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    公开号:WO1989007371A1
    申请号:PCT/DE1989/000042
    申请日:1989-01-26
    公开日:1989-08-10
    发明作者:Karl Dick Kammeyer
    申请人:Blaupunkt-Werke Gmbh；
    IPC主号:H04B7-00
    专利说明:
    [0001] Kaskadenentzerrer in nichtrekursiver Form zur Beseitigung von durch Mehrwegeempfang hervorgerufenen Störungen
    [0002] Die Erfindung betrifft einen Kaskadenentzerrer in nichtrekursiver Form gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
    [0003] Bekanntlich stellt sich beim Empfang von FM-Signalen häufig das Problem einer Mehrwegeübertragung bzw. eines Mehrwegeempfangs. Dabei werden neben der direkt einfallenden Welle auch noch eine oder mehrere reflektierte Wellen empfangen, die gegenüber der direkten Welle mit einer Verzögerung eintreffen. Besonders gravierend ist das Problem des Mehrwegeempfanges bei mobilen Empfängern, beispielsweise bei Autoradios, mit wechselndem Empfangsort und somit wechselnden Empfangsbedingungen. Bei einem solchen mobilen Empfang liegt ein zeitvarianter Ubertragungskanal vor, da sich wegen des ständig wechselnden Empfangs- ortes sowohl die Anzahl als auch die Verzögerungszeiten der eintreffenden Wellen laufend verändern können.
    [0004] 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 eines Empfängers eine Sprachwiedergabe nicht mehr verstehen kann.
    [0005] 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.
    [0006] Durch die DE-OS 35 17 485, von der die Erfindung ausgeht, ist bereits ein nichtrekursiver Kaskadenentzerrer bekannt, mit welchem eine Kompensation der durch Mehrwegeempfang 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 Mehrwegeempfang hervorgerufenen Störungen zu bewirken.
    [0007] Die Anwendung des bekannten Kaskadenentzerrers ist daher vor allem auf ortsfeste Empfänger beschränkt, wenn man die Annahme voraussetzt, daß sich der Ubertragungskanal bzw. die Kanalparameter nicht ändern. Bei einem Empfänger mit wechselndem Empfangsort, beispielsweise bei einem Autoradio, kann der an sich vorteilhafte bekannte Kaskadenentzerrer jedoch nicht zum Einsatz gelangen, weil sich die Kanalparameter ständig ändern, und weil es daher erforderlich wäre, auch die Entzerrerkoeffizienten den jeweiligen Empfangsverhältnissen anzupassen und nicht als fest vorgegebene Größen zu verwenden. 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£. können ständig andere Werte annehmen.
    [0008] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den bekannten Kaskadenentzerrer so weiter zu bilden, daß eine Beseitigung der durch Mehrwegeempfang hervorgerufenen Störungen auch bei sich ändernden Kanalparametern des Übertragungskanals ermöglicht wird.
    [0009] Dieses Ziel erreicht die Erfindung bei dem im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Kaskadenentzerrer durch die im kennzeichnenden Teil angegebenen Merkmale.
    [0010] Die Erfindung geht von der Überlegung aus, daß bei Vorliegen eines Übertragungskanals mit sich ständig ändernden 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 Empfangsverhältnisse bzw. an die jeweiligen Eigenschaften des übertragungskanals angepaßt werden. Durch die adaptive Einstellung der Entzerrerkoeffizienten läßt sich eine laufende Anpassung an die jeweiligen Empfangsverhältnisse bei optimaler Kompensation der Verzerrungen in Abhängigkeit der jeweiligen Eigenschaften des übertragungskanals erzielen.
    [0011] Der Reflexionsfaktor r und die Laufzeit at werden - im Sinne von " Bedienungsknöpfen" - als Einstellparameter, verwendet, um in Abhängigkeit der jeweiligen Empfangsverhältnisse die Entzerrerkoeffizienten des Kaskadenentzerrers so einzustellen, daß bei den jeweiligen Empfangsverhältnissen eine optimale Kompensation erreicht wird.
    [0012] 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 bekannte Entzerrer zeichnet sich dementsprechend durch einen erheblichen Aufwand aus. Bei der Erfindung wird demgegenüber von einem Kaskadenentzerrer mit erheblich weniger Entzerrerkoeffizienten ausgegangen, wobei die Entzerrerkoeffizienten adaptiv an die jeweiligen Empfangsverhältnisse 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 einer einfach zu realisierenden Entzerrerstruktur anzuwenden.
    [0013] Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich der Kaskadenentzerrer dadurch aus, daß eine iterative Annäherung des Reflexionsfaktors r und der Laufzeit
    vorgenommen wird, damit man sich dem tatsächlichen Wert des Reflexionsfaktors r bzw. der Laufzeit
    möglichst weitgehend nähert.
    [0014] 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 Amplitudenabweichungen nämlich so einstellen, daß der Wert der Zielfunktion möglichst konstant bleibt. Die durch die Verzerrungen bzw. durch Mehrwegeempfang hervorgerufene Amplitudenmodulation wird also zur Kompensation der Verzerrungen bzw. zur Einstellung der Entzerrerkoeffizienten ausgenutzt, wobei die Einstellung der Entzerrerkoeffizienten nach Maßgabe einer Iterationsvorschrift erfolgen kann.
    [0015] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
    [0016] Nachfolgend wird die Erfindung zum besseren Verständnis anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
    [0017] Fig. 1 die Kaskadenform eines Kaskadenentzerrers mit mehreren Entzerrerblöcken,
    [0018] Fig. 2 den allgemeinen Aufbau eines
    [0019] Entzerrerblockes des Kaskadenentzerrers gemäß Fig. 1 für minimalphasige Kanäle,
    [0020] Fig. 3 den allgemeinen Aufbau eines Entzerrerblockes des Kaskadenentzerrers gemäß Fig. 1 für allpaßhaltige Kanäle,
    [0021] Fig. 4 eine allgemeine Struktur eines
    [0022] Entzerrerblockes gemäß Fig. 2 für minimalphasige Kanäle,
    [0023] Fig. 5 eine allgemeine Struktur eines
    [0024] Entzerrerblockεs gemäß Fig. 3 für allpaßhaltige Kanäle,
    [0025] Fig. 6 ein Prinzipschaltbild zur Ver deutlichung der adaptiven Einstellung der Entzerrerkoeffizienten , ig . 7 ein Blockschaltbild eines adaptiven
    [0026] Systems zur Identifizierung der Kanalparameter r und
    mit differenzierenden Netzwerken (Z) und (z) , sowie einer

    adaptiven Anpassung der Referenzamplitude an
    [0027] Fig. 8 ein Blockschaltbild eines differenzierenden Netzwerkes E^(z),
    [0028] Fig. 9 ein Blockschaltbild eines differenzierenden Netzwerkes (z),
    [0029] Fig. 10 und 11 jeweils ein schematisches Blockschaltbρld zur Erläuterung der Produktregel der Differentiation betreffend die Ableitungen
    und
    [0030] Fig . 12 ein Blockschaltbild zur Schaltung s technischen Erzeugung der Gradienten und und

    Fig. 13 eine vereinfachte Anordnung des
    [0031] Blockschaltbildes gemäß Fig. 12.
    [0032] Den Ausgangspunkt für den neuen Kaskadenentzerrer bildet die EntzerrerStruktur gemäß Fig. 1 mit den in Reihe geschalteten 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 FM-Signal x(k) in Basisbandlage komplex zugeführt, und am Ausgang des Kaskadenentzerrers kann das entzerrte FM-Signal in Basisbandlage (komplex) y(k) entnommen werden.
    [0033] Die allgemeine Form eines γ-ten Entzerrerblockes für minimalphasige Kanäle (Hauptwelle größer als reflektierte Welle) ist in Fig. 2 für den Fall
    dargestellt. Die Entzerrerblöcke umfassen also jeweils ein Verzögerungsglied 12, einen Multiplizierer 14 und einen Addierer 16.
    [0034] Durch die Bezeichnung (k) ist ein laufender Zeitindex beschrieben, und
    gibt das Verhältnis der komplexen Amplituden der beiden Empfangssignalanteile (direkt empfangenes Signal und Mehrwegeempfangssignal) an. Durch das Verzögerungsglied 12 werden
    Verzögerungen bewirkt.
    [0035] Fig. 3 zeigt mit einem Verzögerungsglied 18, einem Multiplizierer 20 und einem Addierer 22 die allgemeine Form eines V -ten Entzerrerblockes für allpaßhaltige Kanäle (Hauptwelle kleiner als reflektierte Welle) für den Fall
    Das Verzögerungsglied 18 verursacht
    -Verzögerungen.
    [0036] Im allgemeinen ist
    nicht ganzzahlig, so daß auch
    ebenfalls nicht ganzzahlig ist. Die Realisierung der korrekten Verzögerung erfolgt durch Interpolation (z.B. bei quadratischer Interpolation unter Verwendung von drei Interpolationskoeffizienten D 1 D0 D1 ) .
    [0037] 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 eine feste Entzerrerstruktur mit vorgegebenen und fest eingestellten Entzerrerkoeffizienten handelt.
    [0038] Das Blockschaltbild gemäß Fig. 4 umfaßt Verzögerungsglieder 24, Multiplizierer 26, ein Addiernetzwerk 28, einen Addierer 30 sowie einen Multiplizierer 32 und betrifft die Struktur einer Entzerrerstufe mit quadratischer Interpolation (L = 1 ) für .
    [0039] Die Darstellung in Fig. 5 bezieht sich auf die universelle Struktur einer Entzerrerstufe mit quadratischer
    [0040] Interpolation (L = 1) für
    Das Blockschaltbild zeigt Verzögerungsglieder 34, Multiplizierer 36, ein Addiernetzwerk 38, einen Addierer 40 sowie einen Multiplizierer 42.
    [0041] Die voranstehende Beschreibung von Fig. 1 - 5 erläutert soweit die an sich bekannte feste EntzerrerStruktur als Ausgangspunkt der Erfindung.
    [0042] Vergleichbar der DE-OS 35 43 898 erfolgt bei dem neuen Kaskadenentzerrer eine iterative Schätzung der Kanalparameter
    und am Empfänger auf der Basis der nachfolgen
    den Zielfunktion F:
    [0043]
    [0044] wobei a_2 eine Referenzamplitude ist, auf die geregelt werden soll, und wobei ε (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 Kaskadenentzerrers 44 wird mit einer ErkennungsSchaltung 46 das Fehlerkriterium ermittelt, und in der nachgeschalteten OptimierungsSchaltung 48 erfolgt eine Minimierung. über die Koeffiziententafel 50 werden schließlich die Entzerrerkoeffizienten adaptiv so eingestellt, daß sich die minimalen Betragsschwankungen des entzerrten FM-Signals ergeben.
    [0045] Mit dem stochastischen Gradientenalgorithmus erhält man folgende Gleichungen:
    [0046]
    [0047]
    [0048] um und
    zu identifizieren. ɣr und sind empi
    risch zu ermittelnde Schrittweiten. Die Auswertung der obigen Gleichungen führt zu den Beziehungen:
    [0049]
    [0050] mit denen sich der Reflexionsfaktor r sowie die Laut zeit
    nur in Abhängigkeit von y beschreiben lassen. Die Symbole ( )* bezeichnen die Konjugation komplexer Signale. Die Realisierung der beiden voranstehenden Gleichungen erfolgt durch das Blockschaltbild gemäß Fig. 7 mit den in Kaskadenform angeordneten Entzerrerblöcken 52, 54 und 56.
    [0051] Im oberen und unteren Zweig des Blockschaltbildes gemäß Fig. 7 sind jeweils eine Konjugation 58, ein Multiplizierer 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 Entzerrerblock 54 ist mit einen Betragsquadratbilder 64 verbunden, an den sich ein Addierer 66 anschließt.
    [0052] Bei den Abtastern 70 gibt der Buchstabe 1 den Iterationsschritt an, wobei hier 1 = k ist, und T stellt das Abtastintervall dar. Im vorliegenden Fall wird also mit jedem Abtastintervall ein Iterationsschritt vorgenommen.
    [0053] Zur Gewinnung der Werte bzw. zur Realisierung
    der Gleichung
    [0054]
    sind in dem Blockschaltbild gemäß Fig. 7 die Multiplizierer 76, 77, ein Addierer 78, ein Abtaster 80 sowie ein Zwischenspeicher 82 vorgesehen.
    [0055] Der obere Zweig des Blockschaltbildes gemäß Fig. 7 entspricht praktisch der Realisierung der weiter oben angegebenen Beziehung für die Größe
    mit welcher sich die Laufzeit
    nur in Abhängigkeit von y beschreiben läßt, während der untere Zweig des Blockschaltbildes gemäß Fig. 7 die Realisierung zur Gewinnung der
    [0056] Größe
    darstellt, mit der sich der Reflexionsfaktor r nur in Abhängigkeit von y beschreiben läßt.
    [0057] Die differenzierenden Netzwerke und Er(z) werden
    für die hier betrachtete Kaskadenform nachfolgend näher spezifiziert. Für die Ableitung der differenzierenden Netzwerke und gilt:

    [0058]
    [0059] Die Kaskadenform ist durch eine Hintereinanderschaltung von Teilsystemen gemäß der nachfolgenden Gleichung gekennzeichnet:
    [0060]
    [0061] Nach der bekannten Produktregel der Differention gilt:
    [0062]
    [0063] Die Teilblöcke Eμ(z) stellen Transversalformen dar, so daß die an sich bekannten und weiter oben anhand von Fig. 2 und 3 schon erwähnten Ableitungen
    [0064]
    [0065] übernommen werden können. Die zugehörigen Teil-Netzwerke sind in Fig. 8 und 9 dargestellt. Dabei zeigt Fig. 8 eine Struktur zur Realisierung der abgeleiteten Teilentzerrer-Übertragungsfunktion nach dem Reflexions faktor
    und Fig. 9 die entsprechende Struktur nach dem Laufzeitparameter
    . Die Ableitung der Interpolationskoeffizienten ist eindeutig durch
    bestimmt; die Be¬
    rechnung kann beispielsweise nach dem Verfahren von Lagrange erfolgen.
    [0066] Das Blockschaltbild des differenzierenden Netzwerkes umfaßt mehrere Verzögerungsglieder 84, Multi
    plizierer 86, sowie ein Addiernetzwerk 88 mit einem nachgeschalteten Multiplizierer 90.
    [0067] Ähnlich beinhaltet das Blockschaltbild des differenzierenden Netzwerkes gemäß Fig. 9 mehrere Ver
    zögerungsglieder 92, Multiplizierer 94, ein Addiernetzwerk 96 sowie einen nachgeschalteten Multiplizierer 98.
    [0068] In Fig. 10 und 11 ist jeweils ein schematisches Blockschaltbild zur Realisierung der weiter oben beschriebenen Produktregeln der Differentation dargestellt. Zur Verdeutlichung sind die jeweils differenzierenden Netzwerke 100 bzw. 106 stark umrandet gezeichnet. Neben den differenzierenden Netzwerken 100 bzw. 106 sind noch die Entzerrerblöcke 102 vorgesehen, die - zusammen mit den differenzierenden Netzwerken 100 bzw. 106 jeweils zu einem gemeinsamen Addiernetzwerk 104 bzw. 108 führen.
    [0069] Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß eine schaltungstechnische Realisierung der Produktregel der Differentation gemäß den Blockschaltbildern nach Fig. 10 und
    [0070] 11 wegen der Vielzahl der einzelnen Reihenschaltungen einen erheblichen Aufwand bedeuten würden. Gemäß dem Blockschaltbild nach Fig. 12 läßt sich dieser Aufwand zur schaltungstechnischen Erzeugung der Gradienten
    und erheblich reduzieren. Gleiche Teile
    aus Fig. 10 und 11 sind in Fig. 12 zur besseren Verdeutlichung mit gleichen Bezugszeichen versehen; zusätzlich sind noch die Addierer 10 vorgesehen, um die vereinfachte Realisierung der erwähnten Produktregeln zu ermöglichen.
    [0071] Für die Differenzier-Netzwerke 100 bzw. 106 gemäß Fig.
    [0072] 12 sind die Strukturen entsprechend Fig. 8 und 9 einzusetzen. Die Entzerrerblöcke 102 entsprechen dem Aufbau gemäß Fig. 4 bzw. Fig. 5.
    [0073] Zweckmäßig sind die einzelnen Blöcke nach fallender Ordnung (fallende Indizierung) angeordnet. Dadurch lassen sich die Auswirkungen unerwünschter Einschwingvorgänge bei der Veränderung der Koeffizienten auf minimale Werte reduzieren.
    [0074] Der Aufbau des Blockschaltbildes gemäß Fig. 12 läßt sich in der Praxis noch stark vereinfachen, indem die Berechnung von bzw. nur näherungsweise

    vorgenommen wird. Diese Vereinfachung beruht auf der Erkenntnis, daß die Beiträge der Ableitungen von E0, E1 wesentlich größer als die restlichen Werte sind, die daher vernachlässigt werden können, zumal bei den Ableitungen nur die Ermittlung der Richtung von Interesse ist.
    [0075] Auf die Konvergenz bei der adaptiven Entzerrereinstellung hat diese Vereinfachung nur unwesentliche Auswirkungen, so daß in zweckmäßiger Ausgestaltung das in Fig. 13 gezeigte Blockschaltbild zur Anwendung gelangen kann, wobei die partiellen Ableitungen
    vernachlässigt werden.

    权利要求:
    Claims P a t e n t a n s p r ü c h e
    1. Kaskadenentzerrer in nichtrekursiver Form zur Beseitigung von durch Mehrwegeempfang bei FM-Übertragung hervorgerufenen Störungen in einem FM-Empfänger, wobei dem Kaskadenentzerrer bzw. den einzelnen in Reihe geschalteten Entzerrerblöcken Entzerrerkoeffizienten zur Kompensation der Störungen zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnεt, daß die Entzerrerkoeffizienten adaptiv an die jeweiligen Empfangsverhältnisse bzw. an die jeweiligen Eigenschaften des Übertragungskanals angepaßt werden.
    2. Kaskadenentzerrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanalparameter (r,x) des Übertragungskanals am FM-Empfänger iterativ auf der Basis einer Zielfunktion geschätzt sind.
    3. Kaskadenentzerrer nach Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, daß die Zielfunktion wie folgt gewählt ist:
    wobei y (k) das komplexe entzerrte FM-Signal, a eine Referenzamplitude, auf deren Wert geregelt werden soll, und ε (k) die momentane Abweichung bedeuten, und wobei die Schwankungen des Betrages des entzerrten komplexen FM-Signals (y (k) ) minimiert werden.
    4. Kaskadenentzerrer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Identifizierung der Kanalparameter ) eine die Gleichungen
    realis ierende Identifizierungsschaltung (Fig. 7) vorgesehen ist.
    5. Kaskadenentzerrer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Identifizierungsschaltung differenzierende Netzwerke und in Käs kadenform umfaßt (Fig. 7) .
    6. Kaskadenentzerrer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das differenzierende Netzwerk durch eine die bekannte Produktregel der Differentiation
    realisierende Schaltung (Fig. 12, 13) gebildet ist, mit welcher der Gradient erzeugt wird.
    7. Kaskadenentzerrer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das differenzierende Netzwerk (EΛ(Z) = . λ ) durch eine die bekannte Produktregel der Differentation
    realisierende Schaltung (Fig. 12, 13) gebildet ist, mit welcher der Gradient erzeugt wird.
    8. Kaskadenentzerrer nach einem der vorherσehenden 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Entzerrerblöcke (102) nach fallender Ordnung in der Kaskade angeordnet sind.
    9. Kaskadenentzerrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kaskade sechs Entzerrerblöcke (102) umfaßt.
    10. Kaskadenentzerrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 - 9V dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnung der Gradieπten — und/oder - nur näherungs weise erfolgt.
    11. Kaskadenentzerrer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die partiellen Ableitungen der Entzerrerblocke (102) höherer Ordnung vernachlässig werden.
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1989-08-10| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): JP |
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    申请号 | 申请日 | 专利标题
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