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Diese Erfindung betrifft einen Empfänger zum Empfang
eines über einen Übertragungspfad übertragenen digitalen
Signals, um das übertragene digitale Signal als Wiedergabe-
Digitalsignal wiederzugeben.
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Ein Empfänger des beschriebenen Typs wird mit einem
übertragenen digitalen Signal versorgt, welches über einen
Übertragungspfad mit einer ersten Frequenzcharakteristik
übermittelt wird und welches unvermeidlich zum Rauschen
neigt. Im Empfänger ist es daher notwendig, das übertragene
digitale Signal nicht nur zu entzerren sondern auch
das Rauschen zu beseitigen. Zu diesem Zweck umfaßt der
Empfänger einen Feedback- oder
Rückkopplungs-Digitalfilter zur Entzerrung des übertragenen digitalen Signals.
Außerdem wird zur Verminderung des Rauschens vorgeschlagen,
einen Optimalfilter zu verwenden, der eine unendliche
Verzögerungszeit besitzt. Es ist jedoch in der Anwendung
schwierig, einen derartigen Optimalfilter mit unendlicher
Verzögerung zu realisieren.
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Um in der Anwendung das Rauschen zu vermindern, wird ein
verbesserter Empfänger in einem von J. Salz
veröffentlichten Artikel im The Bell System Technical Journal
Vol. 52, No. 8 (Oktober 1973) Seiten 1341 bis 1373, unter
dem Titel "Optimum Mean-Square Decision Feedback
Equalization" offenbart. Der verbesserte Empfänger umfaßt
einen Linearfilter und den Feedback-Digitalfilter. Der
Linearfilter wird als Filterteil verwendet und besitzt
eine zweite Frequenzcharakteristik. Der
Feedback-Digitalfilter wird als Entzerrerteil verwendet. Der Linearfilter
filtert das übertragene Signal in ein gefiltertes
digitales Signal. Der Feedback-Entscheidungsentzerrer
entzerrt in Abhängigkeit von steuerbaren
Stufenverstärkungen das gefilterte digitale Signal in ein entzerrtes
digitales Signal. Die steuerbaren Stufenverstärkungen
werden von einem Stufenverstärkungsregler in
Übereinstimmung mit den ersten und zweiten Frequenzcharakteristika
gesteuert, um den Linearfilter zu veranlassen, das
entzerrte digitale Signal als das
Wiedergabe-Digitalsignal zu erzeugen.
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Jedoch kann der Linearfilter das in das übertragene
digitale Signal eingeführte Rauschen nicht ausreichend
loswerden. Zusätzlich wird das gefilterte digitale
Signal von einem Rauschsignal begleitet und wird zusammen
mit dem Rauschsignal an den Feedback-Digitalfilter
angelegt. Das entzerrte digitale Signal wird mit dem
Rauschen des Feedback-Entscheidungsentzerrers erzeugt.
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Das macht es schwierig, ein zufriedenstellendes Signal-
Rausch-Verhältnis im Wiedergabe-Digitalsignal zu
erreichen.
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Das Schriftstück 37th IEEE Vehicular Technology
Conference, Tampa (Fla), US 01-03.06.87, Seiten 385-392,
IEEE, New York (N.Y.), US; R. D'Avella et al.: "Adaptive
equalization in TDMA mobile radio systems" (Adaptive
Entzerrung in TDMA-Mobil-Radiosystemen) offenbart einen DFE
adaptiven Empfänger zum Empfang eines digitalen Signals,
das über einen Übertragungungspfad übertragen wird,
um jenes übertragene digitale Signal als Wiedergabe-
Digitalsignal wiederzugeben.
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Der Empfänger umfaßt ein Filterteil mit einem Filter
und einem A/D-Wandler zur Glättung jenes übertragenen
digitalen Signals in ein gefiltertes digitales Signal,
einen Entscheidungs-Feedback-Entzerrer zur Entzerrung
des gefilterten digitalen Signals in ein entzerrtes
digitales Signal in Abhängigkeit von steuerbaren
Stufenverstärkungen und eine Stufenverstärkungsanpassung zur
Steuerung der steuerbaren Stufenverstärkungen, um das
Entzerrerteil zu veranlassen, das entzerrte digitale
Signal als reines Wiedergabe-Digitalsignal zu erzeugen.
Das Entzerrerteil umfaßt einen Vorfilter zur Filterung
des gefilterten digitalen Signals in Abhängigkeit von
den vorgegebenen der steuerbaren Stufenverstärkungen und
einen Nachfilter zur Glättung in Abhängigkeit von den
verbleibenden der steuerbaren Stufenverstärkungen, um
das Wiedergabe-Digitalsignal zu erzeugen.
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Es ist Aufgabe dieser Erfindung, einen Empfänger
bereitzustellen, der fähig ist, ein über einen Übertragungspfad
übertragenes digitales Signal zu empfangen, um das
übertragene digitale Signal als Wiedergabe-Digitalsignal
mit einem zufriedenstellenden Signal-Rausch-Verhältnis
wiederzugeben. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale
der Ansprüche gelöst.
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Andere Aufgaben dieser Erfindung werden klar mit fort -
schreitender Beschreibung.
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Es zeigen:
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Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Empfängers gemäß einer
Ausführungsform dieser Erfindung;
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Fig. 2 ein Blockdiagramm eines Transversalfilters, der
in dem in Fig. 1 dargestellten Empfänger verwendet wird;
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Fig. 3 ein Blockdiagramm eines
Feedback-Entscheidungsentzerrers, der in dem in Fig. 1 dargestellten Empfänger
wird und
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Fig. 4 ein Blockdiagramm eines Stufenverstärkungsreglers,
der in dem in Fig. 1 dargestellten Empfänger verwendet wird.
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Bezugnehmend auf Fig. 1 besitzt ein Empfänger
Eingangs- und Ausgangsanschlüsse 11 und 12. Über einen
Übertragungspfad 13, welcher ein Funkkanal sein kann,
wird an den Empfängereingangsanschluß 11 ein übertragenes
digitales Signal als empfangenes digitales Signal
geliefert. Das übertragene digitale Signal kann
beispielsweise ein Binärsignal sein. Das übertragene digitale
Signal wird von einem Trägersignal mit einer
Trägerwinkelfrequenz ω befördert und wird mit einer vorgegebenen
Übertragungsrate R übertragen. Der Übertragungsweg 13
besitzt eine erste Frequenzcharakteristik T(ω)). Das
empfangene digitale Signal wird unvermeidlich von
Rauschen begleitet, dem das übertragene digitale Signal
während seiner Übertragung über den Übertragungspfad 13
unterworfen ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der vor liegenden
Erfindung umfaßt der Empfänger ein Filterteil 16, das
mit dem Empfängereingangsanschluß 11 verbunden ist.
Das Filterteil 16 filtert das empfangene digitale Signal
in Übereinstimmung mit einer zweiten
Frequenzcharakteristik H(ω) zu einem gefilterten digitalen Signal.
Herrührend vom Rauschen, welches das empfangene Signal
begleitet, wird das gefilterte digitale Signal von einem
Rauschsignal begleitet.
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Einem Entzerrerteil 17 wird eine Vielzahl von steuerbaren
Stufenverstärkungen in einer Weise vorgegeben, welche
aus dem Stand der Technik bekannt ist und die mit
fortschreitender Beschreibung verständlich wird. Das
Entzerrerteil 17 entzerrt in Abhängigkeit von den steuerbaren
Stufenverstärkungen das gefilterte digitale Signal in
ein entzerrtes digitales Signal und liefert das entzerrte
digitale Signal zum Empfängerausgangsanschluß 12 als
Wiedergabe-Digitalsignal, welches eine Wiedergabe des
im wesentlichen vom Rauschen befreiten übertragenen
digitalen Signals ist.
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Wie nachfolgend beschrieben weist das Entzerrerteil 17
einen Stufenverstärkungsregler 18 auf, der die ersten
und zweiten Frequenzcharakteristika enthält. Die
steuerbaren Stufenverstärkungen werden vom
Stufenverstärkungsregler 18 in Übereinstimmung mit den ersten und zweiten
Frequenzcharakteristika gesteuert. Gemäß dieser Erfindung
werden die steuerbaren Stufenverstärkungen in vorgegebene
und verbleibende Stufenverstärkungen eingeteilt.
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Das Entzerrerteil 17 umfaßt einen Transversalfilter 21
und einen Entscheidungsentzerrer 22. Das gefilterte
digitale Signal wird vom Filterteil 16 zum
Transversalfilter 21 geliefert. Der Transversalfilter 21 filtert das
gefilterte digitale Signal in Abhängigkeit von den
vorbestimmten Stufenverstärkungen in ein
Zwischendigitalsignal. Auf diese Weise ist der Transversalfilter 21 als
eine erste Vorrichtung arbeitsfähig. Der
Entscheidungsentzerrer 22 wird mit dem Zwischendigitalsignal versorgt
und entzerrt das Zwischendigitalsignal in Abhängigkeit
von den verbleibenden Stufenverstärkungen zu dem
entzerrten Digitalsignal. Das entzerrte Digitalsignal wird
zum Empfängerausgangsanschluß 12 als das wiedererzeugte
Digitalsignal geliefert. Der Entscheidungsentzerrer 22
ist als eine zweite Vorrichtung arbeitsfähig.
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Bezugnehmend auf Fig. 2 besitzt der Transversalfilter 21
Eingangs- und Ausgangsanschlüsse 31 und 32. Das entzerrte
Digitalsignal wird zum Filtereingangsanschluß 31
geliefert. Der Transversalfilter 21 umfaßt eine
Filterschiebespeicherschaltung 33, die erste bis M-te in Kaskaden
geschaltete Filterregister 34-1, 34-2, . . . , und 34-M
besitzt, wo M beispielsweise gleich sechs sein kann. Die
Filterschiebespeicherschaltung 33 besitzt erste bis M-te
Transversalfilterabgriffe 35-1, 35-2, . . . , 35-(M-1) und
35-M, die jeweils zu den Filterregistern 34-1 bis 34-M
korrespondieren. Der Eingangsanschluß 31 korrespondiert
zu einem nullten Abgriff.
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Die Transversalfilterschalter 35-1 bis 35-M sind mit
ersten bis M-ten Filtermultiplizierern 36-1, 36-2,
. . . ,
36-(M-1) und 36-M verbunden. Der
Stufenverstärkungsregler 18 (Fig. 1) liefert erste bis M-te vorgegebene
Stufenverstärkungen d&sub1; bis dM zu den ersten bis M-ten
Filtermultiplizierern 36-1 bis 36-M. Die
Filtermultiplizierer 36-1 bis 36-M sind mit einem Filteraddierer 37
verbunden. Der Filteraddierer 37 ist über den
Filterausgangsanschluß 32 mit dem dem Entscheidungsentzerrer 22
(Fig. 1) verbunden.
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Das gefilterte Digitalsignal wird über den
Filtereingangsanschluß 31 zum ersten Register 34-1 und dem
Addierer 37 geliefert. Jedes der ersten bis M-ten
Filterregister verzögert das dort eingespeiste Signal um ¹/R
Die ersten bis M-ten Register 34-1 bis 34-M liefern erste
bis M-te verzögerte Digitalsignale über jeweils die
ersten bis M-ten Transversalfilterabgriffe 35-t bis 35-M
an die ersten bis M-ten Multiplizierer 36-1 bis 36-M
Der erste Multiplizierer 36-1 multipliziert das erste
verzögerte Digitalsignal mit der ersten vorgegebenen
Stufenverstärkung d&sub1;. Die ersten bis M-ten
Multiplizierer 36-1 bis 36-M liefern jeweils erste bis M-te
multiplizierte Digitalsignale an den Addierer 37. Der Addierer 37
errechnet die Gesamtsumme aus dem gefilterten
Digitalsignal und dem ersten bis M-ten multiplizierten
Digitalsignal, um ein Summendigitalsignal als das
Zwischendigitalsignal zu erzeugen. Das Summendigitalsignal wird
über den Filterausgangsanschluß 22 zum
Entscheidungsentzerrer 17 geliefert. Das Summendigitalsignal wird in
Form eines Binärsignals erzeugt.
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Bezugnehmend auf Fig. 3 besitzt der
Entscheidungsentzerrer 22 die Entzerrereingangs- und
Entzerrerausgangsanschlüsse 41 und 42. Das Summendigitalsignal wird aus
dem Transversalfilter 21 (Fig. 1) an den
Entzerrereingangsanschluß 41 geliefert. Der Entscheidungsentzerrer 22
umfaßt einen
Entscheidungsentzerrer-Addierer 43 und eine
mit dem Entscheidungsentzerrer-Addierer 43 verbundene
Urteilsschaltung 44. Die Urteilsschaltung 44 ist mit einer
Entscheidungsentzerrer-Schiebespeicherschaltung 45
verbunden, die erste bis N-te in Kaskade geschaltete
Entscheidungsentzerrer-Register 46-1, 46-2 und 46-N besitzt,
wo N beispielsweise 15 sein kann. Die
Entscheidungsentzerrer-Schiebespeicherschaltung 45 besitzt erste
bis N-te Entscheidungsentzerrer-Abgriffe 47-1, 47-2, . . .
und 47-N, die jeweils zu den Entscheidungsentzerrer-
Registern 46-1 bis 46-N korrespondieren.
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Jeder der Entscheidungsentzerrer-Abgriffe 47-1 bis
47-N ist mit ersten bis N-ten Entscheidungsentzerrer-
Multiplizierern 48-t, 48-2, . . . und 48-N verbunden.
Der Stufenverstärkungsregler 18 (Fig. 1) liefert erste
bis N-te verbleibende Stufenverstärkungen c&sub1; bis cN an
den ersten bis N-ten
Entscheidungsentzerrer-Multiplizierer 48-1 bis 48-N. Die
Entscheidungsentzerrer-Multiplizierer 48-1 bis 48-N sind mit dem
Entscheidungsentzerrer-Addierer 43 verbunden.
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Das Summendigitalsignal wird über den
Entscheidungsentzerrer-Addierer 43 zur Urteilsschaltung 44 geliefert.
Die Urteilsschaltung 44 besitzt einen vorgegebenen
Schwellpegel. Die Urteilsschaltung 44 beurteilt zuerst
das Summendigitalsignal, ob es einen Binärpegel über dem
vor gegebenen Schwellpegel besitzt oder nicht, um einen
beurteilten Binärpegel für den Binärpegel zu entscheiden.
Die Urteilsschaltung 44 erzeugt dabei ein beurteiltes
Digitalsignal, das den beurteilten Binärpegel besitzt.
Die Urteilsschaltung 44 liefert das beurteilte
Digitalsignal zum ersten Entscheidungsentzerrer-Register 46-1
Die ersten bis N-ten Entscheidungsentzerrer-Register 46-1
bis 46-N liefern erste bis N-te Entscheidungsentzerrer-
Verzögerungsdigitalsignale jeweils über die ersten bis
N-ten Entscheidungsentzerrer-Abgriffe 47-1 bis 47-N zu
den ersten bis N-ten
Entscheidungsentzerrer-Multiplizierern 48-1 bis 48-N. Jedes Entscheidungsentzerrer-
Register 46-1 bis 46-N verzögert ein darin eingespeistes
Eingabesignal mit ¹/R.
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Der erste Entscheidungsentzerrer-Multiplizierer 48-1
multipliziert das erste
Entscheidungsentzerrer-Verzögerungsdigitalsignal mit der ersten verbleibenden
Stufenverstärkung c&sub1;. Die ersten bis N-ten
Entscheidungsentzerrer-Multiplizierer 48-1 bis 48-N liefern jeweils
erste bis N-te entscheidungsentzerrer-multiplizierte
Digitalsignale an den Entscheidungsentzerrer-Addierer 43.
Der Entscheidungsentzerrer-Addierer 43 subtrahiert die
Summe aus den ersten bis N-ten
entscheidungsentzerrermultiplizierten Digitalsignalen vom Summendigitalsignal
um ein subtrahiertes Digitalsignal zu erzeugen.
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Das subtrahierte Digitalsignal wird in Form eines
Binärsignals erzeugt. Das subtrahierte Digitalsignal wird zur
Urteilsschaltung 44 geliefert und wird von der
Urteilsschaltung 44 beurteilt, um als das wiedererzeugte
Digitalsignal erzeugt zu werden. Das wiedererzeugte
Digitalsignal wird vom Entzerrerausgangsanschluß 42 zum
Empfängerausgangsanschluß 12 geliefert.
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Bezugnehmend auf Fig. 4 umfaßt der
Stufenverstärkungsregler 18 ein Speicherteil 51, ein erstes
Bestimmungsteil 52 und ein zweites Bestimmungsteil 53. Das
Speicherteil 51 speichert die ersten und zweiten
Frequenzcharakteristika und ein Rauschspektrum N(ω) des das gefilterte
Digitalsignal begleitenden Rauschens. Das erste
Bestimmungsteil 52 bestimmt die ersten bis M-ten vorgegebenen
Stufenverstärkungen d&sub1;bis dM in Abhängigkeit von
der zweiten Frequenzcharakteristik H(ω) und dem
Rauschspektrum N(ω).
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Das erste Bestimmungsteil 52 liefert die ersten bis
M-ten vorgegebenen Stufenverstärkungen d&sub1; bis dM an
den ersten bis M-ten Filtermultiplizierer 36-1 bis 36-M
und das zweite Bestimmungsteil 53. Das zweite
Bestimmungsteil 53 bestimmt die ersten bis N-ten verbleibenden
Stufenverstärkungen c&sub1; bis cN in Abhängigkeit von den
ersten bis zweiten Frequenzcharakteristika T(ω) und H(ω)
und den ersten bis M-ten vorgegebenen
Stufenverstärkungen d&sub1; bis dM, die vom ersten Bestimmungsteil 52
geliefert werden. Das zweite Bestimmungsteil 53 liefert
die ersten bis N-ten verbleibenden Stufenverstärkungen c&sub1;
bis cN jeweils zum ersten bis N-ten
Entscheidungsentzerrer-Multiplizierer 48-1 bis 48-N.
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Rückblickend auf die Fig. 1 bis 4 wird die Steuerung
der ersten bis M-ten vorgegebenen Stufenverstärkungen d&sub1;
bis dM und der ersten bis N-ten verbleibenden
Stufenverstärkungen c&sub1; bis cN beschrieben. Der Transversalfilter 21
besitzt eine dritte Frequenzcharakteristik G(ω), die
gegeben ist wie folgt:
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wobei d(i) für die ersten bis M-ten vorgegebenen
Stufenverstärkungen d&sub1; bis dM und eine nullte
Stufenverstärkung d&sub0; steht, die gleich eins ist, und wobei t(i) für
nullte bis M-te Zeitpunkte steht, die eine Zeitdauer
von ¹/R zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zeitpunkten
besitzen. Der nullte Zeitpunkt t&sub0; steht für einen Zeitpunkt,
zu welchem das gefilterte Digitalsignal an den
Transversalfilter 21 geliefert wird.
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Der Transversalfilter 21 erzeugt ein
Zwischendigitalsignal, das von einem kleinen Rauschsignal mit der
Rauschleistung σ² begleitet sein kann. Die Rauschleistung ist
gegeben durch:
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Aus den Gleichungen (1) und (2) ist zu sehen, daß die
Rauschleistung dargestellt wird durch:
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Durch Gleichung (3) wird verständlich, daß die
Rauschleistung als quadratische Gleichung dargestellt wird,
die einen positiven Koeffizienten besitzt, der sich auf
die nullten bis M-ten vorgegebenen Stufenverstärkungen d&sub0;
bis dM bezieht.
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Ausgestattet mit der Frequenzcharakteristik H(ω) und
dem Rauschspektrum aus dem Speicherteil 51 bestimmt das
erste Bestimmungsteil 52 die ersten bis M-ten vorgegebenen
Stufenverstärkungen d&sub1; bis dM durch Minimierung der
Rauschleistung. Als das erste Bestimmungsteil 52 kann
ein Mikroprozessor verwendet werden. Als Antwort auf die
ersten bis M-ten vorgegebenen Stufenverstärkungen d&sub1; bis
dM die an den ersten bis M-ten Filtermultiplizierer 35-1
bis 35-M geliefert werden, filtert der
Transversalfilter 21 das gefilterte Digitalsignal in das
Zwischendigitalsignal, so daß die Rauschleistung des
Zwischendigitalsignals minimiert wird.
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Eine Kombination des Übertragungspfades 13, des
Filterteils 16 und des Transversalfilters 21 besitzt eine
Impulsantwort g(t), die als Funktion der Zeit t gegeben ist
durch:
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die zwischen null und eins bei t = 0 variiert, wenn der
Transversalfilter 21 mit dem gefilterten Digitalsignal
versorgt wird. Es wird angenommen, daß die
Impulsantwort g(t) nullte bis N-te Signalpegel g&sub0; bis gN jeweils
bei nullten bis N-ten Zeitpunkten besitzt wobei zwei
einander benachbarte der nullten bis N-ten Zeitpunkte
voneinander durch die obengenannte Zeitdauer ¹/R getrennt
sind wie die ersten bis M-ten Zeitpunkte. Der nullte
Signalpegel g&sub0; ist gleich eins.
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Ausgestattet mit den ersten und zweiten
Frequenzcharakteristika aus dem Speicherteil 51 und mit den ersten
bis M-ten vorgegebenen Stufenverstärkungen d&sub0; bis dM
aus dem ersten Bestimmungsteil 52 berechnet das zweite
Bestimmungsteil 53 die ersten bis N-ten Signalpegel g&sub1; bis
gN gemäß Gleichung (4). Als das zweite Bestimmungsteil 53
kann ein Mikroprozessor verwendet werden. Dabei versorgt
das zweite Bestimmungsteil 53 den
Entscheidungsentzerrer 22 mit den ersten bis N-ten Signalpegeln g&sub1; bis gN
als jeweils den ersten bis N-ten verbleibenden
Stufenverstärkungen c&sub1; bis cN.
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Mit den ersten bis N-ten verbleibenden
Stufenverstärkungen c&sub1; bis cN die an die ersten bis N-ten
Entscheidungsentzerrer-Multiplizierer 48-1 bis 48-N geliefert werden,
entzerrt der Entscheidungsentzerrer 22 das
Zwischendigitalsignal in das entzerrte Digitalsignal.