Brevet FR2202411A1 — publié le 19740503

La présente invention concerne des perfectionnements apportés aux dispositifs de régénération du signal d'horloge utilisés dans les systèmes de transmission numérique. Les systèmes de transmission numérique utilisent ordinairement la modulation par impulsions codées (MIC) lesquelles modulent an- lairement une onde porteuse, par exemple en phase. Un message MIC est le résultat d'un multiplexage dans le temps d'une pluralité de sources d'informations, lesquelles peuvent fournir directement ces inforr.lations sous une forme numérique. Il y a lieu, alors, de les considérer en tant que voies d'un multiplex, groupées pour former des trames, lesquelles sont, à leur tour, groupées pour former des messages.Toute autre organisation peut ^ entre assimilée à celle-ci et, s'il est admis que les niveau: que traduisent les combinaisons codées sont uniformément répartis, ces niveaux sont équiprobables et les états binaires O et 1 sont aussi équiprobables, aux erreurs près, qutintroduisent les éléments de synchronisation qui, se répétant périodiquement, apportent des éléments non aléatoires dans les messages. Pour procéder au démultiplexage et au opérations de démodulation, il est indispensable de connattre la fréquence horloge de base à partir de laquelle les opérations de codage et de multiplexage ont été réalisées, Il existe des moyens de reconstituer ce signal à partir du train d'impulsions obtenu par la démodulation des sauts de phase de la porteuse. Ce train est ordinairement en code à non retour à zéro NRZ - le mot code étant ici employé pour décrire la forme de l'onde - où le changement d'état intervient à chaque apparition du bit 1 et la régénération'du signal d'horloge s'effectue en imposant une distorsion quelconque au signal reçu.Toute distorsion de durée ou harmonique du signal fait, en effet, apparattre ule raie dans le spectre obtenu à la fréquence horloge. L'article de J. DUPRAZ, publié dans l'Otlde Electrique 1967, N 489, décembre 1567, pages 1379 à 1391, sous le titre "Les largeurs spectrales des liaison de télémesure PCM donne le calcul du spectre d'un message PCEI (ou MIC) constitué par une suite de bits situés dans les intervalles temporels où T est la période des bits. La densité spectrale de puissance est donnée, dans le cas d'un message en code à non retour à zéro NRZ, par la formule dans laquelle f représente la fréquence, T a déjà été défini, vO est l'amplitude du bit 0 et vo+2A l'amplitude du bit 1, enfin (f) étant la distribution de Diras. Ce spectre contient une partie continue et une partie discrète constituée par une raie à la fréquence O qui dis parait si la composante continue du message (vo+A) est nulle. La composante à la fréquence 1/T est nulle. La fraction relative de puissance contenue dans l'intervalle C 1/T, 1/T3 représente 90 % de la puissance totale et la densité spectrale présente un zéro quand f = 1/T. Pour reconstituer la rythme numérique, il faut faire subir au train d'ondes un traitement non linéaire, lequel fait apparaître une raie lorsque f = 1/To Dans le même article est étudiée la répartition spectrale des messages en code à retour à zéro RZ. Cette répartition est donnée par la formule dans le cas ou chaque bit n'occupe que la moitié de sa période de récurrence. Cette diStribution contient une partie discrete, le spectre d'un signal carré au rythme numérique Il y a une composante non nulle à la fréquence 1/T qui, dans 11 art antérieur, est récupérée par simple filtrage dans une bande étroite. Les autres termes de cette expression sont les mimes que dans le cas du code NRZ en remplaçant A par A/2 (l'amplitude du bit 1 est ici A et non plues 2A). La contre-partie de la facilité offerte par cette particularité est un encombrement spectral double. C'est la raison pour laquelle le code préféré pour acheminer une modulation sur une artère de télécommunicationsest le code NRZ, les équipements de réception étant ensuite chargés de restituer la fréquence de rythme numérique. À cette fin, divers dispositifs existent qui font subir au signal une distorsion d'amplitude par des éléments conducteurs n'observant pas la loi d'Ohm ou bien introduisent à l'émission une légère distorsion dans la durée des états des signaux, distorsion analogue à une distorsion de phase. D'autres dispositifs connus,-du mEme genre, procèdent à une dérivation du signal NRZ, les pointes négatives obtenues étant inversées et ajoutées au train constitué par les pointes positives; le signal ainsi obtenu contient effectivement une raie à la fréquence ce recherche. Cependant, ces méthodes exigent des montages complexes, comme celui qui Introduit une distorsion de phase à l'émission ou, peu efficaces, les opérations de dérivation affectant des signaux dont les fronts présentent une pente qui est limitée-par la bande passante des dispositifs de transmission. On peut évaluer l'efficacité des systèmes de rézénération du signal d'horloge en calculant le rapport de la puissance de la raie régénérée de fréquence 1/T à la puissance du spectre du signal compris dans une bande #F, rapport qui est égal à 1/T, aF. Expé- rimentalement, ce rapport à été trouvé égal à environ 20 à 25 déci bels quand # F = + 10 kHz, et quand la fréquence de rythme est de 290 z dans un dispositif de l'art antérieur, alors que théoriquement, ce rapport devrait entre de 290.106/20.103 = 1,45.104 soit 41,5 décibels. Conformément à l'invention, le dispositif de régénération du signal d'horloge comprend une porte OU exclusif recèvant un train de bits en code NRZ et ce méme train retardé d'une demi-période de récurrence des bits, ladite porte OU effectuant l'opération dite dilemne sur les deux trains de bits et fournissant ainsi un signal ayant une composante à la fréquence des bits, un,oscillateur sinu soidal à fréquence variable, un circuit de distorsion non-linéaire introduisant, dans le signal sinusoïdal fourni par l'oscillateur,des harmoniques dudit signal, un détecteur de phase dont les entrées sont reliées à la sortie de la porte OU exclusif et 'd la sortie du circuit de distorsion non-linéaire et dont la sortie est reliée à la commande de variation de fréquence de l'oscillateure La sortie du dispositif est la sortie d-j circuit de distorsion non-linéaire0 L'invention va titre maintenant décrite en détail en relation avec les dessins annexés, dans lesquels - les Figs. 1 et 2 représentent les courbes de densités spectrales d'un message codé en !EC av c respectivement code NRZ et code RZ - la Fig. 3 représente, sous la forme d'un diagramme de blocs, le dispositif de régcnération du signal d'horloge de l'invention - la Fig. 4 représente les trains de bits entrant et sortant de la porte OU exclusif - la Fig, 5 représente le circuit de distorsion non-linéaire - la Fig. 6 est une courbe montrant la caractéristique "couranttension" o e partie du circuit de la Fig. 4 ; et - Fig. 7 représente la forme d'onde du signal en différents points du circuit de la Fig. 5. -e 7rg5ss 1 et 2 rappellent les conclusions de l'entrée en matière concernant les amplitudes des différentes composantes des spectres mis en jeu par des codes de modulation avec non retour à zéro et avec retour à zéro lorsque la composante continue vO est supprimee. Dans le cas d'un code NRZ (Fig. 1), la densité spectrale est donnée par la formule (1) avec vO = 0. On voit que la courbe de la Fig. 1 présente un maxirmun AT pour la composante continue et une valeur nulle pour la composante à la fréquence F = 1/T qui est précisément celle qui doit être reconstituée. Dans le cas d'un code RZ (Fig. 2), la densité spectrale est donnée par la formule (2) avec vO = 0. La courbe de la Fig. 2 passe par un maximum A2T/4 lorsque la fréquence s'annule et par des valeurs -nulles quand cette fréquence atteint le double de la fréquence F, celle du signal horloge à restituer; à la fréquence F, elle atteint la valeur A2T/%S2, d'où l'intérêt d'utiliser cette modulation. Toutefois en contre-partie, la largeur de bande occupée est plus importante, ce qui explique le choix du code NRZ et pourquoi Il est fait usage d'un dispositif de reconstitution du signal d'horloge. 3n se référant à la Fig. 3, la borne d'entrée du dispositif de regcneration du signal d'horloge est désignée par le numéro de référence 1 et sa borne de sortie par 2. Le dispositif comprend une porte 0U exclusif" 3 dont une entrée est reliée directement à la borne 1 et l'autre entrée est reliée à cette mdme borneàtravers un circuit de retard 4 ayant un retard # = T/2 qui peut entre un simple tronçon de ligne coaxiale. Si a et b sont les signaux ap-liqués à la porte "OU exclusif" 3, il est bien connu que celleci exécute l'opération logique D=ab+ab dite dilemne. La Fig. 4 représente sur la ligne a le signal entrant, sur la ligne b le signal retardé et, sur la ligne , le signal sortant. Le signal sortait D contient une raie à la fréquence d'horloge. Il est appliqué à un détecteur de phase 5, un modulateur en anneau par exemple, qui reçoit sur son autre entrée le signal produit par un oscillateur sinusoïdal 6 à fréquence commandée et ayant traversé un circuit à distorsion non-linéaire 7. La sortie du détecteur de phase 5 est comiectée à un amplificateur 8 dont la sortie commande un élément à réactance variable situé dans l'oscillateur 6, tel qu'une diode à capacité variable. La sortie de l'Oscillateur 6 est reliée à entrée du circuit non-linéaire 7. L'oscillateur 6 constitue ainsi un oscillateur à verrouillage de phase. Le circuit à distorsion non-linéaire 7 est représenté sur la Fig. 5 et se compose de deux diodes 71 et 72 montées tete-bêche et, en parallèle sur ces diodes, d'un circuit de retard 73 et dune cellule d'affaiblissement 74 formée des résistances 741, 742, 743. Le retard du circuit 73 est d'environ T/3 et le rapport d'affaiblissement de la cellule 74 est d'environ 0,70 L'action de ce circuit est expliqué en relation avec les Figs. 6 et 7. La caractéristique "courant-tension" de l'ensemble des deux diodes 71 et 72 est représentée sur la Fig. 6. Cette courbe 70 est symétrique par rapport à l'origine car les diodes 71 et 72 sont identiques et la partie concernant leur fonctionnement en inverse a été négligée. Le signal d'entrée 75 est transformé en signal de sortie 76 comprenant des harmoniques impairs dus à la symétrie par rapport à l'origine, principalement l'harmonique d'ordre 3. La Fig. 7 représente sur la ligne a le signal 77 sortant de l'oscillateur 6, sur la ligne b le signal 78 retardé par le circuit de retard 73 et affaibli par l'affaiblisseur 74, sur la ligne c le signal 76 transformé par les deux diodes 71 et 72 et, sur la ligne d, le signal résultant 79. Le signal 76 de la ligne c est la somne des signaux 761 et 762, c'est-à-dire de la composante fondamentale et de son harmonique 3 (les autres h rmoniques I:'cnt pas été représentés). Le signal 79 de la ligne d est la somme des signaux 791 et 792, ce dernier étant le signal 762 de la ligne c. Le signal 791 de la ligne d est la composition des deux signaux 761 et 78. Ces deux signaux ont mdme amplitude et,comne ils sont déphasés entre eux de 2 1t/3, leur résultante, le signal 791, est déphasée de fil/3. De ce fait, le signal 792 aplatit les crêtes du signal 791 et le signal résultant 79 a une forme quasiment rectangulaire (le temps de montée à 290 MHz est de 0,5 ns). REVENDICATIONS 1 - Dispositif de régénération du signal d'horloge dans un système de transmission numérique caractérisé en ce qutil comprend une porte OU exclusif recevant un train de bits en code NRZ et de meme train retardé d'une demi-période de récurrence des bits, ladite porte OU effectuant l'opération dite dilemne sur les deux trains de bits et fournissant ainsi un signal ayant une composante à la fréquence des bits, un générateur d'impulsions rectangulaires à fréquence de récurrence variable commandée, un détecteur de phase dont les entrées sont reliées à la sortie de la porte OU exclusif et à la sortie du générateur d'impulsions rectangulaires et dont la sortie est reliée à la commande de variation de fréquence du générateur, la sortie du dispositif étant la sortie dudit générateur. 2 - Dispositif de régénération du signal d'horloge conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que le générateur d"impulsions rectangulaires à fréquence de récurrence variable commandée comprend un oscillateur sinusoidal suivi d'un circuit de distorsion nonlinéaire formé de trois voies dont 1'une comprend un circuit de retard et un affaiblisseur, et les deux autres deux diodes en sens inverse, et de moyens d'addition des signaux de sortie des trois voies.