Brevet FR2309078A1 — publié le 19761119

L'invention est du domaine des transmissions nlmériques. Elle concerne un dispositif de reconstitution de l'horloge définissant la cadence d'un message codé en NRZ. Le code NRZ qui est souvent utilisé en transmission numérique est un code binaire (donc à deux niveaux) cadencé par une borloge,- dans lequel les niveau: I, respectivement n, sont maintenus pour des bits successifs de même valeur (I ou 0), un changement ayant donc lieu pour deux bits successifs de valeur différente ; dans le code '.1RZ, la durée d'un bit est par conséquent égale à la période de l'horloge définissant la cadence et qui sera appelée ci-après "horloge de cadence". P:our pouvoir décoder un message ainsi codé, il faut connaître exactement la fréquence et la phase de son horloge de cadence. Dans un article publié dans I E E E Transactions on Communications, Vol. COM 20 Nr, 2 avril 1972, on décrit un système de reconstitution de cadence pour un message NRZ de fréquence connue, à partir seulement du message reçu. Dans le dispositif proposé dans cet article, on asservit la phase d'une horloge locale à la phase du message NRZ en détectant les transitions du message, en élaborant des impulsions d'avance ou-de retard par cnparåison des positions relatives des transitions du message et des. transitions de l'horloge locale, et en effectuant à l'aide d'un filtre stochastique un traitement statistique sur ces impulsions d'avance et ces impulsions de retard, ayant de les appliquer en commande de l'horloge locale. Le filtre utilisé est un filtre à faible rang d'intégration permettant d'obtenir une acquisition rapide de la phase, ce qui est nécessaire si l'on veut pouvoir décoder le,message sans perdre d'informations. Un tel dispositif, toutefois, n'est pas entièrement satisfaisant car il ne permet pas, lors de la réception d'un message, de conserver la phase acquise si le rapport signal à bruit est faible ou si des évanouissements temporaires du message- se produisent, conditions que l'on rencontre souvent en pratique, en particulier sur les transmissions radio. La présente invention a pour but de remédier à cet inconvénient. Elle a pour objet un dispositif de reconstitution de l'horloge de cadencé transitions qui d cadencé à une fréquence donnée, comportant un détecteur de transitions qui d'livre"une impulsion u & aque transition apparaissant dans le message, et une boucle d'asservissement en phase d'une horloge locale à la fré quence du message NRZ et munie d'un moyen de déphasage commandable, ladite boucle comprenant un comparateur qui compare la phase des impulsions de transi tion avec la phase de l'horloge locale et produit deux suites d'impulsions d'avance et de retard respectivement, et un moyen de commande de déphasage de l'horloge locale ::' partir des impulsions en sortie du comparateur, comportant un filtre stechastique @ failble rang d'int @@@ @io@ pou@ permettre une accuisition de phase rapide, caractérise en ce que ledit moyen de commande comporte un autre filtre stochastique, à rang d'intégration élevé pour permettre un réglage de phase lent, lesdits filtres étant montés, par l'intermédiaire d'un circuit d'aiguillage; chacun titre le comparateur 'de passe et l'horloge locale. Le filtre stochastique ä faille rang d'intégration pen.et d'acquérir rapi(le- 'ment la phase du message. Après cette acquisition primnire-, le circuit d'aiguil lage introduit dans la boucle, a la place dé ce premier filtre, le filtre stochastique à rang d'intégration élevé qui, assurant un réglage de phase beaucoup plus lent, permet de maintenir la phase acquise même si les conditions de transmission sont très mauvaises. De préférence, le dispositif selon l'invention est. muni d'un circuit de commande auxiliaire de déphasage de l'horloge locale, présentant une entrée d'initialisation et muni de moyens de comptage des impulsions d'avance et des impulsions de retard, pour appliquer sur une entrée de commande auxiliaire-de l'horloge locale l'ordre d'effectuer un déphasage brusque de valeur fixe et élevée lorsque, après une initialisation dudit circuit auxiliaire, le nombre total d'impulsions d'avance et de retard atteint pour la première fois un premier-seuil donné@m, alors que ni le nombre d'impulsions d'àvance seules ni le nombre d'impulsions de retard seules n'atteint un deuxième seuil-donné.n (n Ces dispositions permettent de lever l'ambiguité résultant, dans les boucles de verrouillage en phase, de l'existence de deux positions d'équilibre, l'une stable en phase et l'autre instable en opposition de phase, en assurant, le cas édéant, une élimination très rapide de l'équilibre instable qui sans cela pourrait se prolonger de manière gênante. A l'aide desdits moyens de comptage, on détecte au départ, par exemple lors de la réception d'un premier signal d'appel au début d'un message, la boucle est en position d'équilibre, que celui-ci soit stable ou instable ; si on détecte effectivement un 'équilibre, 'on le rompt en appliquant alors un déphasage brusque, qui peut être de l'ordre de 90 , à l'horloge locale ; la boucle convergera alors vers la position d'équilibre en phase. Comme on le verra plus loin, ces op@rations se déroulent pendant la réception de signaux d'appel au début d'un message et lorsque c'est le filtre à faible rang d'intégration qui est introduit dans la boucle ; on est ainsi assuré que cette dernière se trouve rapiderent dans une position d'équilibre en phase, même si au départ elle était dans un état d'opposition de phase. Dans une réalisation particulière de l'invention chaque filtre stochastique est réalisé au moyen de trois compteurs dont doux premiers totalisent les impul sions d'avance et de retard respectivement, et dont un troisième totalise toutes les impulsions d'avance comme de retard ; les deux premiers commpteurs délivrent respectivement une impulsion de commade le retard et une impulsion de commande d'avance de l'horloge locale lorsqu'ils at@@@@@@@t une pre2ière valeur @@ commtage donnée, et les trois compteurs sont remis à zéro chaque fois que l'un ou l'autre des deux premiers atteint ladite premiere valeur de comptage et chaque fois que le troisiéme atteint une seconde valeur de comptage' donnée, supérieure à ladite prernière valeur et inférieure au double de celle-ci.Pour le filtre à faible rang d'intégration, la première et la seconde valeur de comptage sont peu élevées, par exemple de l'ordre de quelques unités ; pour le filtre à rang d'intégration élevé; ces valeurs de comptage sont nettement plus grandes, par exemple de l'ordre, de quelques milliers. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront åu cours de la description ci-après qui va être faite en se référant à la figure unique ci-annexée qui montre sous forme schématique un dispositif selon l'invention. Le dispositif illustré comporte une entrée I recevant un message en code NRZ cadencé par une horloge dont la fréquence F est connue et dont on veut retrouver -la phase, en vue de décoder le message. L'entrée 1 est reliée' à un détecteur de transmission 2 qui délivre à sa sortie, pour chaque transition du assagie incident, une impulsion dite de transition, de largeur petite par rapport a la demi-période de la cadence F.Pour certains types de réalisation, il -peut être avantageux que le détecteur soit constitué uniquement à l'aide de circuits logiques ; de préféence, il reçoit alors sur une entrée 3 des impulsions d'horloge à une fréquence F' nettement plus élevée que F pour échantillonner le message incident., Les échantillons successifs sont comparés deux à deux et on recueille en sortie du détecteur 2 une impulsion de transition pour chaque groupe de deux échantillons successifs différents. Les impulsions de transition sont appliquées à l'entrée d'une boucle d'asser vissement de phase pour une horloge locale 4 dont la fréquence est identique à la fréquence F de horloge de cadence du message. L'asservissement de l'horloge 4 se 'fait- selon deux directions, est-à-dire par une avance de la phase ou un retard de la phase. Pour ce faire, cette horloge présente une entrée de commande' d'avance 5 et une entre de commande de retard 6.En pratique l'horloge locale 4 peut être composée d'un oscillateur 7 à la fréquence F' et dont les impulsions de sortie peuvent être utilisees pour échantillonner le signal incident, et d'un compteur-diviseur 8 qui sert à démultiplier la fréquence de ltoscillåteur et en sortie duquel sont recueillies les impulsions de l'horloge 4.La correction de phase de cette horloge s'effectue dans le compteur-diviseur : une impulsion de" commande appliquée sur l'entrée 5 ou l'entrée 6 affecte ce dernier respectivement en introduisant une impulsion de comptage supplémentaire ou en le bloquant pendant une période de l'oscillateur, ce qui provoque, sur la phase de l'horloge 4, respectivement une avance ou un retard équivalent à une période de ltoscil- lateur 7. En cas de verrouillage de la boucle, les itipulsions de cette horloge, disponibles sur une sortie 9 du dispositif, reproduisent en fréquence et en phase l'horloge de cadence du message NRZ incident. La boucle d'asservissement comporte outre horloge locale 4, un comparateur de phase 10 cot-mandé par les impulsions de l'oscillateur 7 à la fréquence F' et recevant d'une part les impulsions de transition du détecteur 2 et d'autre part. les impulsions de l'horloge locale 4. Ce comparateur délivre sur deux sorties, deux suites'd'impulsions A et R, d'avance et de retard respectivement, qui correspondent aux transitions d'un sens donné de horloge 4, par exemple sens montant, qui sont respectivement en avance et en retard sur les transitions (montantes,et descendantes) du message incident.Pour déterminer s'il s'agit d'une avance ou d'un retard, le comparateur 10 vérifie si les impulsions de transition délivrées par le détecteur 2 colncident avec le niveau haut ou le niveau bas de l'horloge locale ; ceci fournit deux suites intermédiaires d1impul- sions qui sont alors échantillonnées chacune par un même front, montant ou descendant, des impulsions à la fréquence F' avant d'être appliquées sur les sorties respectives du comparateur 10 ; cet échantillonnage permet d'Eviter la génération de deux informations contradictoires lorsque 11 horloge locale change de niveau pendant la durée d'une impulsion de transition, ce qui se produit fréqueimr,nt à l'équilibre de la boucle. Les impulsions d'avance et de retard issues du comparateur de phase 10 sont appliquées à deux filtres stochastiques il et 12. L'un, 11, à faible rang d'inté gration, effectue un traitement statistique sur un faible nombre d'impulsions et délivre sur deux sorties deux premières suites diimpulsions, CR et CA, de commande de retard et d'avance respectivement pour l'horloge locale 4. L'autre, 12, rang d'intégration- élevé, effectue un traitement statistique sur un nombre, élevé d'impulsions et délivre également sur deux sorties deux secondes suites d'impulsions, CR' et CA', de commande de retard et d'avance respectivement pour l'horloge -locale 4.Un circuit d'aiguillage 13 permet de relier aux entrées de comnande 5 et 6 de cette horloge, les sorties respectives de l'un ou l'autre des deux filtres 11 et' 12 > selon l'état d'une commande appliquée sur une entrée 14 de ce circuit. Ce dernier, qui n'a pas été détaille, peut être réalisé à l'aide de portes logiques. On a illustré dans la figure une réalisation particulière, de type connu, des deux filtres stochastiques 11 et 12. Ils comportent chacun trois compteurs 110, 111 et 112 pour le filtre 11, et 120, 121 et 122 pour le filtre 12. Ces compteurs sont de structure analogue. Ils délivrent chacun sur une sortie, dite de fin de comptage, une impulsion après un nombre déterminé 'd'impulsions appliquées à une entree de comptagc que l'on a symbolisée par la notation +1- ; une entrée de remise à zero est symbolisée par "0". Pour le filtre 11, chacun des compteurs 110 et 112 délivre une impulsion de fin de comptage aprc':s N impulsions appliquées en entrée, et le compteur 111 après !' impulsions appliquées en entrée, t étant plus grand que N et plus petit que 2N.Pour le, filtre 12, chacun des,compteurs 120 et 122 d'livre une impulsion de fin de comptage après ' impulsions appliquées en entrée, et le compteur 121 après M' impulsions appliquées en entrée, M' étant plus grand que N' et plus petit que 2 ".". On a symbolisé les sorties de fin de comptage par "N", '1-", "N'" ,ou '4!"' selon le cas concerne. Les nombres N' et :T' sont sensiblement plus grands que ri et M qui sont de faibles valeurs. -Par exemple on peut avoir N et M eaux à 4 et 6 respectivement, et N' et M' égaux à 1024 et 1900 respectivement. Ces valeurs sont donnees à titre indicatif bien entendu. Dans chaque filtre la remise à zéro des trois compteurs est obtenue simultanément par une impulsion sortant d'une porte OU, 113 pour le filtre 11 et 123 pour le filtre 12, dont trois entres sont reliées aux sorties de fin de comptage des trois compteurs,. Par suite, lorsqutun des compteurs atteint sa valeur finale de comptage, tous les trois sont immédiatement remis à zéro. Chacune des portes OU 113 et 123 comporte, en outre, une quatrième entrée pour un signal extérieur de commande de remise à zéro. Les entrées de comptage des compteurs 110 et 120 sont toutes deux connectes à la sortie du comparateur 10 qui délivre les impulsions d'avance A et celles des compteurs 112 et 122 à la sortie de ce comparateur qui délivre les impulsions de retard R. Chacun des compteurs 111 et 121 a son entrée de comptage reliée aux deux sorties du comparateur 10 a travers une porte OU, repérée par 114 pour le premier de ces compteurs et 124 pour le second. Les suites d'impulsions de commande CR et CA sont recueillies sur les sorties de fin de comptage des compteurs 110 et 112 respectivement, et les suites d'impulsions de commande CR' et CA' sur les sorties de fin de comptage 'des compteurs 120 et 122 respectivement. Le mode de fonctionnement, dans la boucle d'asservissement de phase, d'un filtre stochastique ayant une structure à trois compteurs telle que celle que l'on a détaillée pour les filtres 11 et 12, est le suivant : lorsque l'horlogoge locale est en avance (respectiverert en retard) sur un message IIRZ présent à entrée 1, le compteur qui totalise les impulsions d'avance (respectivement de retard) se remplit plus rapidement que les deux autres et arrive donc le premier à sa valeur finale de comptage' ;; il 1~livre alors une impulsion rie commande rif retard (respectivement d'avance) de l'horloge locale et les trois compteurs sont remis à zéro pour recommencer un comptage ; lorsque la boucla est verrouillée, c'est le compteur qui totalise ^ la fois les impulsions d'avance et les impulsions de retard, qui arrive le premier en fin de co@tage, et les trois compte sont: donc remis a zéro sans qu'il y ait d'impulsion de commaude c-e l'icorloge locale générée. On intercal@ avantageusement, entre les sorties du filtre 11 et le circuit d'aiguillage 13, un circuit 15 pour redoubler ler impulsions de commande délivrées par ce filtre. Ceci permet, lorsque le filtre 1 1 est inséré amans la boucle, de doubler la correction tu phase apportée r l'horloge locale à la suite de chaque impulsion de corirlande délivrée par ce filtre et donc (!'augmenter la rapidité de convergence de l'asservissement.Pour urce plus grandie souplesse d'utilisation on peut prévoir eci pratique douze positions pour ce circuit 15 : une dans laquelle il redouble les impulsions délivrées par le filtre 11 et une autre dans laquelle il les transmet simplement. Daces le dispositif selon l'invention que l'on a représenté, on a prévu en outre des moyens permettant de détecter lorsqu'un message NRZ se présente en 1 Si, au départ, la boucle d'asservissement est en position d'équilibre, de façon à éliminer rapidement, le cas échéant, un équilibre instable (opposition de phase). Cette élimination s'effectue en appliquant, lorsqu'on détecte au départ un équilibre (dont on ignore s'il est stable ou instable), un déphasage brusque et de valeur élevée à l'horloge locale ; on sait que la boucle d'asservissement convergera alors rapidement vers la position d'équilibre stable (en phase). Pour ce faire, les compteurs 12C et 122 du filtre 12 comportent chacun une sortie intermédiaire qui délivre une impulsion pour une valeur de comptage intermédiaire n. Le compteur 121 comporte aussi une sortie intermédiaire qui délivre une impulsion lorsque ce compteur passe par une valeur de comptage intermédiaire am, m étant plus grand que n et plus petit que 2n. Les trois sorties intermédiaires des compteurs 120, 121 et 122 sont appliquees à un circuit logique 16 présentant par ailleurs une entrée de commande de validation 17 et qui agit sur une entree de commande auxiliaire 18 de l'horloge locale 4. Le circuit 16 a pour rôle t'envoyer un ordre de d déphasage à l'horloge 4, si après l'application d'une commande de validation sur l'entrée 17, cette commande étant appliquée préalablement à l'arrivée d'un message RZ sur l'entrée I et s'accompagnant d'une remise à zéro des compteurs des filtres (par la quatrième entrée des portes OU 113 et 123), le compteur 121 totalise pour la première fois tn impulsions d'avance et de retard avant que le compteur 120 ou le compteur 122 n'ait encore totalisé n impulsions, d'avance et de retard respectivement.Dans cette situation, en effet, oc le compteur 121 se remplit nettement plus vite que chacun des comptours 130 et 122, il y a présomption d'équilibre. Par la suite le circuit li n'enverra pas d'autre ordre -'e déphasage sur l'entrée de commande auxiliaire 18 tant qu'une nouvelle validation du circuit 16 n'aura pas cu lieu. Si, par contre, après l'application d'une commande de validation sur l'entrée 17, l'un des compteurs 120 ou 122 arrive à la valeur de comptage n avant qué le compteur 122 n'arrive à la valeur de comptage @, l'entr@e 1@ de l'horloge 4 ne reçoit pas d'ordre de d'@hasag ; dans ce cas en effet, il y a @r@so@ption @ convergence @e la bouc@@ d'assorvissement. Ancu@ er@re de d@phas ne sern casuite @@ls par le circnit 1 t@@t, @'une nouvel@ validatione de ce circuit n'aura pas eu lieu. On n'a pas détaillé la constitution du circuit 16 qui peut être réalisé à l'aide d'éléments, logiques simples. Le déphasage introduit par l'entrée 18 de lthrloge 4 peut être obtenu par une soustraction de 1: unités à la valeur instan tannée de comptage du compteur-diviseur 8 ; en pratique, on attend que le compteur diviseur~8 passe par l'état k pour le forcer brusquement à, l'état origine. On choisit de préférence pour k une valeur qui correspond à un déphasage voisin de 900. A titre d'exemple, n et m peuvent être pris égaux à 16 et 24.respectivement. On met le dispositif représenté en condition de fonctionnement pour reconsti tuer l'horloge de cadence d'un message NRZ incident, en appliquant une commande de validation au circuit 16, en remettant zéro les compteurs des deux filtres, et en insérant dans la boucle d'asservissement, à l'aide d'une commande adéquate appliquée au circuit d'aiguillage 13, le filtre 11 à faible rang'd'intégration. Un message débute généralement par des signaux d'appel pendant la durée desquels s'effectue l'acquisition de la phase. Ces signaux étant très courts on effectue cette acquisition à l'aide du filtre à faible rang d'intégration qui assure une convergence rapide de la boucle. Si, à la réception du premier signal, le circuit 16 détecte un équilibre, l'horloge locale est alors déphasée brutalement, - par exemple de 900, et la boucle converge ensuite rapidement vers la position d'équilibre en phase. Le circuit, 15, en redoublant les impulsions de commande délivrées par le filtre 11, augmente encore cette rapidité.Dès que les signaux d'appel ont pu être décodés et reconnus, ce qui se produit lorsque ltacquisition de phase est faite, on commande au circuit d'aiguillage 13 d'insérer dans la boucle, à la place du filtre 11, le filtre 12 Le rang dtintégration élevé de ce dernier permet, pendant la suite de la transmission, de conserver la phase acquise même si le rapport signal à bruit Qst très mauvais et malgré les évanouissements temporaires possibles du message reçu. - ,., On a~décrit une réalisation particulière de l'invention mais il est hien évident que l'on peut y apporter des modifications et/ou remplacer certains moyens par d'autres techniquement équivalents. On pourrait notamment, sans sortir du cadre de l'invention, utiliser pour les filtres stochastiques une structure différente de celle que l'on a taille. ~ En outre, si pour certaines applications il n'est pas nécessaire de prévoir un circuit de commande auxiliaire de horloge locale pour éliminer rapidement un équilibre instable, les compteurs du filtre stochastique (11) à faible rang - d'intégration pourraient être constitués par les étages inférieurs des compteurs correspondants du filtre (12) à rang d'intégration élevé. RE7t';-DICATI0NS 1/ Dispositif de reconstitution de l'horloge de cadence d'un message NRZ cadencé à une fréquence donnée, comportant un détecteur de transitions qui délivre une impulsion à chaque transition apparaissant dans le message, et une boucle d'asservissement en phase d'une horloge locale à la fréquence du message NRZ et munie d'un moyen de déphasage commandable, ladite boucle comprenant un comparateur qui compare la phase des impulsions de transition avec la phase de l'horloge locale et produit deux suites d'impulsions d'avance et de retard respectivement, et un moyen de commande de déphasage de horloge locale à partir des impulsions en sortie du comparateur, comportant un filtre stochastique à faible rang d'intégration pour permettre une acquisition de phase rapide, caractérisé en ce que ledit moyen de commande comporte un autre filtre stochastique, à rang d'intégration élevé, pour permettre un réglage de phase lent, lesdits filtres étant montés, par l'intermédiaire d'un circuit d'aiguillage, chacun entre le comparateur de phase et l'horloge locale. 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit de commande, auxiliaire de déphasage de l'horloge locale, présentant une entrée d'initialisation et muni de moyens de comptage des impulsions d'avance et des impulsions de retard, pour appliquer sur une entrée de commande auxiliaire de l'horloge locale l'ordre d'effectuer un déphasage brusque de valeur fixe et élevée lorsque, après une initialisation dudit circuit auxiliaire, le nombre total d'impulsions d'avance et de retard atteint pour la-première fois un premier seuil donné n alors que ni le nombre d'impulsions d'avance seules ni le nombre d'impulsions de retard seules n'atteint un deuxième seuil donné n (n 3/ Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que chacun des filtres stochastiques est réalisé au moyen de trois compteurs dont deux premiers totalisent les impulsions d'avance et de retard respectivement, et un-troisième totalise toutes les impulsions d'avance et de retard, les deux premiers compteurs délivrant respectivement une impulsion de commande de retard et une impulsion de commande d'avance de l'horloge locale lorsqu'ils atteignent une première valeur de comptage prédéterminée, et les trois compteurs étant remis à zéro chaque fois que l'un ou l'autre des deux premiers atteint ladite première valeur de comptage et chaque fois que le troisième atteint une seconde valeur de comptage prédéterminée, plus élevée que ladite première valeur et inférieure au double de celle-ci, la première et la seconde valeur de comptage concernant le filtre ì rang rang-d'intégration élevé- étant très sensiblement supérieures à celles concernant le fiLtre à faible rang d'intégration. '4/ Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit filtre à faible rang d'intégration commande l';1orloge iocale à travers un circuit permettant de redoubler les impulsions de commande d'avance et les impulsions de commande de retard livrcs par ce filtre.