Brevet FR2213626A1 — publié le 19740802

La présente invention concerne les systèmes de transmission de données en général et plus spécialement un système pour corriger les distorsions introduites par la ligne de transmission et détecter la présence des informations significatives de façon à permettre la reconstitution des données émises. Certaines lignes de transmission, et en particulier les lignes téléphoniques, perturbent les signaux qu'elles transmettent et créent des interférences entre signaux rendant ainsi difficile la distinction entre impulsions. L'impulsion perturbée reçue peut revêtir la forme d'un signal complexe s'étendant sur un intervalle égal à plusieurs fois la largeur de l'impulsion originelle et. si aucune correction n'était apportée lors de la receptionr la vitesse de-trans- mission devrait être maintenue à une faible valeur pour permettre une détection précise. Les techniques dites d'égalisation ont pour but de réaliser une telle correction et, partant, d'autoriser des vitesses de transmission beaucoup plus élevées. Les dispositifs d'égalisation les plus couramment utilisés à l'heure actuelle comportent une filtre transversal constitué d'une ligne à retard à prises, d'atténuateurs réglables à raison d'un par prise de la ligne à retard et d'un circuit de sommation pour additionner les sorties des différents atténuateurs. Ainsi, en réglant la distorsion introduite par les atténuateurs, peut-on corriger les perturhations introduites dans le signal de données par la ligne de transmission. Si xtt) est le signal à l'entrée de la ligne à retard, le signal ytt) à la sortie de l'égaliseur sera donné par: où N est le nombre de prises de la ligne à retard, Ci est le gain de l'atténuateur placé sur 'sème prise, et T est ke retard entre deux prises adjacentes de la ligne à retard. Le réglage des atténuateurs peut être obtenu de différentes façons. Une technique, dite "des moindres carrés", consiste à régler le gain de chaque atténuateur de façon à rendre minimum la fonction Ki ou une approximation de cette fonction Ki f e(t). x(t-i) dt où Xtt-il) est, comme ci-dessus, l'échantillon de signal prélevé à la i prise de la ligne à reatrd, et e(t) est l'erreur entre le signal égalisé et un signal idéal qui aurait été transmis sans distorsion. La démonstration mathématique de ce résultat n'a pas sa p-lace ici mais on pourra la trouver, avec un schéma de réalisation de l'égaliseur correspondant, connu sous le nom d'égaliseur automatique adaptif digital, dans l'article de R.W. Lucky paru, sous le titre "Equalization oT Digital Communication Systems" dans la revue "bell System Technical Journal , numéro de Février 1S6S, aux pages 255 à 288. Une propriété intéressants de ces égaliseurs automatiques adaptifs est mise en évidence dans cet article: l'égaliseur a la possibilité de faire varier le retard de transmission qu'il introduit lorsqu'une brusque variation de phass apparaît en ligne, Cou ce qui revient au méms, dans la phase de l'horloge d'échantillonnage). En d'autres termes, on pourrait dire d'une manière imagée que l'impulsion principale de données se déplace de part et d'autre de la prise de référence de la ligne à retard pour s'adapter aux variations de phase de l'horloge. L'un des problèmes que l'on rencontre dans la réception de données transmises sur une ligne qui introduit des distorsions réside dans la détermination d'une référence d'horloge qui soit calée sur l'horloge de transmission des données (par horloge de transmission des données, on entendra tout moyen permettant de définir la cadence de transmission des informations ou groupes d 'in- formations, quel que soit le mode de transmission envisagé).La technique utilisée à l'heure actuelle consiste à extraire la fréquence et la phase ds cette référence d'horloge à partir d'informations transmises sur la ligne et à utiliser ensuite cette référence d'horloge d'une part pour détecter les informations significatives reçues et permettre au récepteur de reconstituer les données initiales et d'autre part pour engendrer le signal d'erreur qui permet d'ajuster les valeurs des atténuateurs du filtre transversal. Ainsi qu'on va le montrer ci-après en se référant à la figure 1 des dessins annexés, cette technique présente l'inconvénient d'aboutir dans certains cas à une instabilité susceptible de dégrader notablement les performances du récepteur. La figure 1 représente un système de détection de données connu en soi. Dans ce système, le signal de données x(t), reçu de la ligne de transmission, est introduit dans une ligne à retard L dont cinq éléments de retard T seulement ont été représentés, pour simplifier le schéma. Cette ligne à retard possède six prises reliées respectivement aux atténuateurs C 3, C 2 C 1 C1, C2 et C3. Les sorties de ces atténuateurs sont envoyées au dispositif de somma- tion z où elles sont additionnées. La sortie du sommateur z fournit le signal égalisé y(t] qui, d'une part, constitue le signal de sortie de l'égaliseur et, d'autre part, est envoyé dans le comparateur P1 où il est comparé avec un signal d'amplitude de référence A.ref.Le signal de sortie du comparateur P1 est uti lisé comme signal d'erreur e(t) et passe oans le dispositif d'échantillonnage 51. A la sortie de S1, on obtient donc une succession d'échantillons de la fonc- tion peut)". Ces échantillons sont envoyés aux circuits multiplicateurs notés X 3 à X qui reçoivent, chacun, d'autre part1 un signal provenant d'une prise 3 de la ligne à retard L.A chaque prise se trouve le signal xtt-iT) où i est le numéro de la prise dans la ligne à retard. A l'entrée de chaque circuit X 3 à X3 on a le signal "signe Xtt-iT)". Les circuits multiplicateurs X 3 à X3 et les intégrateurs I 3 à i jouent le rôle de corrélateurs. Les signaux de sortie 3 de ces intégrateurs font accroltre ou décroître es contenus des registres R 3 à R3 qui fournissent les signaux de commande de réglage des atténuateurs C 3 à C3 correspondants. Le dispositif d'échantillonnage S1 est commandé par des signaux de référence d'horloge en provenance d'un dispositif CE qui extrait ces signaux à partir d'informations transmises sur la ligne. Ce même dispositif d'extraction d'horloge CE sert à échantillonner les signaux ytt) sortant de l'égaliseur pour en détecter les informations significa-tives et permettre leur exploitation par le récepteur de données. On va maintenant montrer pourquoi la boucle de réaction permettant 11ajustage -des atténuateurs est fondamentalement instable. Pour cela on va supposer que le circuit d'extraction d'horloge engendre une erreur systématique, par exemple, une erreur telle que i'échantillonnage de signal se produit avec un léger retard. Dans ce cas le dispositif d'échantillonnage S1 va transmettre un signal d'erreur meme si l'ajustement de l'égaliseur est parfait. L'égaliseur va donc se comportèr de manière à compenser cette erreur en retardant légèrement le signal afin de faire cofncider'avec l'instant d'échantillonnage.-Plais comme le dispositif d'extraction d'horloge CE est connecté sur la sortie de l'égali seul. le retard engendré par ce dernier va se répercuter sur le signal de référence d'horloge, et le dispositif CE va donc.continuer à échantillonner le signal avec un certain retard. L'égaliseur va à nouveau retarder le. signal et ainsi de suite. Finalement, l'égaliseur va engendrer des retards successifs et par conséquent une distorsion du signal accrue, jusqu'à ce-que les coefficients d'atténuateurs les plus élevés soIent appliqués au bout de la ligne à retard, le système se stabilisant alors dans un état où ses performances seront tout à fait médiocres. L'objet essentiel dela présente invention est de fournir un système de détection de données distordues comportant un égaliseur adaptif et dans lequel les signaux de référence d'horloge sont extraits des-signaux de données sortant de l'égaliseur, mais ne comportant pa-s les inconvénients d'instabilité mentionnés ci-dessus. Ceci est obtenu dans un mode de réalisation particulier de l- invention qui sera décrit plus loin en détail, et dont le principe général est le suivant. Un dispositif spécial, qui reçoit en permanence une indication de la grandeur oes coefficients d'atténuation de l'égaliseur, détecte si les coefficients les plus élevés en valeur absolue sont situés dans la moitié droite ou la moitié gauche de la ligne à retard. Selon la position de ces coefficients, ce dispositif spécial émet un signal qui permet d'avancer ou de retarder l'instant d'échantillonnage auquel.est sélectionné le signal d'erreur. On obtient ce résultat en introduisant un retard systématique prédéterminé 6à la sortie de l'égaliseur et en introduisant ou non un retard de 26 à la sortie du circuit d'extraction d'horloge, selon la nature du signal produit par le dispositif spécial d'indication de position des coefficients.Ainsi, le signal de sortie l'égaliseur sera échantilloné soit avec une avance 6 soit avec un retard 6. Le dispositif spécial permettant de déterminer la position des coefficients les plus élevés, donc en quelque sorte la position du "centre de gravité" de ces coefficients, peut être par exemple un circuit calculateur qui, si 2N est le nombre total d'atténuateurs, fait la somme 51 des valeurs absolues des coefficients des N atténuateurs les plus à gauche1 fait également la somme des valeurs absolues des coefficients des N atténuateurs les plus à droite, puis fait la différence entre les deux valeurs obtenues et émet ou non un signal de commande dans le cas où cette différence est positive ou négative. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante d'un mode de réalisation préféré de l'invention faite en se référant aux figures 2 et 3. Les dispositifs de réalisations qui sertont décrites à propos de cet exemple font parties intégrante-de l'invention mais ne doivent pas être considérées comme limitatives. Aux dessins annexés: La figure 1 représente schématiquement un système de détection de données connu dans la technique. La figure 2 représente schématiquement un système de détection de données conforme à l'invention. Les figures 3a à 3e forment un diagramme permettant de mieux faire comprendre comment sont détermines les instants d'échantillonnage, dans un système selon-l'invention. La figure 1 a été décrite plus haut en relation avec l'exposé de l'état de la technique pour mieux faire comprendre les inconvénients des systèmes de l'art antérieur et il n'est donc pas nécessaire de s'y référer à nouveau. La figure 2 représente très schématiquement-un système de détection de de données distordues conforme à l'invention. Comme on peut le voir sur cette figure1 un certain nombre de dispositions du système de la figure 1 se retrouvent dans le système de l'invention, avec les mêmes fonctions.Ce sont la ligne à retard L recevant les signaux d'entrée x(t) et comportant des éléments introduisant chacun un même retard T, les atténuateurs C 3 à C3 dont les signaux de sortie sont envoyés au dis positif de sommation z qui fournit les signaux égalisés y(t), le dispositif d'échantillonnage S1 de signaux d'erreur ainsi que le com parateur P1 qui produit les signaux d'erreur à partir d'un signal d'ampli tude de référence A.ref, les circuits multiplicateurs X à X3 qui reçoivent chacun le signal d'erreur fourni Far le dispositif d'échantillonnage S1 d'une part, et les signaux respectifs apparaissant aux diverses prises de la ligne à retard L d'autre part, les intégrateurs I 3 à 13 et les registres R 3 à R associés respective -3 3 ment aux circuits multiplicateurs X-3 à X3, le circuit d'extration d'horloge CE dont l'entrée reçoit les signaux égalisés y(t) et qui produit les signaux de référence d'horloge, le dispositif d'échantillonnage Sq du signal égalisé etÉde détection des informations significatives. Conformément à l'invention, le système de la figure 2 comporte en outre un premier et un second circuits calculateurs G1 et G2. Les entrées du circuit G1 sont connectées aux sorties des registres R-3 R 2 et R 1 et reçoivent donc en 3 C2 sa permanence les valeurs des coefficients des atténuateurs C et C 2 C1 sortie délivre un signal qui est caractéristique de la somme 51 des valeurs absolues de ces trois coefficients. De même, lè circuit G2 reçoit en permanence les valeurs des coefficients des atténuateurs G1, C2 et C3 et délivre un signal qui est caractéristique de la somme s2 des valeurs absolues de ces trois coefficients. Les sorties respectives des deux circuits G1 et G2 sont connectées à l'entrée d'un comparateur P2 qui émet un signal de sortie si la somme sl est plus grande que la somme s2 et n'émet aucun signal dans le cas contraire. Lorsque 51 est plus grand que s2, cela signifie que le "centre de gravité" des coefficients d'atténuateur est situé dans la moitié gauche de l'égaliseur, et que par conséquent le signal devrait être échantillonné plus tout. Au contraire lorsque Si est plus petit que 52' cela signifie que le "centre de gravité" des coefficients d'atténuateur est situé dans la moitité droite de l'égaliseur, et que par conséquent le signal devrait être échantillonné plus tard. Conformément à l'invention cette avance ou ce retard de instant d'échan tillonnage est effectuée de la manière décrite ci-après. Les signaux y(t) sortant du sommateur Z sont systématiquement retardés d'un temps 6, à l'aide d'un élément de retard Dia avant d'être envoyés dans le comparateur P1 et le circuit Par contre les signaux y(t) entrant dans le dispositif d'extraction d'horloge CE ne sont pas retardés, cE qui fait que les signaux de référence d'horloge sortant de ce dispositif sont normalement en phase avec les signaux sortant du sommateur Z. La sortie du dispositif CE est partagée entre deux dérivations, l'une contenant un élément de retard D2, correspondant à un retard de 26 et l'autre ne contenant aucun élément de retard. Ces deux dérivations sont respectivement connectées aux deux bornes a et b d'un inverseur SW qui, selon qu'il se trouve en position a ou en position b permet d'introduire ou non un retard 26 sur les signaux de référence d'horloge sortant du dispositif CE, et donc sur les signaux commandant les dispositifs d'échantillonnage S1 et Le changement d'état de l'inverseur SW est commandé par le signal de sortie du compateur P2 de façon à n'introduire aucun retard sur la sortie de CE lorsque la somme s 2.est supérieure à la somme 51 et à introduire un retard 26 dans le cas inverse. Ou fait que les signaux entrant dans les dispositifs S1 et S2 ont un retard de phase 6 par rapport aux signaux sortant du sommateur X, on voit immédiatement que.: lorsque les signaux sortant de CE ne sont pas retardés, les signaux à échantilloner feront échantillonés avec une avance 6 par rapport à la phase des signaux sortant de Z; lorque les signaux sortant de CE sont retardés d'un temps 26 es signaux à échantillonner seront échantillonés avec un retard 6 par prapport à la phase des signaux sortant de Z. On comprendra mieux ce mécanisme en se référant aux figures 3a à 3e qui montrent très schématiquement les relations de phases existant entre les signaux apparaissant respectivement à la sortie du sommateur Z,(figure 3a) à la sortie du dispositif d'extraction d'horloge CE, [figure 3b) à la.sortie de l'élément de retard Dia (figure 3c) à la sortie de l'inverseur 8W, (figure 3d) . à la sortie du compateur P2. Les signaux apparaissant à la sortie du sommateur # c'est-à-dire les signaux égalisés, n'ont pas été représentés pour ne pas compliquer la figure inutilement. Seule une.référence de phase a été figurée pour fixer les idées et pour permettre de mettre en évidence les relations de phase existant entre ces signaux et ceux représentés sur les autres parties du diagramme. Les signaux de sortie du dispositif CE sont des impulsions de référence d'horloge, et du fait qu'ils sont directement extraits des signaux sortant du sommateur Z, ils sont normalement en phase avec ces derniers. Ces impulsions ont une période T = F , F définissant la fréquence d'horloge. c Les signaux sortant de l'élément de retard D1 sont identiques à ceux sortant du sonmateur Z mais leur phase est en retard d'un temps 6 par rapport à ces derniers. Comme pour les signaux sortant du sommateur Z, seule une référence permettant de matérialiser leur phase a été figurée. Les signaux sortant de l'inverseur S sont des impulsions qui sont en phase avec celles sortant du dispositif CE tant que la sortie du comparateur P2 est basse et qui sont déphasées d'un temps 26 dès que cette même sortie devient haute. Ces signaux définissent les instants d'échantillonnage dessignaux d'erreur (dans le dispositif S1) et des signaux égalisés -(dans -le dispositif S2). On peut voir très clairement sur le diagramme que cet échantillonnage s'effectuera avec une avance 6 par rapport à la phase des signaux à échantillonner (signaux sortant de D1) tant que la- sortie de P2 est basse c 'est-à-dire que 52 est supérieure à s , et qu'il s'effectuera avec un retard de 6 par rapport à la phase des signaux à échantillonner quand la sortie de p2 deviendra haute, et ainsi de suite. Il ressort clairement de ce qui précède que le-dispositif de l'invention pallie l'inconvénient d'instabilité mentionné-plus haut à propos de l'art antérieur. En effet, la stabilité du système selon l'invention est automatiquement assurée gréce aux dispositions permettant de détecter en permanence la position-du centre de gravité des coefficients d'atténuateurs et de modifier les instants d'échantillonnage des signaux d'erreur dans un sens tendant à ramenenr ce centre de gravité vers la position médiane, quelles que soient les autres conditions du système. Naturellement l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit en référence aux figures 2 et 3a à 3e. De-nombreuses variantes pourraient êetre envisagées-sans sortir du cadre de l'invention notamment: la ligne à retard L peut être composée d'un nombre d'éléments de retard différent de cinq, ce nombre n'ayant été choisi que pour fixer les idées et simplifier l'exposé; les dispositifs particuliers (circuits calculateurs 51 G2 et comparateur P > ) permettant de déterminer la position des "centre de gravité" des coefficients d'atténuateurs peuvent être remplacés par tout autre dispositif procurant un résultat équivalent.Dans le cas d'une ligne à retard ne comportant pas de prise centrale, on pourrait n'effectuer le calcul que sur les coefficients des atténua- teurs situés à gauche et à droite respectivement de cette prise, sans tenir compte du coefficient d'atténuateur central. Dans une autre variante, applicable notamment au cas ou la réponse impul sionnelle de l'égaliseur n'est pas symétricue, on pourrait également attribuer plus d'importance aux coefficients des prises extrèmes qu'aux prises voisines du centre. les dispositions permettant d'echantillonner les signaux en avance ou en retard selon la position du "centre de gravité" des coeffi cients d'atténuateurs et plus généralement les dispositions permet tant de "recentrer" 13 position de ce centre de gravité peuvent être de tout type approprié. Le signal d'erreur e(t) et les signaux prélevés sur les prises x(t-it) peuvent être "apprGximés" de diverses faons pour le calcul des corrélations. On peut en particulier les remplacer par leurs signes et les multiplicateurs par èes- éléments -logiques produisant la fonction "OU Exclusif". Bien que l'on ait décrit dans ce qui précède et représenté sur les dessins, les caractéristiques essentielles de invention appliquées à un mode de réalisation préféré de celle-ci, il est. évident que l'homme de l'art peut y apporter toutes modifications de forme ou de détail qu'il jusge utiles, sans -pour autant sortir du cadre de ladite invention. REVEIsDICATIOfqS 1.- Système de détection de données distordues au cours de leur transmission, du genre comprenant un égaliseur automatique adaptif comportant un filtre transversal à prises dont les coefficients d'atténuation sont automatiquement ajustés en fonction d'échantillons d'erreur obtenus en échantillonnant un signal d'erreur résultant de la comparaison des signaux de sortie de l'égaliseur avec des signaux de référence appropriés, et un dispositif d'échantillonnage et de détection des signaux de sortie de l'égaliseur, les échantillonnages dudit signal d'erreur et des signaux de sortie de l'égaliseur étant tous deux commandés à partir de signaux de référence d'horloge extraits des signaux de sortie de l'égaliseur, essentiellement caractérisé en ce qu'il comporte:: des moyens de calcul pour déterminer à tout instant la position du centre de gravité des coefficients d'atténuation par rapport à la partie médiane de l'égaliseur et délivrer une information caractéristique de cette position, et des moyens de contrôle d'échantillonnage sensibles à ladite information de position et produisant en réponse une légère avance ou un léger retard dans l'échantillonnage desdits signaux d'erreur et des signaux de sortie de lrégli5eur selon la nature de cette information de position, la relation entre la nature de l'éction produite par lesdits moyens de contrôle d'échantillonnage, et la nature de l'information de position étant telle que les nouveaux signaux d'erreurs engendrés fassent varier les coefficients d'atténuation dans un sens tendant à ramener leur centre de gravité vers la partie médiane de l'égaliseur. 2.- Système selon la revendication 1, essentiellement caractérisé en ce que lesdits moyens de calcul comprennent: un premier circuit calculateur recevant en permanence les coefficients des atténuateurs situés d'un premier côté de la partie médiane de l'égaliseur, ce circuit faisant la somme-s1 des valeurs absolues de ces coefficients et produisant un signal caractéristique de cette somme, un second circuit calculateur recevant en permanence les coefficients des atténuateurs situés du second côté de la partie médiane de l'égaliseur, ce circuit faisant la somme s2.des valeurs absolues de ces coefficients et produisant un signal caractéristique de cette somme, et un circuit comparateur recevant les signaux caractéristiques des sommes S1 et 52 et émettant un signal binaire caractéristique du résultat de cette comparaison et représentant ladite information de position du centre de gravité. 3.- Système selon la revendication 1 ou 2, essentiellement caractérisé en ce que il comporte un premier élément de retard permettant de retarder d'un temps 6 (correspondant à une fraction prédéterminée de la période des signaux de référence d'horloge) les signaux de sortie de l'égaliseur avant leur comparaison avec lesdits signaux de référence appropriés destinés à engendrer le signal d'erreur et avant leur échantillonnage par ledit dispositif d'échantillonnage et de détection, et en ce que lesdits moyens de contrôle d'échantillonnage comportent des moyens pour rstarder ou non d'un temps 26, selon la nature de ladite information de position, lesdits signaux de référence d'horloge avant leur action sur l'échantillonnage dudit signal d'erreur et desdits signaux de sortie de ltégaliseur. 4, - Système selon la revendication 3, essentiellement caractérisé en ce que lesdits moyens pour retarder ou non d'un temps 26 les signaux de référence d'horloge comportent un premier circuit contenant un second élément de retard d'un temps 26, un second circuit ne contenant aucun élément de retard, et un inverseur dont l'état est commandé par ladite information de position et qui, selon cet état, connecte ou non ledit second élément de retard en série sur la sortie des circuits d'extraction de signaux de référence d'horloge.