zur weiteren Verarbeitung, insbesondere zur Demodulation, ausgegeben, so daß die jeweils übertragenen Daten wiedergewonnen werden können. Als linearer Entzerrer 8 wird in der Regel ein digitales nichtrekursives Filter verwendet, dessen Koeffizienten jeweils adaptiv auf den aktuellen Übertragungskanal eingestellt werden müssen. Da dem Entzerrer 8 die mit der Symbolrate 1/T abgetasteten, gefilterten und vom Echo befreiten Empfangssignalwerte als Eingangssignal zugeführt werden, wird der Entzerrer 8 auch als T-Entzerrer bezeichnet. Nach dem Entzerrer 8 wird üblicherweise zusätzlich ein Entscheidungs-Rückkopplungsentzerrer 9 (Decision-Feedback-Entzerrer) eingesetzt, der die Nachschwinger der Impulsantwort des jeweiligen Übertragungskanals kompensiert und in der Regel zu einem besseren Übertragungsverhalten führt.

In vielen Anwendungsfällen kann bei derselben Störumgebung ein besseres Übertragungsverhalten erzielt werden, wenn ein Entzerrer verwendet wird, dessen Eingangssignal mit der doppelten Symbolrate des Empfangssignals, d. h. mit der Frequenz 2/T, abgetastet wird. Ein derartiger Entzerrer wird daher auch als T/2-Entzerrer bezeichnet.

Eine entsprechende Empfängeranordnung mit einem derartigen T/2-Entzerrer ist in Fig. 4 dargestellt, wobei diejenigen Bestandteile, welche den in Fig. 3 gezeigten Bestandteilen entsprechen, mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, wird das Empfangssignal u(t) von dem Abtaster 2 mit der doppelten Symbolrate 2/T abgetastet und über das digitale Hochpaßfilter 5 dem Echokompensator 6 zugeführt. Aufgrund der doppelten Abtastfrequenz muß in diesem Fall der Echokompensator je Empfangssymbol zwei Kompensationswerte y(k . T/2) erzeugen. Das somit echokompensierte Empfangssignal wird dem T/2-Entzerrer 8 zugeführt und am Ausgang des T/2-Entzerrers durch einen weiteren Abtaster 13 mit der einfachen Symbolrate 1/T abgetastet und an den Entscheidungs-Rückkopplungentzerrer 9 ausgegeben.

Der wesentliche Nachteil dieser Empfängeranordnung besteht darin, daß der Echokompensator 6, wie bereits erläutert worden ist, je Empfangssymbol zwei Kompensationswerte, d. h. doppelt soviele Kompensationswerte wie bei der in Fig. 3 gezeigten Anordnung, erzeugen muß. Aus diesem Grund wird der Realisierungsaufwand für den Echokompensator 6, der ohnehin den Hauptanteil des Gesamtaufwands darstellt, nahezu verdoppelt.

Dies soll durch die in Fig. 5 gezeigte Darstellung verdeutlicht werden, wobei eine mögliche Schaltungsanordnung des in Fig. 4 gezeigten Echokompensators 6 für ein Übertragungssystem mit einem T/2-Entzerrer 8 dargestellt ist. Der Echokompensator 6 besteht im wesentlichen aus zwei Zweigen, wobei der obere Zweig die Anteile des Echokompensationssignals yec(k . T) für die Abtastzeitpunkte k . T + T/2 und der untere Zweig die Anteile des Echokompensationssignals für die Abtastzeitpunkte k . T generiert. Die durch die beiden Zweige mit Hilfe von Verzögerungsgliedern 14, Multiplikatoren 15 mit einstellbaren Multiplikationskoeffizienten h_1,1. . . h_N,1 bzw. h_1,2. . . h_N,2 und Addierern 16 generierten Kompensationswerte werden ausgangsseitig abwechselnd weitergegeben. Ein Echokompensator für ein Übertragungssystem mit einem T-Entzerrer würde hingegen lediglich einen Zweig benötigen, da dann je Empfangssymbol nur ein Kompensationswert generiert werden müßte.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Empfangsverfahren für ein Duplex-Übertragungssystem sowie eine entsprechende Empfängeranordnung vorzuschlagen, wobei vergleichbare Übertragungseigenschaften wie bei der Verwendung eines T/2-Entzerrers erzielt werden können und gleichzeitig jedoch der erhöhte Realisierungsaufwand für den Echokompensator vermieden wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 bzw. eine Empfängeranordnung mit den Merkmalen des Anspruches 4 gelöst. Die Unteransprüche definieren jeweils bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, das Empfangssignal zunächst mit der doppelten Symbolrate oder Symboltaktfrequenz abzutasten und einem zusätzlichen Entzerrer, nämlich einem T/2-Entzerrer, zuzuführen. Am Ausgang dieses zusätzlichen Entzerrers wird das entzerrte Empfangssignal mit der Symbolrate abgetastet, so daß lediglich jeder zweite Wert dem Echokompensator zugeführt und zur weiteren Verarbeitung Verwendet wird.

Die weiteren Bestandteile der Empfängeranordnung können dann der in Fig. 3 gezeigten Anordnung mit T-Entzerrer entsprechen.

Als zusätzlicher Entzerrer kann insbesondere ein digitales nichtrekursives Filter verwendet werden, welches am Eingang mit den Empfangssignalwerten beaufschlagt wird, die mit der doppelten Symbolrate des Empfangssignals vorliegen, wobei das digitale nichtrekursive Filter am Ausgang Empfangssignalwerte mit der einfachen Symbolrate ausgibt. Die Koeffizienten des digitalen nichtrekursiven Filters dürfen sich dabei während einer Datenübertragung nicht ändern und sollten daher fest eingestellt werden.

Der Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß der zur Echokompensation verwendete Echokompensator lediglich einen Kompensationswert je Empfangssymbol, welches von dem zusätzlichen Entzerrer ausgegeben wird, generieren muß und somit mit relativ geringem Schaltungsaufwand realisiert werden kann. Insbesondere ist der Realisierungsaufwand vergleichbar mit demjenigen eines Echokompensators für ein Duplex-Übertragungssystem mit einem T-Entzerrer (vgl. Fig. 3). Andererseits kann mit Hilfe der vorliegenden Erfindung ein so gutes Übertragungsverhalten erzielt werden, welches vergleichbar mit demjenigen eines Systems mit einem T/2- Entzerrer ist.

Die vorliegende Erfindung eignet sich insbesondere zum Einsatz in Duplex-PAM-Datenübertragungssystemen. Grundsätzlich kann die vorliegende Erfindung jedoch auch in beliebigen anderen Duplex-Übertragungssystemen eingesetzt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Empfängeranordnung für ein Duplex-Übertragungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 zeigt einen möglichen Schaltungsaufbau für einen in Fig. 1 gezeigten T/2-Entzerrer,

Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild einer bekannten Empfängeranordnung für ein Duplex-Übertragungssystem gemäß dem Stand der Technik,

Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild einer weiteren bekannten Empfängeranordnung für ein Duplex-Übertragungssystem gemäß dem Stand der Technik, und

Fig. 5 zeigt einen möglichen Schaltungsaufbau für einen in Fig. 4 gezeigten Echokompensator.

In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Empfängeranordnung für ein Duplex-PAM-Datenübertragungssystem dargestellt, wobei die den in Fig. 3 und 4 gezeigten Bestandteilen entsprechenden Bestandteile mit denselben Bezugszeichen versehen sind.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, wird ein Empfangssignal u(t) zunächst mit Hilfe eines (analogen oder digitalen) Eingangsfilters 1 gefiltert und durch einen Abtaster 2 mit dem doppelten Symboltakt oder der doppelten Symbolrate des Empfangssignals abgetastet. Dieses Abtastsignal wird einer zusätzlich eingefügten Einheit, nämlich einem T/2-Entzerrer 3, der auch als Kompromißentzerrer bezeichnet werden kann, zugeführt. Mit Hilfe eines weiteren Abtasters 4, der das entzerrte Empfangssignal mit der einfachen Symbolrate abtastet, wird am Ausgang dieses zusätzlichen T/2-Entzerrers 3 nur jeder zweite Abtastwert für die weitere Verarbeitung übernommen. Die restliche Schaltungsanordnung entspricht der bekannten Schaltungsanordnung mit T-Entzerrer, wie sie in Fig. 3 gezeigt und bereits ausführlich erläutert worden ist. Ergänzend wird daher bezüglich der weiteren Bestandteile der in Fig. 1 gezeigten Empfängeranordnung auf die Ausführungen zu Fig. 3 verwiesen.

Zu beachten ist insbesondere, daß der in Fig. 1 gezeigte Echokompensator lediglich einen Kompensationswert je Symbol generieren muß und somit mit entsprechend geringem Aufwand realisiert werden kann.

Der gemäß Fig. 1 verwendete T/2-Entzerrer 3 kann insbesondere durch ein digitales nichtrekursives Filter gebildet sein, welches am Eingang mit den Empfangssignalwerten beaufschlagt wird, die mit der doppelten Symbolrate des Empfangssignals u(t) vorliegen, wobei das digitale nichtrekursive Filter in Kombination mit dem Abtaster 4 am Ausgang Empfangssignalwerte mit der einfachen Symbolrate ausgibt.

Eine Blockschaltbild eines entsprechenden Entzerrers 3 ist beispielhaft in Fig. 2 dargestellt. Wie Fig. 2 entnommen werden kann, umfaßt dieses digitale nichtrekursive Filter 3 mehrere T/2-Verzögerungsglieder 10 sowie in den einzelnen Vorwärtszweigen angeordnete Multiplikatoren 11, wobei die Ausgangswerte der einzelnen Vorwärtszweige durch einen Addierer 12 addiert und als Ausgangssignal dem Abtaster 4 zugeführt werden. Die Koeffizienten c₁. . . c_n dieser Multiplikatoren 11 dürfen sich während einer Datenübertragung nicht ändern und sollten daher fest eingestellt werden. Bei der Dimensionierung dieser Koeffizienten c₁. . . c_n können jedoch die Eigenschaften eines bestimmten Übertragungskanals des jeweiligen Duplex-Datenübertragungssystems berücksichtigt werden. Die eigentliche Anpassung an den jeweils aktuellen Übertragungskanal erfolgt, wie bereits erläutert worden ist, durch den adaptiven T-Entzerrer 8, dem die durch den T/2- Entzerrer 3 entzerrten, mit Hilfe der Filter 1 und 5 gefilterten und durch den Echokompensator 6 echokompensierten Empfangssignalwerte zugeführt werden.

Bezugszeichenliste

1

Eingangsfilter

2

Abtaster

3

T/2-Entzerrer

4

Abtaster

5

Digitales Filter

6

Echokompensator

7

Addierer

8

Linearer Entzerrer

9

Decision-Feedback-Entzerrer

10

Verzögerungsglied

11

Multiplizierer

12

Addierer

13

Abtaster

14

Verzögerungsglied

15

Multiplizierer
u(t) Empfangssignal
T Symbolperiode
k Abtastindex
x Sendesignal
y' Entzerrtes Empfangssignal
yec Echokompensationssignal
y Entzerrtes und echokompensiertes Empfangssignal
h_1,1

. . . h_N,2

Multiplikationskoeffizient
c₁

. . . c_n

Multiplikationskoeffizient

Claims

1. Verfahren zum Empfangen eines über ein Duplex- Übertragungssystem übertragenen Empfangssignals,
wobei ein von einer Duplex-Übertragungseinheit des Duplex- Übertragungssystems empfangenes Empfangssignal (u) mit der doppelten Symbolfrequenz des Empfangssignals (u) abgetastet wird,
wobei ein Echokompensationssignal (yec) in Abhängigkeit von einem Sendesignal (x) der Duplex-Übertragungseinheit erzeugt und mit dem abgetasteten Empfangssignal kombiniert wird, um ein echokompensiertes Empfangssignal zu erhalten, und
wobei das echokompensierte Empfangssignal entzerrt und zur weiteren Verarbeitung ausgegeben wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß nach der Abtastung mit der doppelten Symbolfrequenz das Empfangssignal (u) entzerrt und das entzerrte Empfangssignal mit der einfachen Symbolfrequenz nochmals abgetastet und der Echokompensationseinrichtung (6, 7) zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Entzerrung des Empfangssignals nach der Abtastung mit der doppelten Symbolfrequenz und vor der Abtastung mit der einfachen Symbolfrequenz ein nichtrekursives digitales Filter (3) verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Koeffizienten (c₁. . . c_n) des nichtrekursiven digitalen Filters (3) während einer Datenübertragung nicht verändert werden.

4. Empfängeranordnung für eine Duplex-Übertragungseinheit,
mit einer ersten Abtasteinrichtung (2) zum Abtasten eines Empfangssignals (u) der Duplex-Übertragungseinheit mit der doppelten Symbolfrequenz des Empfangssignals (u),
mit einer Echokompensatoreinrichtung (6, 7) zum Erzeugen eines Echokompensationssignals (yec) in Abhängigkeit von einem Sendesignal (x) der Duplex-Übertragungseinheit, wobei das Echokompensationssignals (yec) mit dem von der Abtasteinrichtung (2) abgetasteten Empfangssignal kombiniert wird, um ein echokompensiertes Empfangssignal zu erhalten, und
mit einem ersten Entzerrer (8) zum Entzerren des echokompensierten Empfangssignals und zum Ausgeben des entzerrten und echokompensierten Empfangssignals (y) zur weiteren Verarbeitung,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen der ersten Abtasteinrichtung (2) und der Echokompensationseinrichtung (6, 7) ein zweiter Entzerrer (3) angeordnet ist, dem das von der ersten Abtasteinrichtung (2) mit der doppelten Symbolfrequenz abgetastete Empfangssignal (u) zur Entzerrung zugeführt wird, und
daß eine zweite Abtasteinrichtung (4) vorgesehen ist, um das von dem zweiten Entzerrer (3) entzerrte Empfangssignal (u) mit der einfachen Symbolfrequenz abzutasten und der Echokompensationseinrichtung (6, 7) zuzuführen.

5. Empfängeranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Entzerrer (3) ein digitales Filter ist.

6. Empfängeranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Entzerrer (3) ein nichtrekursives digitales Filter ist.

7. Empfängeranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Koeffizienten (c₁. . . c_n) des zweiten Entzerrers (3) fest eingestellt sind.

8. Empfängeranordnung nach einem der Ansprüche 4-7, dadurch gekennzeichnet,
daß das Empfangssignal (u) der ersten Abtasteinrichtung über ein Empfangsfilter (1) zugeführt ist, und
daß das von der zweiten Abtasteinrichtung (4) mit der einfachen Symbolfrequenz abgetastete und von dem zweiten Entzerrer (3) entzerrte Empfangssignal (y') über ein digitales Hochpaßfilter (5) der Echokompensationseinrichtung (6, 7) zugeführt ist.

9. Empfängeranordnung nach einem der Ansprüche 4-8, dadurch gekennzeichnet,
daß der erste Entzerrer (8) ein digitales nichtrekursives Filter mit adaptiv einstellbaren Filterkoeffizienten ist, und
daß mit dem ersten Entzerrer (8) ein Entscheidungs- Rückkopplungsentzerrer (9) in Reihe geschaltet ist, der das entzerrte und echokompensierte Empfangssignals (y) zur weiteren Verarbeitung ausgibt.

10. Verwendung einer Empfängeranordnung nach einem der Ansprüche 4-9 in einem Duplex-Pulsamplitudenmodulation- Übertragungssystem.