Brevet FR2242820A1 — publié le 19750328

l'invention se rapporte à la catégorie des circuits électroniques à auto-optimisation pour la correction ou la compensation des distorsions se produisant dans les réseaux de communication, Selon l'invention, on utilise un signal de référence arrivant à la réception pour disposer d'une informa tion de référence, Comme exemple de circuits de communication qui possèdent, de façon inhérente, cette particularité, on peut citer les circuits à modulation à niveaux discrets ( par exemple les circuits de transmission de données ) et les réseaux utilisant des impulsions de synchronisation comme les réseaux de transmission de télévision. le critère d'optimisation est la valeur minimum d'une fonction telle que le carré de la diffé- rence entre l'information reçue et le signal de référence, à la réception, différence que l'on appellera plus loin le signal d'erreur. Selon la caractéristique principale de l'invention, on utilise des circuits auxiliaires pour engendrer des gradients ou signaux de sensibilité qui sont employés ensuite pour commander des dispositifs électroniques déterminant les caracté- risties de fonctionnement d'un circuit d'égalisation. La nouveauté de l'invention réside principalement dans l'utilisation de circuits auxiliaires engendrant des signaux de sensibilité (étalons de sensibilité) et, en particulier, certaines classes d'étalons de sensibilité, pour lesquelles toutes les sensibilités désirées sont engendrées par un circuit étalon dont la comple onté lest pas substantiellement supérieure à celle du circuit principal.Ce type de solution permet l'emploi de circuits plus efficaces que ceux qui ont été disponibles jusqu'à présent pour la réalisation de I1auto-optimisation ou ltégalisation adaptive. L'amélioration de l'efficacité a principalement pour conséquence une réduction du nombre des paramètres variables des cireuits nécessaires pour parvenir à une réduction spécifiée de la distorsion. Un autre avantage supplémentaire est ltottention d'une vitesse de réglage plus rapide. Dans tout circuit qui doit entre à auto-optimisation, deux caractéristiques de base sont nécessaires: a) un critère : une quantité ou un indice pour 1' évaluation de la performance du circuit, b) un algorithme un plan pour l'ajustement des paramètres du circuit dans le sens conduisant à la performance optimum: cet état correspond à un minimum (parfois un maximum) de l'indice de performance. Le rtle de l'algorithme est d'effectuer le réglagé des paramètres du circuit aux valeurs qui correspondent à la performance optimum Selon l'invention, l'algorithme opère sur la base de l'information dérivée, ctest-à-dire des signaux dont la valeur correspond à la sensibilité de l'indice de performance par rapport à chacun des paramètres réglables. Une fois que ces signaux sont disponibles, ils peuvent être utilisés pour diriger les changements de la valeur des paramètres dans un sens ou dans une direction qui conduit à une réduction de la valeur de I'mdice de performance. Ceci peut être effectué à l'aide de moyens électroniques utilisant des composants appropriés.Quand toutes les sensibilités présentent des valeurs nulles aucun réglage supplémentaire n'est effectué. Cette 8i- tuation peut être associée à un point de performance optimum au moins localement. Pour mieux faire comprendre l'invention et montrer comment elle est réalisable, on donnera maintenant, uniquement à titre d'exemple, la description de plusieurs circuits se rapportant à des modes de réalisation de l'invention. On se référera aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est un schéma général d'un appareil de réception d'impulsions auquel sont incorporés des circuits d'égalisation adoptif s conformément à l'invention, - la figure 2a est un schéma général d'un circuit de rétroaction dans lequel Ti, T2, T3, P1, P2, P3 et Q1, Q2, Q3 sont des circuits assurant les fonctions de transfert, b1, b2, b3 sont des circuits de réglage de paramètres de rétroaction (gains), c C3 sont des circuits de réglage de paramètres de régulation en prédiction (gains). - la figure 2b est un schéma général d'un circuit étalon de sensibilité pour les paramètres de rétroaction des figures 2 (a) et 2 (c), - la figure 2c est un schéma général d'un circuit de rétroaction utilisant en série des circuits de régulation en anticipation, dans lequel a1, a2, a3 sont des moyens de réglage de paramètres pour la régulation en anticipation, - la figure 2d est un schéma général d'un circuit étalon de sensibilité pour la figure 2c, dans lequel le signal d'entrée Y provient de la sortie du circuit de la figure 2c, - la figure 2e est un schéma général d'un circuit de rétroaction dans lequel l'étalon de sensibilité est identique à celui de la figure 2a, - la figure 2f est un schéma général d'un circuit étalon de sensibilité pour les paramètres de régulation en anticipation des figures 2a et 2e, - la figure 3a est un schéma général dtune cascade de structures générales du type de la figure 2a, - la figure 3b est un schéma général dtune cascade de structures générales du type de la figure 2c;; les circuits Gî, G2, G3 étant ceux de la figure 2b et H2, 113 ceux de la figure 2f, - la figure 3G est un schéma général d'un appareil auquel sont incorporés des circuits de rétroaction en cascade avec une action transversale complète de la régulation en anticipation, - la figure 4a est une représentation schématique des circuits fonctionnels d'un mode de réalisation complet d'un égalisateur de second ordre tel qu'il a été efèctivement construit et essayé, auquel sont incorporés cinq paramètres adaptifs comprenant une commande de niveau, - la figure 4b est une représentation schématique des circuits fonctionnels d'un mode de réalisation d'un égalisateur de premier ordre tel qu'il a été construit et essayé, conçu pour un branchement en cascade, avec un étage ayant deux paramètres adaptifs, - la figure 4c est un schéma général montrant une connexion complète en cascade d' étages de premier ordre et de second ordre tels-u'ils ont été essayés, - la figure 4d est un schéma détaillé d'un circuit de commande, comprenant un circuit corrélateur saturé à gain élevé pour engendrer un signal d'erreur carré par rapport au paramètre, un filtre passe-bas et un intégrateur, cinq circuits identiques étant utilisés dans étage de second ordre et deux dans l'étage de premier ordre, - la figure 4e est un schéma détaillé des circuits de commande des limiteurs de tension et des circuits séparateurs pour un étage de second ordre, - la figure 4f est un schéma détaillé des circuits de commande des limiteurs de tension et des circuits séparateurs pour un étage de premier ordre, - la figure #g est un schéma détaillé des circuits d'un redresseur de demi-alternance à faible décalage utilisé dans le circuit de commande de niveau, - la figure 4h est un schéma détaillé d > une section passe-partout de premier ordre à laquelle est incorporé un interrupteur de bande de fréquence, tel qu'il est utilisé dans tous les étages et circuits étalons de sensibilité, cette unité inversant le courant continu, - la figure 4j est un schéma de détail d'un circuit de découpage pour régénérer la bipolarité effacée, cette unité inversant le courant continu, - la figure 4k est un circuit de détail d'un réseau d'approonmation à retard auquel est incorporé un interrupteur pour la sélection de trois valeurs à répartir, sans inversion en courant continu, - la figure 5a est un exemple d'un mode de réalisation d'un circuit d'approximation à retard à passage intégral avec un étalon de sensibilité approprié pour etre réuni à un circuit d'égalisation adaptif pour fournir une approximation à retard adaptée, ou utilisable altermativement comme un circuit d'égalisation à retard d'un groupe à passage intégral, le circuit étalon de sensibilité étant couplé, dans ce cas particulier, au réseau principal au moyen de deux signaux; c'est-àdire la sortie y du réseau principal, les résistances G1, Gu, GN et GI étant égales, les résistances G2, GA, GC et b etant égales et ayant quatre fois la valeur de la résistance Ga, les résistances G4 et G5 étant égales et les condensateurs C1 et C2 étant égaux, les constantes de gain des multiplicateurs K et p Es étant égales, - la figure 5b est un schéma général montrant l'interconnexion d'un circuit de retard adaptif avec un circuit d'égalisation adaptif, le circuit de commande du paramOtre de retard adaptîf étant identique à celui utilisé pour les paramètres du circuit égalisateur adaptif, - la figure 5e est un schéma d'une variante de réalisation du circuit de la figure Sa d'une section de premier ordre à passage intégral et à circuit étalon de sensibilité, auquel sont incorporées des résistances réglables et ne nécessitant que deux amplificateurs fonctionnels, les résistances R1 et h étant égales, le condensateur C1 ayant une capacité double de celle du condensateur C2, la résistance réglable N ayant une valeur double de celle de la résistance réglable - la figure Ga est une représentation modifiée du circuit d' égalisation de la figure 4a auquel sont incorpores des moyens de réglage transformés des paramètres O0 et C1, un fonctionnement stable étant assuré à condition que les contraintes suivantes de découplage soient observées Co 1, C1 1 ce circuit pouvant aussi être utilisé avec des moyens temporisateurs dans les cellules T à la place des sections de premier ordre à passage intégral utilisées sur la figure 4a, - la figure 6b est un schéma d'un étalon de sensibilité pour le circuit d'égalisation de la figure 6a. Au sujet de ces dernières figures, quand le signe seul. de la sensibilité est désiré, le signal (y/C1) peut etre prélevé au point 1 La sensibilité par rapport parame- tres de transmission ao, ai, a2 ne nécessite pas de circuit auxiliaire. Ceux-ci peuvent etre prélevés aux points xi , x2 respectivement sur la figure 6a, une classe de circuits de filtrage étant utilisée comme base pour laquelle toutes les sensibilités d'un indice de performance par rapport aux paramètres des circuits sont engendrées gracie à l'emploi d'un unique circuit auxiliaire. Le fonctionnement d'un circuit d' éga- lisation conforme à un tel schéma peut entre considéré sous quatre aspects fonctionnels (a) les connexions d'interface à l'intérieur de la totali té de l'appareil de réception, (b) la création des sensibilités de sortie, (c) la création des sensibilités de fonctionnement, (d) le réglage des paramètres au moyen des sensibilités de fonctionnement. Dans un récepteur de communication sous forme d'impulsions, l'emplacement d'un circuit d'égalisation adaptif du type de l'invention est visible sur la figure 1. Un signal de référence est prélevé à la sortie d'un détecteur, par des cir- cuits de filtration appropriés, pour permettre un fonctionnement sans surveillance. Dans un récepteur de télévision, les impul- sions de référence pourraient être obtenues par une extraction appropriée des impulsions de synchronisation.La figure 1 montre aussi les quatre composants fonctionnels principaux d'un circuit d'égalisation adaptif 1) le circuit de filtration réglable approprié (circuit principal), 2) le circuit auxiliaire engendrant les sensibilités de la sortie du circuit principal par rapport au vecteur des paramètres réglables (référence ou étalon de sen- sibilité), 3) une banque de corrélateurs pouvant engendrer les sensi bilités de l'indice de performance en fanction des para mètres réglables, 4) une banque d'intégrateurs ou de moyens à gradins pour effectuer les variations des paramètres du circuit principal conformément aux informations transmises en provenance des circuits- auxiliaires de sensibilité. La structure générale du circuit à plusieurs boucles de rétroaction de la figure 2 a les caractéristiques principales suivantes 1) elle peut titre utilisée pour réaliser presque n'importe quelle caractéristique arbitraire de transfert de filtrage en fonction du choix des circuits Pi, Qi' Ti, 2) les sensibilités de la sortie par rapport à tous les gains de rétroaction b. peuvent être engendrées aux points Vi à l'aide d'un unique circuit comme celui de la figure 2b excité par la sortie du circuit principal 3) les sensibilités de la sortie par rapport aux gains Ci de régulation en anticipation sont disponibles aux points de sensibilité Zi. du circuit principal, 4) les amplificateurs à gains électriquement variables sont disponibles commercialement et économiquement pour la réalisation du réglage automatique des gains b. et ci. Dans une cascade de plusieurs étages, les sensibilités peuvent ttre obtenues au moyen du schéma de la figure 3a. les circuits e sont comme ceux de la figure 2a, et G comme sur la figure 2b. les circuits R (i # 1) sont comme ceux de la figure 2f. Un circuit de sensibilité sépare 111 n'est pas nécessaire étant donné que les sensibilités sont disponibles aux points Z1 zen de La structure de la figure 2c, géné- rale, apporte des caractéristiques désirables dans certaines circonstances. Son circuit de sensibilité est comme celui de la figure 2d excité par la sortie du circuit principal. Les sensi bilités de la sortie par rapport à b sont obtenues comme dans le circuit précédent aux points Vi.Des sensibilités semilogarithmiques (Y/ln ai) par rapport à ai apparaissent aux points de sensibilité Wi. On peut obtenir des appareils individuels avec des caractéristiques de réglage avantageuses en utilisant des combinaisons des deux types de commandes à régulation en anticipation. Toutefois, ce mode d'hybridation ne conduit pas facilement par lui-même à une définition généralisée. Des sensibilités pour des cascades de circuits du type de la figure 2c peuvent être obtenues par le schéma de la figure 3b dans lequel les circuits Ri sont comme ceux de la figure 2c et G- comme ceux de la figure 2a. Une autre structure générale en cascade est rerésentée, en variante, sur la figure 3c, par exemple à deux étages, pour laquelle toute la régulation en anticipation est transversale. L'avantage de cette structure est que, dans le circuit de sensibilité qui peut être celui de la figure 3a, les sous-circuits R. sont redondants. les sensibilités par rapport à tous les gains ci de régulation en anticipation sont disponibles directement aux points Zi. La justification mathématique des générateurs de sensibilité se fait comme suit. Un critère d'optimisation utilisable pour la génération des sensibilités des indices de performance peut eAtre la minimisation de I 'indice de performance quadratique suivant: J(t) = wt(u) (y(u, ) - yRtu)) (1) où w (t) est une fonction de pondération, y (t) est le signal de sortie du circuit d'égalisation yR(t) est le signal de référence (ou étalon) t est le temps u est une variable de temps fictif Eh différentiant (1) placé sous le signe de l'intégrale par rapport à un paramètre arbitraire i on obtient le gradient de l'indice de performance par rapport à i J/ i - 2 t w( ) y( , ) i e ( , ) d (2) dans laquelle e(t, ) 3 y ( s ) - y11(t) (3) est le signal d'erreur. Les fonctions y(t)/ i sont celles qui sont engendrées par les circuits auxiliaires (références de sensibilité) décrits plus haut. Ainsi, on obtient le gradient de l'indice de performance quadratique de l'équation (1) au moyen dtune corrélation pondérée convenablement de la sensibilité de sortie avec le signal d'erreur lui-meme dans cet exemple, comme représenté sur la figure 10 Plus généralement, le signal d'erreur peut être pondéré par un circuit non linéaire avant d'affecter la corrélation d'équation (2). Quand ceci est fait, l'indice de performance peut etre autre que quadratique. Le choix d'une telle caractéristique non linéaire du circuit permet la réali sation de 1 l'indice de performance conformément aux spécifica- tions désirées. Âvec le type de circuits électroniques décrit dans ce qui précède, la dépendance de l'indice de performance J par rapport aux divers paramètres réglables peut Btre telle qu'un signal optimum local peut normalement être associé à une sensibilité nulle,. c'est-à-dire J/ i= (4) Ainsi, la commande du paramètre i peut titre affectée au moyen d'une variation continue~ou par degrés de i dans le sens ou la direction dictés par la polarité de J/ i de façon que les changements de i en i (chan- gements qui peuvent être, mais pas nécessairement, de grandeur proportionnelle à la grandeur de J/ i) se traduit par une décroissance de J jusqu'à ce que J/ i atteigne une valeur nulle ou qu'un réglage supplémentaire soit empêché par des contraintes prioritaires.Tout changement supplémentaire de i après que J/ i a passé par une valeur nulle, est tel qu'il produit normalement une inversion de la polarité de la valeur de J/ i , de sorte que tout degré ultérieur de est automatiquement de polarité inversée. Les appareils peuvent 8tre réalisés à partir des structures générales décrites ci-dessus par affectation de fonctions spécifiques de transfert aux groupes des circuits élémentaires Eis Pi, t raz des figures 2. Le choix le plus simple, consiste à faire que Pi et t soient identiques et à choisir T comme intégrateurs pour des réalisations analogiques, ou des unités de retard pour des filtres digitaux. D'autres fonctions de transfert simple sont possibles, possédant les avantages suivants pour des emplois spécifiques: par exemple : 1) passe-bas de premier ordre 2) passage intégral de premier ordre 3) passage intégral de second ordre où a, , sont des constantes et S est une variable complexe de la fréquence. On peut concevoir des structures spécifique s qui ne s'identifient pas totalement avec l'une quelconque des structures générales des figures 2 en concevant des hydridations de caractéristiques à partir de divers circuits généraux. On peut obtenir ainsi des appareils qui possèdent des propriétés spéciales souhaitées. Ce que Iton vient de dire peut 8tre appliqué à des circuits étalons de sensibilité dérivant de moyens quelconques parmi ceux décrits. Toutefois, dans les réalisations préférées, les structures des circuits sont choisies pour que les étalons de sensibilité aient une complexité minimale. En particulier, toutes les sensibilités désirées sont engendrées par un seul étalon de sensibilité dont la complexité n'est pas substantiellement plus grande que celle du circuit principal. On comprend, d'après les explications qui précèdent, que l'invention rend possible le réglage adaptif de paramètres qui déterminent les modes naturels d'un réseau adaptif. ni conséquence, il peut être nécessaire de placer des contraintes sur la bande de réglage de certains des paramètres adaptif s afin d'empocher la survenance de modes instables, comme représenté dans l'exemple des figures 4e, 4f. Les exemples des figures 6a, 6b représentent un cas spécial ayant une importance considérable, particulièrement pour les circuits à usage digital, utilisés aussi bien pour la programmation qu'à l'intérieur d'un ordinateur, dans lesquels les contraintes de stabilité sur les paramètres de rétroaction C0, C1 sont indépendantes l'une de l'autre.L'avantage d'utiliser des paramètres réglables pour lesquels les contraintes de stabilité sont indépendantes est qu'ils peuvent être facilement employés à l'aide d'un sinople circuit limiteur (c'est-à-dire avec des limites fixes et prédéterminées qui sont indépendantes des valeurs des autres paramètre s réglables). On notera que l'invention prévoit en particulier - l'emploi de circuits auxiliaires qui engendrent des signaux de sensibilité pour commander le réglage automatique des paramètres du circuit principal dans l'un quelconque deys deux sens de minimisation et de maximisation d'un indice de performance. - l'emploi d'un étalon de sensibilité engendrant des signaux de sensibilité N, dans lequel N est le nombre des paramètres réglables du circuit principal, de sorte que l'éta- lon de sensibilité peut etre divisé, au plus, en (N-1) souscircuit s ayant au moins une entrée en commun et étant indépendants par ailleurs, la complexité de chacun n'étant pas substantiellement supérieure- à celle du réseau principal. - l'emploi d'une cascade de M étages de circuits le pour constituer le circuit principal, dans laguelle/l-me étage a pi paramètres réglables, i étant un chiffre choisi entre 1 et N, et par l'emploi d'un étalon de sensibilité qui peut être divisé, au plus, en M sous-circuits, dont le i-ème sous circuit engendre les pi signaux de sensibilité correspondant aux paramètres réglables du i-ème étage du réseau principal, chaque sous-circuit ayant une complexité qui n1 est pas substantiellement supérieure à pi fois la complexité de l'étage i-ème du circuit principal0 - l'utilisation d'un circuit principal à réponses en gain à passage intégral pour la réalisation d'égalisation au moins approximative de retard adaptable. - l'utilisation de circuits non linéaires pour la mise en forme du signal d'erreur en vue de prédéterminer l'in- dice de fonctionnement particulier. - i exploitation de la polarité des signaux de sensibilité pour le réglage automatique des paramètres. - l'emploi d'un signal de référence connu et indépendant et l'observation d'une période de démarrage en vue de permettre l'auto-réglage des paramètres. - l'utilisation d'un signal de référence engendré initialement à l'entrée du circuit d' égalisation et finalement à la sortie du circuit d'égalisation, ne nécessitant pas l'em- ploi d'un signal connu. R E V E N D I C Â T I O N S 1. Appareil pour la réalisation de circuits à adaptation ou à auto-optimisation tels que des circuits d'égales sation adaptifs pour la correction de la distorsion dans les circuits de transmission de signaux, caractérisé par Il emploi de circuits auxiliaires gui engendrent des signallsr de sensibilité pour commander le réglage automatique des paramètres du circuit principal dans l'un quelconque des deux sens de miniml- sation et de maximisation d'un indice de performance0 2.Appareil selon la revendication 1 caractérisé par l'emploi d'un étalon de sensibilité engendrant des signaux de sensibilité N, dans lequel N est le nombre des paramètres réglables du circuit principal, de sorte gue l'étalon de sensibilité peut titre divisé, au pluswen (N-l) sous-circuits ayant au moins une entrée en commun et étant indépendants par ailleurs, la complexité de chacun n'étant pas subsstantielle- ment supérieure à celle du réseau principal. 3. appareil selon la revendication 1, caractérisé par 1 'emploi d'une cascade de M étages de circuits pour constituer e le circuit principal, dans laquelle -ème étage a pi paramètres réglables, i étant un chiffre choisi entre 1 et N, et par l'emploi d'un étalon de sensibilité qui peut titre divisé, au plus, en M sous-circuits, dont le i-ème sous-circuit engendre les pi signaux de sensibilité correspondant aux paramètres réglables du i-ème étage du réseau principal, chaque sous-circuit ayant une complexité qui n'est pas substantiellement supérieure à pi fois la complexité de l'étage i-ème du circuit principal. 4. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce gue les sous-circuits de sensibilité ont-une entrée commune constituée par' la sortie du circuit principal. 5. Appareil selon la revendication 1 caractérisé par l'emploi d'étages correspondant au nombre de boucles et par l 'utilisation de sous-circuits de sensibilité correspondant au nombre de boucles. 6. Appareil selon la revendication 1 caractérisé par l'utilisation d'un circuit principal à réponses en gain à passage intégral pour la réalisation d'égalisation au moins approximative de retard adaptable. 7. Appareil selon la revendication 1, caractérisé par l'emploi de contralntes indépendantes des paramètres. 8. appareil selon la revendication 1 caractérisé par l'utilisation de circuits non linéaires pour la mise en forme du signal d'erreur en vue de prédéterminer l'indice de fonc tionnement particulier. 9. appareil selon la revendication 1 caractérisé en ce que la polarité des signaux de sensibilité est utilisée pour commander le réglage automatique des paramètres. 10. Appareil selon la revendication 1 caractérisé par 1' emploi d'un signal de réf érence connu et indépendant et l'observation d'une période de démarrage en vue de permettre l'auto-réglage des paramètres. Il. appareil selon la revendication 1 caractérisé par l'utilisation d'un signal de référence engendré initialement à l'entrée du circuit d'égalisation et finalement à la sortie du circuit d'égalisation5 ne nécessitant pas l'emploi d'un signal connu. 12. appareil selon la revendication 1 caractérisé en ce que le circuit est du type à fonctionnement analogique. 13. appareil selon la revendication 1 caractérisé en ce que le circuit est du type à fonctionnement digital. 14. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit est du type hybride.