Brevet FR2007995A1 — publié le 19700116

i 2007995 Dans la technique conventionnelle concernant les systèmes de transmission de données, plus de deux niveaux"de signaux discontinus sont souvent utilisés afin d'obtenii1 une densité de bits plus élevée par unité de bande passante. Dans un canal ou voie à bande 5 limitée, la quantité de bits- ("binary digit") d'information par unité de temps est limitée par le rapport signal-bruit. Le nombre maximal de bits transmissibles par cycle de bande passante est proportionnel au log2"b, où b est le nombre de niveaux discontinus de transmission. Les systèmes à multi-niveaux assurent une augmentation de bits transit) missibles mais la diminution du rapport signal-bruit et 1'augmentatioi de la complexité du montage exigé limitent, pratiquement, le nombre 'des niveaux de transmission pouvant être utilisé. L'industrie des télécommunications a déjà reconnu les inconvénients des techniques conventionnelles des transmissions à multi-15 niveaux et, en conséquence, a songé à élaborer de nouveaux procédés permettant de transmettre des informations à des cadences élevées sans présenter les désavantages dont il est question ci-dessus. La présente invention concerne le codage d'un signal à m niveaux en un signal à "duo-m" niveaux et la reconversion du second 20 signal en le premier signala En particulier, la réalisation préférée de l'invention traite de la conversion d'un signal à deux niveaux en un signal à sept niveaux, une conversion de binaire en duo-quaternai-re. Le système selon la présente invention prévoit une transmission d de données à multi-niveaux ayant un rapport signal-bruit nettement 25 meilleur que celui obtenu dans la technique conventionnelle en utilisant le même nombre de niveaux de transmission ou même un nombre plus grand. La réalisation exposée dans la présente invention présente la capacité d'un système à seize niveaux pour les mêmes bandes passantes. Du fait que le système selon l'invention présente seule-30 ment sept niveaux, il a, sur le système direct à seize, niveaux, les avantages d'un montage simplifié et de rapports signal-bruit améliorés. Un objet de la présente invention est de prévoir un système amélioré de transmission de données. 35 Un autre objet de la présente invention est de prévoir un appareil amélioré pour la conversion d'un signal à niveaux en un signal à "duo-m" niveaux et la transmission de ce dernier à un récepteur éloigné. 69 14606 2007995 Un autre objet de la présente invention est de prévoir un appareil pour la reconversion d'un signal à "duo-m" niveaux en un signal à m niveaux-et la transmission ue ce dernier à un récep-uour éloigné.- 5 Un. autre oojet ae la présente invention est.de prévoir un appareil amélioré pour la conversion de fornas d'ondes binaires 02: forme d'ondes à "duo-m" niveaux ayant la même capacité que celle d'un système à niveaux plus élevés, la présente invention réduisant le facteur d'erreur pour n'importe quel rapport signal-bruit donné 10 caractérisant la forme d'onde reçue, et réduisant également la complexité des circuits requis pour transmettre la forme d'onde convertie. Pour une meilleure compréhension de l'invention, les objets ci-dessus énumérés seront expliqués plus en détail dans la descrip-15 tion qui suit en faisant référence aux dessins ci-annexés sur lesquels : la figure 1 est un schéma de l'appareil de conversion de signaux binaires en signaux à duo-m niveaux conforme à la présente invention et elle montre, en particulier, une réalisation concernant. 20 la conversion de binaire en duo-quaternaire et la reconversion en binaire. la figure la est un oscillogramme à quatre niveaux. La figure lb est un oscillogramme idéal à sept niveaux. la figure 2 est un schéma de- montage des circuits logiques 25 utilisés dans la conversion d'une forme d'onde quaternaire en une forme d'onde quaternaire modifiée. La figure 3 est un schéma de montage des circuits logiques utilisés dans un décodeur duo-quaternaire/quaternaire conforme à 1' invention. 30 Avant d'en arriver à une description détaillée de l'appa reil utilisé dans une conversion-d'une forme d'onde binaire en une forme d'onde à duo-m niveaux et, en particulier, à une forme d'onde duo-quaternaire, quelques notions concernant la forme d'onde duo-quaternaire , sont rappelées ci-dessous. 35 la composante continue de la densité spectrale (transformée de fréquence) d'une simple forme d'onde binaire pour un caractère binaire ïIRZ (non retour à zéro) est : „ (f) _ _Ï_ Ou)]2 -41 (1) BAD ORIGINAL 69 14606 3 2007995 10 15 25 30 40 fôrwule dans laquelle ï est la durée du bit en secondes et G (x) est le facteur d.e forme des impulsions individuelles. îour des impulsions rectarigulaires : G(f) = T — (2) d'où : 9 t.» \ T (sin^ ft) "l(f) = 4 PsfîtT (3) La forme d'onde binaire est appliquée à un codeur 10 comme le montre la figure 1, codeur qui produit un signal de sortie quaternaire. Une analyse théorique appropriée montre eue la densité spectrale de la forme ..'onde de sortie quaternaire est donnée par : w2(f) = î*2£ C(Kf)J2 (4) On peut également montrer que la densité spectrale de la forme d'onde quaternaire modifiée apparaissant à la sortie du codeur 12 de 20 la figure 1, est donnée par Ha même formule (4). Une analyse mathématique de la forme d'onde, duo-quaternaire apparaissant à la sortie du filtre de bande 16 de cette même figure 1 a une densité spectrale donnée par : W (f) = W2(f) ^2 (I+cos 2^ft)] (5) = [i+cos ft] £(f)J2 (6) En se référant, maintenant, à la figure 1, un signal d'entrée binaire appliqué au codeur 10. Il s'agit d'un codeur binaire/ quaternaire dont un exemple est décrit dans la demande américaine de brevet, au nom de S.B. Stone, U"0 de série 613 571.déposé le 2 Février 1967. Le codeur décrit dans la demande de brevet ci-dessus mentionnée peut être modifié pour fonctionner comme décodeur quaternaire/binaire. n la sortie II du codeur 10 apparaît un signal qua-35 ternaire comportant quatre niveaux de transmission et est représenté par 1'oscillogramme bien connu montré en figure la qui peut être vu sur l'écran d'un oscilloscope si la sortie 11 est d'abord reliée à un filtre. Ce signal de sortie est envoyé à un codeur 12 qui transforme le signal quaternaire d'entréé en signal quaternaire apparaissant sur la sortie 13 et représenté par 1'oscillogramme montré en BAP ORIG'-NA1- 69 14606 4 2007995 figure la, mais modifié selon l'équation : 10 d. = a. - d. T x î x - I dans laquelle est le chiffre considéré du signal quaternaire provenant au codeur 10, d^ est le chiffre considéré d'une séquence ô apparaissant à la sortie du codeur 12 et cl^_j est le chiffre irmédia-tement précédent de la séquence d^, et dans laquelle la soustraction est effectuée en vase arithmétique 4. Le montage au codeur 12 sera as-crit plus en détail en faisant référence à la figure 2. La, conversion à partir a'un signal de niveau quaternaire en un autre signal de niveau quaternaire permet à la phase de soustraction d'être effectuée avant le canal de transmission 14 (figure l) et chaque niveau reçu représente un "bit particulier de sorte que la propagation d'une 15 erreur quelconque est empêchée. Le signal quaternaire de sortie du codeur 12 ejt ensuite appliqué au canal de transmission 14 dont la sortie est appliquée au filtre de "bande 16. La combinaison des éléments 14 et 16 doit présenter une caractéristique telle que la forme d'onde apparaissant à la sortie 17 du filtre 16 est un signal duo-20 quaternaire ou signal à sept niveaux et représenté par 1'oscillogramme idéal de la figure lb. Le chiffre considéré P. de la séquence d'impulsion de sortie P est donné par la formule suivante : P. = d. + d. , x x x-1 ^• dans laquelle d. et d. 1 sont définis comme précédemment. Comme le montre l'équation (5) ci-dessus, la densité spectrale de la séauence P est donnée par : n * 30 W (f) = W2(f) [2(1 +" cos 2lîft)J 3 dans laquelle V^2(f).est la densité spectrale d'un signal quaternaire appliqué au c: -BAD ORIGINAL 14606 5 2Q07995 moyen de transmission convenable peut comprendre des systèmes porteurs d'ondes et" peut inclure des éléments utilisés pour former cl: modifier un signal en cours de transmission vers un récepteur éloigné, tels que modulateurs, démodulateurs, filtres, etc... La sortie du filtre de bande 16 ect ensuite appliquée à un décodeur 18 citué à un emplacement éloigné, décodeur qui transforme le signal de sortie duo-quaternaire en signal de sortie quaternaire direct apparaissant sur sa sortie 1S et représenté par 11oscillogramme illustré dans la figure la. Le montage du décodeur 18 sera décrit plus en détail en faisant référence à la figure 3. Le signal de sortie du décodeur 18 est appliqué au décodeur 20 dans lequel la forme d'onde que-, ternaire est convertie en la forme originale d'onde d'entrée binaire. Un exemple de réalisation du décodeur 20 peut être trouvé dans la demande américaine de brevet susmentionnée, au nom de Stone. En se référant maintenant à la figure 2, on voit un schéma synoptique d'un montage logique utilisé pour convertir l'entrée quaternaire a^ en une entrée quaternaire modifiée d^ ayant une séquence d'impulsions définie par : d. = a. - d. T 1 i i-I Le signal quaternaire à quatre niveaux du codeur 10 (figure l) est appliqué aux entrées des flip-flops 22 et 24. Les flip-flops 22 et 24 forment le registre ou 1'élément mémoire pour a^. Des flip-flops 26 et 32 forment l'élément mémoire contenant d^ Une ligne à impulsions d'horloge de Baud H est connectée à une entrée correspondante des flip-flops. La fréquence de répétition des impulsions d'horloge est égale à la moitié de la fréquence des bits utilisés dans le codeur 10. L'entrée et la sortie d'une porte d'inversion 60 sont connectées aux entrées d' "enclenchement" et de "remise à zéro" du flip-flop 26, respectivement, et la sortie et l'entrée de la porte d'inversion 62 sont connectées aux entrées d"fenclenchement" et de "remise à zéro" du flip-flop 32, respectivement. La soustraction arithmétique pour résoudre d^ est effectuée suivant le mode complément à deux. Dans ce mode, le chiffre qui doit être soustrait a ses uns changés en zéros et ses zéros changés en uns, un un est ensuite ajouté au nombre résultant et ceci est enfin ajouté à a^. La fonction "addition d'un un" pour un nombre à deux bits peut être exécutée en base quatre arithméthique en inversant les BAD ORIGINAL 14606 6 2007995 bits de niveau le plus bas et en faisant passer ensuite ces bits de niveau le plus bas avec ae.s bits de niveau le plus haut âc.rs uri système "OU exclusif", les premiers donnant le bit de niveau le plus bas du nouveau nombre à deux bits et le dernier représentant le bit de niveau le plus haut audit nouveau nombre. Les éléments logiques remplissant la fonction "OU exclusive" de la figure 2 comprennent deux portes ÏÏOÏI-S'Ï dont les sorties sont connectées à une porte câblée OU, ces portes étant désignées dans la figure par les indices 38, 40 et 39 respectivement. Dans la réalisation montrée en figure 2, les portes 38, 39, 40 et 60 forment le système "OU exclusif" de a . et de d . ,, l'indi- J 01 oi-l ce 0 indiquant le bit de niveau bas. Le signal de sortie ^e l'inverseur 60 est Dn le bit de niveau le plus bas du signal de sortie d.. U y X Une porte HOlî-t'T 42 et un inverseur 54 engendre le bit de report du niveau le plus cas à l'étage suivant (bit du niveau le plus haut). Des portes KCK-Sï 44 et 45» une porte OU câblée 46 et un inverseur 47 font la somme des bits de niveau le plus élevé a,, et d, . ,, 1* Xa. XX—X indice "1" indiquant qu'il s'agit d'un bit de l'ordre le plus élevé, et des portes 1T0N-ET 48 et 50, une porte OU câblée 49 et un inverseur 52 formant le système "OU exclusif" de dQ^ ^ et de d^i-l» es^ nécessaire pour effectuer l'addition d'un "un" de la procédure. Des portes NON-ET 56 et 58, une porte OU câblée 57 et un inverseur 62 constituent le système "OU exclusif" du report des bits de niveau bas et assurent que le résultat des portes 48, 49, 50 et 52 arrive à D.^ qui est le bit de niveau le plus élevé du signal de sortie désirée d^. En fait, le montage logique montré en figure 2 fonctionne comme ur sominateur intégral. Les portes 60 et 62 sont également pourvues de systèmes intermédiaires représentés par des résistances R, 2R et 64 pour la conversion digitale-analogique. Le signal de sortie apparaissant au point de jonction 66 des résistances est le signal de sortie à quatre niveaux d. désiré et exprimé dans la base quatre. Le signal de sortie à la jonction 66 est appliqué à un égalisateur d'impédance 68, de préférence, un circuit Darlington, qui fournit l'adaptation d'impédance nécessaire à l'attaque du canal de transmission 14. Le codeur 12 peut être adapté pour produire un signal à quatre niveaux apparaissant sur quatre lignes individuelles de sortie. Ces lignes de sortie à quatre niveaux à leur tour, peuvent être utilisées pour commander un modulateur discontinu à quatre niveaux ae n'importe jouel type connu, par exemple, celui décrit dans le texte de la demande de brevet U.S., au nom de D.E. Mack et C.L. Jacobson, JS0 de 8AD ORIGINAL 14606 7 2007995 série 600 276, déposée le 30 décembre 1966. En se référant maintenant à. la figure 3, le signal de sortie du filtre 16 est.appliqué à une connexion sur laquelle plusieurs découpeurs ou filtres limiteurs 70, 72, 74, 76, 78 et 80 sonc uiontés 5 en parallèle, ces déeoupeurs constituants ùss moyens, pour analyser le niveau du signal duo-quaternaire appliqué et transmis au cours de chaque intervalle d1 impulsions a'horloge de Baud. Le signal j.e sortie du découpeur 70 est inversé par l'inverseur 82 dont la sortie est connectée à la porte IT0N-0U 104. Un inverseur change un "1" bi-10 naire d'entrée en un "zéro" binaire et un "zéro" binaire d'entrée en un "1" binaire. Le signal de sortie du découpeur 72 est inversé par l'inverseur 84 et appliqué ensuite à une entrée de la porte M2T-ET 92. Le signal de sortie du découpeur 74 est inversé par l'inverseur 8! et est également appliqué directement à l'autre entrée de la porte 15 N0N-ET 92 au moyen du conducteur 86. Le signal de sortie du découpeur 76 est appliqué directement à une entrée de la porte ÏÏ01T-2T 94. Le signal de sortie du découpeur 78 est directement appliqué à une entrée de la porte HOÎT-LÏ 96 et le signal de sortie du découpeur 80 est appliqué à l'inverseur 90, dont le signal de sortie inversé est 20 appliqué à une entrée de la porte HOU-OU 106. Les signaux d'entrée apparaissant à la porte KOîT-ST 92 sont l'objet de l'opération logique ETOIT-LT. Si des "1" binaires arrivent à la porte ÏTOK-E'T sur ses deux conducteurs d'entrée, un "zéro" binaire apparaîtra à sa sortie. Si un "1" binaire et un "zéro" binaire arrivent sur ses con-25 ducteurs d'entrée, un "1" binaire se présentera à sa sortie et si deu "zéros" binaires arrivant sur ses conducteurs d'entrée, un "1" binaire appraîtra à sa sortie. Le signal de sortie de la porte NOÏÏ—Eï 92 est inversé par l'inverseur 98 et ensuite appliqué à l'une des entrées de la porte U0IT-ÛU 106. Le signal de sortie de la porte IfOJJ-30 ET 94, dont le fonctionnement est identique à celui décrit à propos de la porte NOïT-ET 92, est inversé par l'inverseur 102, dont le signal de sortie représente l'un des niveaux de sortie du code quaternaire. Le signal de sortie de la porte KOîT-ET 96 est appliqué à 1* autre entrée de la porte EOÏÏ-OU 104. Cette porte M)ïï-0U fonctionne 35 de la manière suivante : si les signaux d'entrée à la porte ÏTON-OU sont tous les deux des "1" binaires, le signal de sortie sera un "zéro" binaire. Si les deux signaux d'entrée sont des "zéros", le signal de sortie sera un "1" binaire et si l'un des signaux d'entrée est un "1" et l'autre un "zéro", le signal j.e sortie sera un "zéro". 40 La porte KOîî-OU 106 fonctionne de la même manière que la porte ÎT0H-0TT 104. ! ORIGINAL* 1 69 14606 8 2007995 Les signaux de sortie de l'inverseur 102, de la porte iTOIf-CU 104 et de la porte N0M-0U 106, constituent le signal de sortie a»ensemble à quatre niveaux du code quaternaire. Les opérations logiques effectuées p:-~r les éléments décrits en référence à là figure 3 sont 5 bien connus des hommes ie l'art, aussi bien que les symboles utilisés pour représenter les inverseurs et les portes logiques HON-CU et NOF-ET. Tous les composants individuels de circuits, tels eue les flip-flops, les portes ET, les découpeurs ou filtres limitées, 3-as 10 portes NQE-0ÏÏ, les portes ÎT0M-ET, les portes "OU exclusif", etc... sont également bien connus des hommes de l'art. D'autres combinaisons de tels composants peuvent être utilisées pour obtenir la même con-• version quaternaire en duo-quaternaire et la même reconversion de duo-quaternaire en quaternaire effectuées dans les réalisations spé-15 cifiques des appareils décrits et illustrés ci-dessus. Alors que l'invention a été décrite en faisant référence à ses réalisations préférées, il est évident, pour les hommes de l'art, que différentes modifications peuvent y être apportées et que les éléments décrits peuvent être remplacés par des éléments équiva-20 lents sans se départir pour cela de l'esprit véritable et du domaine d'application de l'invention. De plus, de nombreux changements peuvent être faits pour adapter une situation particulière ou un matériel donné à ladite invention sans s'écarter pour cela de ses enseignements essentiels. ÇAP ORIGINAL 69 14606 9 2007995 flEœDICÂTIGîiS - .1.- . .Un système de codage à'uae forme tiv'aîidf .d'information binaire, caractérisé en ce qu'il comprend ^ a) un premier dispositif pour coder.ladite.information binaire en une forme d'onde ayant n niveaux de signalisation, 5 . h) .un second dispositif pour-coder ladite forme d'onde à n .niveaux de signalisation en une autre forme d'onde ayant également n niveaux de signalisation, .. • • c) ,un troisième dispositif pour coder ladite forme d'onde à n niveaux de signalisation en une forme d'onde ayant p niveaux de 10 signalisation, p étant égal à 2n-l. 2.- Un système selon la revendication_1, caractérisé en ce que ledit troisième dispositif de codage a une transformée W(f) approximative?.! ent égale à : 2 (1 + cos 2cîffT) 15 formule dans laquelle ï est la durée du chiffre binaire^(bit) en secondes et f est la fréquence d'impulsions binaires. 3.- Un système selon la revendication I, caractérisé en ce que ledit second dispositif de codage engendre une séqudnce d'impulsions de sortie d^ telle que le chiffre considéré de la séquence 20 d'impulsions de sortie représente la différence entre le chiffre considéré a^ de la séquence binaire d'entrée et le chiffre précédent d^ ^ de la séquence d'impulsions dè sortie. 4.- Un système selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit troisième dispositif de codage produit une séquence 25 d'impulsions de sortie telle que le chiffre considéré de cette séquence d'impulsions de sortie est la somme du chiffre considéré et du chiffre immédiatement précédent de la séquence d'entrée appliquée à ce troisième dispositif ae codage. 5.- Un système selon la revendication 1, caractérisé 30 en ce qu'il comprend un dispositif pour reconvertir le signal de sortie à p niveaux du'troisième dispositif de codage en une forme d'onde à n niveaux. 6.- Un système selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend un autre dispositif pour reconvertir la forme d' 35 onde à n niveaux en une forme d'onde binaire. BAÛ ORIGINAL" 2007995 7.- Un système selon la revendication 5, caractérise en ce que ledit dispositif de reconversion comprend : a) un dispositif pour analyser chacun des niveaux dud.it signal ue sortie à p niveaux, - 5 b) une pluralité a1 éléments logiques connectés audit dis positif .d'analyse pour produire un.'"signal de sortie à n nivov.u>:„ 0.- . Un système -selon la revendication 3, caractérisé en ce-que ledit second dispositif de codage"corapfènB. : a) un premier dispositif pour mettre en mémoire a^, 10 b) un second dispositif pour mettre en mémoire d^ c) un circuit logique connecté- à la sortie dudit premier et dudit second dispositifs à mémoire, ledit circuit logique fonctionnant comme-un sommateur intégral, d) des moyens pour connecter la sortie dudit circuit logi-15 que aux- entrées àudit second dispositif à mémoire. e) un dispositif.de conversion digitale-analogique connecté à la sortie dudit circuit logique. 9 14606 10 ,-r ^ - "-ï- • -» •" * _ -- «•> . BAD ORÎQ^AL