WO2001061953A1

WO2001061953A1 - Verfahren zur anpassung eines entscheidungspegels bei der umwandlung eines analogen signals in ein digitales signal und digitaler empfänger

Info

Publication number: WO2001061953A1
Application number: PCT/EP2001/000440
Authority: WO
Inventors: Torsten Klemm
Original assignee: Braun GmbH
Current assignee: Braun GmbH
Priority date: 2000-02-19
Filing date: 2001-01-17
Publication date: 2001-08-23
Anticipated expiration: 2002-08-19
Also published as: JP2003523149A; HK1050096A1; CN1188999C; EP1256219A1; US20020154045A1; KR20030004309A; CN1393088A; DE10007752A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anpassung von Entscheidungspegeln bei der Umwandlung eines mehrpegeligen analogen Signals in ein Digitalsignal und einen digitalen Empfänger. Als Startbedingung sind eine bestimmte Pegeldifferenz zwischen zwei Pegeln und auch ein erster logischer Zustand vorgegeben, den das analoge Signal zu Beginn der Datenübertragung einnimmt. Ein zweiter logischer Zustand wird daran erkannt, dass sich der Pegel des analogen Signals um mehr als die Pegeldifferenz ändert. Es wird dann fortlaufend ein Entscheidungspegel berechnet, der zwischen den Pegeln des ersten und zweiten logischen Zustands liegt.

Description

Verfahren zur Anpassung eines Entscheidungspeqels bei der Umwandlung eines analogen Signals in ein digitales Signal und digitaler Empfänger

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anpassung von Entscheidungspegeln bei der Umwandlung eines analogen Signals in ein Digitalsignal, und einen digitalen Empfänger, die insbesondere für ein optisches oder induktives Datenübertragungssystems geeignet sind, bei dem ein analoges Datensignal übertragen wird, das mindestens zwei verschiedene logische Zustände annehmen kann, die sich in ihren Pegeln unterscheiden.

Aus der EP 0 540 359 A2 ist ein digitaler Detektor für ein vierpegeliges pulsamplitudenmo- duliertes (4PAM) Signal bekannt, der zur Unterscheidung der vier Pegel eine Logikschaltung mit drei Entscheidungspegeln aufweist, die er einerseits an den Ausgangspegel einer ihm vorgeschalteten Empfangsschaltung und andererseits fortlaufend an schwankende Übertragungsbedingungen anpaßt. Der dazu verwendete Algorithmus ist nicht offenbart. Das 4PAM- Signal wird durch einen A/D-Wandler digitalisiert, wobei die Pegel des 4PAM-Signals innerhalb des Konvertierungsbereichs des A/D-Wandlers liegen müssen, damit kein Überlauf auftritt.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein einfaches Verfahren anzugeben, mit dem Entscheidungspegel für die Umwandlung eines analogen Datensignals in ein Digitalsignal während der Datenübertragung an schwankende Signalpegel angepaßt werden können, sowie einen digitalen Empfänger zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß es ohne voreingestellte Werte für die logischen Pegel arbeitet. Allerdings sind als Startbedingung bestimmte Pegeldifferenzen zwischen den einzelnen Pegeln vorgegeben, und auch ein erster logischer Zustand, den das Datensignal zu Beginn der Datenübertragung darstellt. Ein zweiter logischer Zustand wird daran erkannt, daß sich der Pegel des analogen Signals um mehr als die Pegeldifferenz ändert. Aus den Pegeln der beiden logischen Zustände wird ein Entscheidungspegel berechnet, der zwischen diesen Pegeln liegt. Nachdem die Pegel des ersten und zweiten logischen Zustands und der Entscheidungspegel bestimmt sind, werden diese Pegel fortlaufend an die schwankenden Übertragungsbedingungen angepaßt. Bei einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im digitalen Empfänger das analoge Datensignal mehrmals innerhalb einer Bitzeit abgetastet und ein logischer Pegel aus dem Mittelwert der während einer Bitzeit gewonnenen Abtastwerte gebildet. Zu Beginn der Datenübertragung wird der zweite logische Zustand daran erkannt, daß sich zwei aufeinanderfolgende Mittelwerte von Abtastwerten um mehr als die Pegeldifferenz unterscheiden. Der Entscheidungspegel wird dann aus den Pegeln des ersten und zweiten logischen Zustande berechnet, die durch Mittelwertbildung bestimmt sind. Danach erfolgt die fortlaufende Anpassung der Pegel anhand der fortlaufend aus den Abtastwerten bestimmten Mittelwerte.

Ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitender digitaler Empfänger braucht nicht auf den Pegel der jeweiligen Übertragungsstrecke eingestellt zu werden, da er sich selbsttätig anpaßt. Er weist beispielsweise einen A/D-Wandler auf, der das analoge Datensignal fortlaufend abtastet und digitalisiert, sowie ein Rechenwerk zur Berechnung von Entscheidungspegeln und mehrere Register zur Speicherung von digitalisierten Abtastwerten und Entscheidungspegeln bzw. Pegeldifferenzen.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird zunächst für den Fall beschrieben, bei dem im analogen Datensignal nur zwei logische Pegel, nämlich HIGH und LOW, erkannt und unterschieden werden müssen, und daher auch nur ein Entscheidungspegel vorhanden ist, der während der Datenübertragung angepaßt werden muß. Es wird davon ausgegangen, daß während der Datenübertragung kein Pegel außerhalb des A/D-Bereichs auftritt. Die als Startbedingung vorgegebene Pegeldifferenz zwischen dem LOW- und HIGH-Pegel wird nachfolgend mit dU bezeichnet, und der logische Zustand des Datensignals soll zu Beginn der Datenübertragung HIGH sein, dem der HIGH-Pegel U_H|_GH entspricht.

In einem ersten Schritt wird der erste Abtastwert U als U_H|_GH gespeichert, und ein Entscheidungspegel E = U_HIGH - dU berechnet und gespeichert.

Dann wird in einem zweiten Schritt der zweite Abtastwert U mit dem gespeicherten Entscheidungspegel E verglichen. Ist der zweite Abtastwert U größer oder gleich dem gespeicherten Entscheidungspegel E, dann wird der zweite Abtastwert U als U_H|_GH gespeichert und es wird ein neuer Entscheidungspegel E = U_H|_GH - dU berechnet und gespeichert. Sind auch die folgenden Abtastwerte U größer oder gleich dem jeweils zuletzt gespeicherten Entscheidungspegel E, werden die Abtastwerte als U_H|_GH gespeichert und jeweils der entsprechende neue Entscheidungspegel E = U_HIGH - U berechnet und gespeichert. Ist jedoch entweder der zweite oder einer der folgenden Abtastwerte U kleiner als der gespeicherte Entscheidungspegel E, dann wird der neue Abtastwert U als U_L0W gespeichert, und es wird ein neuer Entscheidungspegel E = (U_H|_GH + U_L0W) berechnet und gespeichert. In allen folgenden Schritten wird der nächste Abtastwert U mit dem zuletzt gespeicherten Entscheidungspegel E verglichen und, wenn er größer oder gleich dem zuletzt gespeicherten Entscheidungspegel E ist, als U_H|_GH gespeichert, ansonsten aber als U_L0 gespeichert. In beiden Fällen wird ein neuer Entscheidungspegel E = ¹2(U_Hι_GH + U_LOw) berechnet und gespeichert.

Der oben beschriebene Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in der einzigen Figur dargestellt, wobei unter dem ersten Wert U bzw. nächsten Wert U entweder Abtastwerte oder Mittelwerte von Abtastwerten zu verstehen sind.

Wenn als Startbedingung der logische Zustand des Datensignals zu Beginn der Datenübertragung nicht wie beschrieben HIGH sondern LOW sein soll, dem dann der LOW-Pegel U_LOW entspricht, wird im ersten Schritt der erste Abtastwert U als U_L0W gespeichert, und der Entscheidungspegel E = U_L0W ⁺ du berechnet und gespeichert. Die folgenden Schritte ändern sich in naheliegender Weise entsprechend.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch zur Anpassung von Entscheidungspegeln bei der Umwandlung eines analogen Signals mit mehr als zwei Pegeln in ein Digitalsignal geeignet. Erfolgt die Datenübertragung beispielsweise mit einem dreipegeligen Analogsignal, wird man als Startbedingung vorteilhafterweise den mittleren logischen Pegel wählen, und zwei Pegeldifferenzen dU' und dU" festlegen, mit denen ausgehend vom mittleren logischen Pegel zwei Entscheidungspegel E' und E" berechnet werden, die zwischen dem mittleren und dem oberen bzw. unteren logischen Pegel liegen.

Als Kriterium für die Übertragungsqualität kann die Differenz zwischen dem HIGH-Pegel und dem LOW-Pegel berechnet und angezeigt werden. Eine betragsmäßig große Differenz weist auf eine hohe Übertragungssicherheit hin und umgekehrt. Ferner weist bei einer optischen Übertragungsstrecke ein sich im Laufe der Zeit gegenüber einem Referenzpegel verändernder Entscheidungspegel auf eine zunehmende Verschmutzung des optischen Sende- und/oder Empfangselements hin, die ebenfalls angezeigt werden kann.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Anpassung eines Entscheidungspegels bei der Umwandlung eines mehrpegeligen analogen Signals in ein Digitalsignal, bei dem als Startbedingung eine bestimmte Pegeldifferenz zwischen zwei Pegeln und auch ein erster logischer Zustand vorgegeben sind, den das analoge Signal zu Beginn der Datenübertragung einnimmt, wobei ein zweiter logischer Zustand daran erkannt wird, daß sich der Pegel des analogen Signals um mehr als die Pegeldifferenz ändert, und bei dem dann ein Entscheidungspegel berechnet wird, der zwischen den Pegeln des ersten und zweiten logischen Zustands liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das analoge Datensignal mehrmals innerhalb einer Bitzeit abgetastet und die Pegel der logischen Zustände aus den Mittelwerten der während einer Bitzeit gewonnenen Abtastwerten berechnet werden, und daß der zweite logische Zustand daran erkannt wird, daß sich zwei aufeinanderfolgende Mittelwerte von Abtastwerten um mehr als die Pegeldifferenz unterscheiden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß fortlaufend die Pegel des ersten und zweiten logischen Zustands bestimmt werden und daraus fortlaufend ein Entscheidungspegel berechnet wird, der zwischen den Pegeln des ersten und zweiten logischen Zustands liegt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen dem HIGH-Pegel und dem LOW-Pegel als Kriterium für die Übertragungsqualität berechnet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen dem Entscheidungspegel und einem Referenzpegel als Kriterium für eine Verschmutzung eines optischen Sende- und/oder Empfangselements einer optischen Übertragungsstrecke berechnet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsqualität und/oder Verschmutzung angezeigt wird.

7. Digitaler Empfänger zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er einen A/D-Wandler zur Abtastung und Digitalisierung eines analogen Signals sowie mehrere Register zur Speicherung von digitalisierten Abtastwerten aufweist.

8. Digitaler Empfänger nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß er ferner ein Rechenwerk zur Berechnung von Entscheidungspegeln und von Mittelwerten von Abtastwerten aufweist.

9. Digitaler Empfänger nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Rechenwerk ferner als Kriterium für die Übertragungsqualität die Differenz zwischen dem HIGH-Pegel und dem LOW-Pegel berechnet.

10. Digitaler Empfänger nach Anspruch 9 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Rechenwerk außerdem als Kriterium für die Verschmutzung eines optischen Sende- und/oder Empfangselements die Differenz zwischen dem Entscheidungspegel und einem Referenzpegel berechnet.

11. Digitaler Empfänger nach Anspruch 10 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Anzeigeeinrichtung für die Übertragungsqualität und/oder die Verschmutzung aufweist.