PL177642B1 - Korektor adaptacyjny - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest korektor adaptacyjny, stosowany w systemach transmisyjnych, w których kanał transmisyjny nie ma płaskiej funkcji przenoszenia, lecz szczególnie w związku ze zjawiskami propagacji wielokrotnej, sygnał na wejściu odbiornika zawiera zakłócenia liniowe znacznie pogarszające jakość.

Znane sąkorektory kanałów do kompensacji tych zjawisk przy pomocy algorytmów matematycznych zbiegających się w kierunku sygnału błędu o wartości zero lub wystarczająco małej, gdy odbierane sygnały są poddawane procesowi liniowemu. Jednak wystarczająca kompensacja nie występuje, gdy sygnały są poddawane procesowi w znacznym stopniu nieliniowemu.

Znane jest zastosowanie technik modulacji częstotliwościowej typu GFSK, jak wykorzystywane w standardzie Digital European Cordless Telecommunications DECT - cyfrowa europejska telekomunikacja bezprzewodowa, które czyni celowym użycie demodulatorów częstotliwości opartych na przykład na dyskryminatorach. W ten sposób jest możliwe odzyskiwanie danych przy pomocy prostego detektora progowego w celu decydowania pomiędzy dwoma stanami logicznymi, 0 lub 1.

W pewnych środowiskach, w których są stosowane te systemy, ten typ odbiornika jest wystarczający, ponieważ maksymalna szybkość rozchodzenia się sygnału jest znacznie mniejsza niż jeden symbol i w wyniku tego zakłócenie w odczycie zakodowanego znakujest bardzo znaczne. Jednak w zastosowaniach, w których pokrycie radiowe jest większe, staje się celowe wykorzystanie korektorów, które przeciwdziałają zjawisku pogarszania się sygnału, powodującemu prawdopodobieństwo powstawania błędów odzyskiwanych symboli.

Znane jest zastosowanie w powyższym celu korektora typu przedstawionego w artykule pod tytułem: Adaptacyjna korekcja systemów DECT pracujących w kanałach o małym rozpraszaniu w czasie, J. Fuhla i G. Schultesa, opublikowanym w magazynie Electronics Letters z 25 listopada 1993, tom 29, nr 24, strony 2076 i 2077, którym jest znany korektor typu DFE, czyli decyzyjny korektor sprzężenia zwrotnego. Wykorzystaną w nim sekwencję szkoleniową stanowi 16-bitowa synchronizacja wiązkowa. Sekwencja szkoleniowa jest pamiętana w pamięci ROM i dostarczana do korektora w momencie, gdy 16 bitów pojawia się na wejściu odbiornika, zamiast rzeczywiście odbieranego sygnału. To zapobiega temu, że ewentualne błędy powstające w dete177 642 ktorze, gdy współczynniki filtru są jeszcze niedokładne, mogłyby powracać do korektora, a zatem następuje szybsza zbieżność.

Niemniej, gdy demodulator jest typu nieliniowego, na przykład gdy jest dyskryminatorem częstotliwości, nawet w idealnych warunkach propagacji, demodulowany sygnał może być znacznie zniekształcony w związku z działaniem demodulatora. W tych warunkach nie występuje właściwa zbieżność, ponieważ nie jest tolerowany żaden nieliniowy proces, któremu są poddawane odbierane sygnały.

W korektorze adaptacyjnym według wynalazku wyjście filtru dolnoprzepustowego jest dołączone do korektora, którego wyjście jest dołączone do detektora symbolu, mającego wyjście sygnału odzyskiwanych danych.

Korzystnym jest, że korektor zawiera układ kształtujący, którego wejście jest dołączone do sekwencji symboli poprzez przełącznik.

Korzystnym jest, że układ kształtujący zawiera filtr Gaussa modulacji wstępnej, którego wyjście jest dołączone do modulatora częstotliwości dołączonego do ogranicznika amplitudy, którego wyjście jest dołączone do dyskryminatora częstotliwości, do którego wyjścia jest dołączony filtr dolnoprzepustowy.

Korzystnym jest, że układ kształtujący jest dołączony do wyjścia detektora symbolu przez przełącznik.

Zaletą wynalazku jest otrzymanie adaptacyjnego korektora kanałów, który jest stosowany do odbioru sygnałów poddawanych zarówno procesom liniowym jak i/lub nieliniowym.

Wynalazek umożliwia użycie demodulatorów nieliniowych w połączeniu z korektorami adaptacyjnymi do korekcji sygnałów cyfrowych z modulacją analogową, która wykorzystuje sekwencję szkoleniową utworzoną przez poprzednio znaną sekwencję symboli.

Przy zastosowaniu wynalazku ma miejsce znacznie bardziej realistyczna zbieżność współczynników filtrowania korektora, ponieważ dopuszczone są rzeczywiście wszystkie pierwotne ujemne zjawiska, którym podlega sygnał aktualnie dostarczany do korektora, dzięki czemu jest znacznie poprawione prawdopodobieństwo powstawania błędów dla tych samych warunków szumowych.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia ogólny schemat blokowy końcowej części odbiornika opartego na dyskryminatorze częstotliwości bez korektora, fig. 2 - część powyższego schematu, do której został włączony korektor typu DFE, fig. 3 - poprzedni przypadek, lecz w którym został wprowadzony moduł kształtujący sygnał, zastosowany do sekwencji szkoleniowej, fig. 4 ' - konfigurację demodulatora opartego na dyskryminatorze częstotliwości, fig. 5 - w postaci bloków funkcjonalnych, różne zjawiska, którym podlega sygnał na drodze do demodulatora i które są brane pod uwagę przy kształtowaniu sygnału podlegającego sprzężeniu zwrotnemu do korektora oraz fig. 6.A przebieg sekwencji szkoleniowej stosowanej w stanie techniki, a fig. 6.B i 6.C - szereg zjawisk, zarówno liniowych, jak i nieliniowych, po stronie odbiorczej.

Figura 1 przedstawia część zastosowanej strony odbiorczej, w której zachodzi przemiana częstotliwości w częstotliwość pośrednią. Modulowany sygnał X. jest najpierw dostarczany do filtra środkowo-przepustowego FI, którego szerokość pasma jest równa szerokości pasma kanału, dla tłumienia szumu poza pasmem, jak również innych składowych wynikających z wcześniejszego mieszania i które są usytuowane na zewnątrz pasma, głównie częstotliwości obrazu.

Następnie jest on dostarczany do ogranicznika LIM amplitudy, którego funkcjąjest obcinanie sygnału wejściowego tak, że na jego wyjściu amplituda sygnału jest zawsze stała. To oznacza, że demodulacja sygnału może być realizowana bez powtarzania procesów automatycznej regulacji wzmocnienia. Ponieważ jest to system z modulacją częstotliwościową i stałą obwiednią, gdy filtruje się obcięty sygnał ponownie przy częstotliwości pośredniej filtru, otrzymywany jest pierwotny sygnał, lecz tym razem o amplitudzie, która jest zawsze stała.

Następnie jest zastosowany dyskryminator DIS częstotliwości, którego struktura jest pokazana na fig. 4. To jest układ mnożący M, który jest elementem nieliniowym, mnożącym sygnał poddawany demodulacji przez inny, któryjest pochodnąpierwszego i jest przesunięty w fazie o 90°.

177 642

Fakt, że przesunięcie fazy dla każdego okresu symbolu nie jest dokładnie określone, co ma miejsce dla przykładu dla GMSK, czyni demodulację fazy praktycznie niewykonalną.

Sygnał wyjściowy z dyskryminatora DIS częstotliwości jest dostarczany do filtru dolnoprzepustowego LPF dla usuwania szumu, szczególnie tego o największych częstotliwościach, których efektjest najbardziej szkodliwy, ponieważ gęstość widmowa szumu na wyjściu demodulatora częstotliwości jest typu parabolicznego.

W końcu sygnał wyjściowy z filtru dolnoprzepustowego LPF jest przesyłany do detektora DET symbolu, który w najprostszej postaci jest komparatorem z poziomem odniesienia odpowiadającym temu, który demodulator dostarczałby przy braku sygnału modulującego, to jest, gdy jest odbierana tylko nośna. W tym przypadku wartości powyżej poziomu odniesienia sąrównoważne wartości logicznej jedynki, a poniżej niego drugiej wartości logicznej. Można zastosować znacznie bardziej złożone detektory, które dają mniejsze prawdopodobieństwo błędu w tych samych warunkach zakłóceń, lecz to nie ma żadnego wpływu na przedmiot wynalazku.

Początkowo układ DECT był zastosowany w warunkach zredukowanych, w których maksymalne opóźnienie było znacznie mniejsze niż okres symbolu, skutkiem czego zjawisko propagacji wielokrotnej było bardzo znaczne i korekcja kanału była niepotrzebna. Niemniej dalsze użycie środowiska o większym pokryciu powoduje, że model kanału wprowadza poważne zakłócenia, które można skorygować przez korektory.

To jest możliwe przez wykorzystanie sekwencji synchronizacji impulsów w układzie DECT jako sekwencji szkoleniowej dla zaproponowanego korektora.

Figura 2 pokazuje część odbiornika zastosowanego w układzie DECT. Zawiera on korektor CEQ typu znanego jako decyzyjny korektor sprzężenia zwrotnego DFE, który wykorzystuje algorytm adaptacji RLS, jeżeli jest tylko 16 bitów dostępnych dla współczynników filtru dla osiągania właściwych wartości.

Ten korektor jest umieszczony bezpośrednio przed detektorem DET symbolu i ma odpowiedź o takim zakresie częstotliwości, że kompensuje nieliniowąkrzywąodpowiedzi kanału, powodowaną występującymi w nim zakłóceniami. W ten sposób sygnał, który wchodzi do detektora DET symbolu, gdy zbieżność korektora zostaje uzyskana, byłby pozbawiony szkodliwych własności w związku ze zniekształceniem liniowym w kanale, w którym jest odbierany sygnał dochodzący z odpowiedniego nadajnika.

W tego typu korektorze, w celu osiągnięcia szybszej zbieżności, zastosowano sekwencję szkoleniową, która jestjuż znana na obu końcach. To oznacza, że nawet gdy początkowe wartości współczynników korektora CEQ są dalekie od wartości, które powinny mieć na końcu, co powodowałoby dużą liczbę błędów detektora i w wyniku bardzo wolną lub nawet nieosiągalną zbieżność, występuje szybsza i pewna zbieżność, ponieważ dane zawracane do badanego korektora CEQ są prawidłowe.

Na figurze 2 sekwencja symboli TS, która w tym przypadku dla układu DECT jest sekwencją impulsów synchronizacji, jest pamiętana w obwodzie logicznym i jest zawracana do korektora CEQ przez przełącznik SW, gdy oczekiwane jest nadejście sekwencji synchronizacji w impulsie zaczynanym bądź odbieranym. Po całkowitym odbiorze sekwencji, przełącznik SW zmienia położenie w celu następnego zawracania danych odzyskiwanych przez detektor DET symbolu, które teraz odpowiadają bitom informacji.

Niemniej w torze transmisyjnym aż do wejścia detektora DET symbolu, sygnał przechodzi przez różne elementy, które zakłócajągo zarówno liniowo, jak i nieliniowo, co nie jest początkowo dozwolone w procesie korekcji. Z tego powodu, jak widać na fig. 3, wprowadzony jest układ kształtujący SHAP, który odbiera symbole, które sązawracane do korektora CEQ, albo sekwencję szkoleniową albo aktualne symbole wyjściowe z detektora.

Funkcja przenoszenia jest tablicą wartości, które zostały otrzymane doświadczalnie przez zastosowanie sekwencji szkoleniowej w nadajniku, przed modulatorem i dokonanie odczytów sygnału otrzymanego na wejściu detektora DET sygnału.

Figura 5 pokazuje symbolicznie, jakie elementy są wzięte pod uwagę w funkcji przenoszenia układu kształtującego SHAP i które sąpo stronie nadawania filtrem Gaussa GfIl modulacji

1ΊΊ 642 wstępnej i modulatorem FMOD częstotliwości, a po stronie odbioru ogranicznikiem LIM amplitudy, dyskryminatorem DIS częstotliwości i filtrem dolnoprzepustowym LPF detekcji wstępnej.

Filtry wprowadzają zniekształcenie liniowe, które powoduje wzrost zakłóceń w odczycie zakodowanych znaków, podczas gdy modulator FMOD częstotliwości i dyskryminator DIS częstotliwości wprowadzają zniekształcenie nieliniowe, ponieważ charakterystyka przemiany napięciowo-częstotliwościowej w jednym przypadku i charakterystyka częstotliwościowo-napięciowa w drugim przypadku nie są stałe, jakimi byłyby w idealnej sytuacji.

Po uzyskaniu fazy szkoleniowej korektora CEQ i osiągnięciu zbieżności, algorytm adaptacji, który jest uzyskiwany w module obliczeniowym ADAP, jest zamrażany, skutkiem czego współczynniki obliczane w obu filtrach, bieżące symbole FFF i poprzednie symbole FBF są utrzymywane jako stałe aż do końca impulsu.

Alternatywnie i zgodnie z wyborem dokonanym w korektorze, po odbiorze sekwencji szkoleniowej, dane otrzymane na wyjściu detektora DET są zawracane, utrzymując algorytm adaptacyjny czynnym.

W celu dokładniejszej demonstracji ulepszenia zapewnionego przez wynalazek korektora, fig. 6. A pokazuje sekwencję szkoleniową wykorzystywaną w znanym korektorze, z drugiej strony fig. 6.B pokazuje tę samą sekwencję szkoleniową, jak odbierana na wejściu detektora DET przy braku szumu i w przypadku, gdy wszystkie elementy w torze aż do wejścia detektora są idealne. Według wynalazku układ kształtujący SHAP wykorzystuje przynajmniej to zjawisko.

W końcu fig. 6.C pokazuje ponownie sekwencję szkoleniową, która jest odbierana na wejściu detektora DET przy braku szumu i uwzględniając nieidealne zjawiska w elementach wzmiankowanych powyżej. Przy pełnym zastosowaniu wynalazku, układ kształtujący SHAP wprowadza wszystkie te zjawiska, które są zapamiętane w pamięci tylko do odczytu ROM.

Korektor w fazie szkoleniowej dokonuje porównania pomiędzy znaną sekwencją szkoleniową i sygnałem odbieranym na wejściu obwodu decyzyjnego tak, że jest otrzymywany sygnał błędu, którego średnia wartość kwadratowa dąży asymptotycznie do zera. Wówczas gdy sygnał na wejściu korektora przyjmuje postać sekwencji na fig. 6.C, lecz jest do niego dodawany szum i zakłócenie liniowe związane z oddziaływaniem kanału, można zobaczyć, że jeżeli dokona się porównania z sekwencją z fig. 6.C, zbieżność jest szybsza i bardziej dokładna niż w przypadku dokonania tego z sekwencją z fig. 6.B, która uwzględnia tylko filtr Gaussa modulacji wstępnej i oczywiście dużo bardziej niż przy wykorzystaniu sekwencji z fig. 6.A, która rozważa tylko aktualne bity w sekwencji szkoleniowej.

W fazie szkoleniowej korektora sekwencja jest dostarczana do korektora równocześnie z odbieraną w celu dokonania pierwszej oceny współczynników filtru lub filtrów korektora.

W celu umożliwienia i przyspieszenia zbieżności współczynników, sekwencja szkoleniowa nie jest tworzona przez transmitowane symbole cyfrowe, lecz zamiast tego jest tworzona przez zespół próbek, który reprezentuje sekwencję szkoleniową taką, jaka byłaby odbierana na wyjściu demodulatora przy braku szumu i wielokrotnej propagacji.

Nowa sekwencja szkoleniowa jest otrzymywana przez zastosowanie filtru dolnoprzepustowego, którego funkcja przenoszenia jest taka sama, jak filtru modulacji wstępnej, wykorzystywanego w modulatorze i skutkiem tego jest dopuszczone pierwotne zakłócenie liniowe związane z filtrowaniem, które występuje w modulatorze.

Następnie są wprowadzane zjawiska zakłócenia nieliniowego, którym podlegają dane po stronie odbioru podczas demodulacji i przed ich detel^ty^lub regeneracją, a w końcu są wprowadzane zjawiska filtrowania detekcji wstępnej do ograniczania szerokości pasma szumu, który może częściowo odfiltrować wysokoczęstotliwościowe składowe sygnału.

Ostatecznie wynikiem jest zmniejszenie prawdopodobieństwa błędu.

Wynalazek znajduje zastosowanie w odbiorniku cyfrowego systemu komunikacyjnego z modulacją GFSK, który jest typu stosowanego w systemie Digital European Cordless Telecommunications DECT.

177 642

FIG. 6.A

FIG. 6.C

177 642

FIG. 4

FIG. S

177 642

FI LIM DIS LPF DET

FIG. 1

DIS LPF FFF ^CEQ DET

FBF'

FIG. 2

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz. Cena 2,00 zł.

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Korektor adaptacyjny, zawierający dyskryminator częstotliwości dołączony do filtru dolnoprzepustowego, którego wyjściejest dołączone do detektora symbolu, znamienny tym, że wyjście filtru dolnoprzepustowego (LPF) jest dołączone do korektora (CEQ), którego wyjście jest dołączone do detektora (DET) symbolu, mającego wyjście sygnału odzyskiwanych danych.
2. 2. Korektor adaptacyjny według zastrz. 1, znamienny tym, że korektor (CEQ) zawiera układ kształtujący (SHAP), którego wejście jest dołączone do sekwencji symboli (TS) poprzez przełącznik (SW).
3. 3. Korektor adaptacyjny według zastrz. 2, znamienny tym, że układ kształtujący (SHAP) zawiera filtr Gaussa (GFIL) modulacji wstępnej, którego wyjściejest dołączone do modulatora (FMOD) częstotliwości dołączonego do ogranicznika (LIM) amplitudy, którego wyjście jest dołączone do dyskryminatora (DIS) częstotliwości, do którego wyjścia jest dołączony filtr dolnoprzepustowy (LPF).
4. 4. Korektor adaptacyjny według zastrz. 2 albo 3, znamienny tym, że układ kształtujący (SHAP) jest dołączony do wyjścia detektora (DET) symbolu przez przełącznik (SW).