Brevet FR2358790A1 — publié le 19780210

L'invention concerne un dispositif d'annulation d'écho pour modem de transmission de données en bande de base, dont ltémet- teur et le récepteur sont raccordes à la ligne de transmission par l'intermédiaire d'une jonction hybride, ce dispositif comportant un filtre transversal recevant le signal de l'émetteur et un circuit soustracteur pour former un signal d'erreur constitué par la différence entre le signal à ltextrémité réceptrice de la jonction hybride et le signal à la sortie du filtre transversal. De tels dispositifs ont pour but d'annuler le signal dtécho qui se produit à l'extrémité réceptrice de la jonction hybride quand l'extrémité émettrice de cette jonction reçoit un signal de ltémetteur et de permettre ainsi la transmission de données si multanément dans les deux directions sur une ligne de transmission à deux fils. Etant donné que le signal dtécho dépend des caractéris- tiques de la ligne de transmission qui peuvent être mal connues et variables, l'annulation de Irécho doit être effectuée de façon auto-adaptative et les annuleurs d'écho auto-adaptatifs connus jus qu'a' présent ont été conçus pour les transmissions téléphoniques voir par exemple un article de J.R. Rosenberr et E.J.Thomas paru dans "The Bell System Technical Journalt' Vol. 50, n03, Mars 1971, pages 785 à 813. Ces annuleurs d'écho sont complexes et coûteux, notamment parce que sont associés à chaque branche du filtre transversal, des multiplieurs de nombres formés d'un nombre d'éléments binaires relativement grand : nombres correspondant aux échantillons du signal téléphonique, aux échantillons du signal d'erreur et aux coefficients du filtre. En ce qui concerne les transmissions de donnees, on a trouvé seulement un article de V.G. Koll et S.B. Weinstein paru dans "I E E E Transactions on Communications", Février 1973, pages 143 à 147, qui décrit l'utilisation a' des fins expéramentales d'un annuleur d'écho non auto-adaptatif associé à un modem. Or un annuleur d'écho auto-adaptatif est pratiquement indispensable en transmission de données pour transmettre en duplex simultané sur une ligne de transmission à deux fils. La présente invention a pour but de fournir un annuleur d'écho auto-adaptatif simple et peu coûteux utilisable dans les transmissions de données. Conformément à l'invention, chaque branche du filtre transversal est connectée à une entrée dtun premier et dtun second multiplieur, arrangés pour former le produit des nombres à un élément binaire présents sur cette entrée et des nombres présents sur l'autre entre, le premier multiplieur recevant sur cette autre entrée le signal d'erreur converti sous forme numérique et formant un premier produit, le second multiplieur recevant sur cette autre entrée un coefficient de filtre et formant un second produit qui est appliqué au réseau sommateur du filtre, ce coefficient de filtre étant obtenu à la sortie d'un circuit additionneur arrangé avec une mémoire pour former la somme du coefficient à l'instant d'échantillonnage précédent et du premier produit décalé vers un certain rang de plus faible poids, des éléments binaires du coefficient. Les deux multiplieurs peuvent être réalisés très simplement au moyen de circuits "OU exclusif". Dans une forme de réalisation particulièrement simple, le premier multiplieur reçoit sur son autre entrée un signal numérique à un élément binaire indiquant le signe du signal d'erreur, ce premier multiplieur étant constitué par un circuit "OU exclusiftt. La description suivante, en regard des dessins annexés, le tout donné à titre d'exemple, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 est un schéma de l'annuleur d'écho de l'invention. La figure 2 représente un schéma détaillé d'un mode de réalisation des circuits associés à une branche du filtre transversal. Sur la figure 1, on a représenté ltémetteur 1 et le récepteur 2 d'un modem de transmission de données en bande de base. Cet émetteur et ce récepteur sont connectés à la ligne de transmission 3 par l'intermédiaire d'un circuit 4, connu sous le nom de jonction hybride, qui a pour but de diriger les signaux provenant de l'émetteur 1 vers la ligne 3 et les signaux provenant de la ligne 3 vers le récepteur 2. Mais en pratique une jonction hybride ne réalise pas parfaitement cette fonction et on trouve alors à l'extrémité réceptrice 5 de la jonction hybride un signal parasite provoqué par un signal provenant de l'émetteur 1 et qui atteint le récepteur 2 de sorte que la transmission simultanée dans les deux sens sur la ligne de transmission 3 peut eAtre gravement perturbée. Ce signal parasite y peut être duA à des imperfections de la jonction hybride qu'il est difficile d'adapter dans toute une bande de fréquence à la ligne de transmission et qui transmet vers son extrémité réceptrice 5, une fraction du signal présent sur l'extrémité émettrice 6 ; il peut être da aussi à des discontinuités d'impédance dans la ligne de transmission 3, qui, lors d'une émission par l'émetteur 1, provoquent un signal d'écho qui se retrouve à ltextré- mité réceptrice 5 de la jonction. Quelle que soit son origine, le signal parasite y est appelé signal d'écho. Pour annuler ce signal écho, le dispositif de la figure 1 comporte un filtre transversal 7 de type numérique dont l'entrée 8 est connectée à l'émetteur 1 et qui fournit signal y qui est converti en analogique par le convertisseur numérique-analogique 9. Le circuit soustracteur 10 forme la différence entre le signal y fourni par le filtre transversal et le signal à l'extrémi- té 5 de la jonction hybride, qui, lorsque seul l'émetteur 1 émet, n'est autre que le signal d'écho y.Si les coefficients du filtre transversal 7 sont ajustés pour que le signal yA soit égal au signal d'écho y, on obtient à la sortie du soustracteur 10 un signal dans lequel le signal d'écho est annulé, et qui est nul quand seul l'émetteur 1 émet. Si l'annulation n'est pas parfaite, le soustracteur 10 fournit le signal e = y - yA appelé par la suite signal d'erreur. il est important que l'opération d'annulation d'écho soit~ effectuée de façon auto-adaptative et on connatt de tels annuleurs d'écho qui sont conçus pour les transmissions téléphoniques, mais qui sont des appareils complexes et motteux. La présente invention fournit un annuleur d'écho autoadaptatif pour transmission de données en bande de base, particulièrement simple à réaliser. Le filtre transversal de cet annuleur d'écho comprend sous la forme montrée à la figure 1 un registre à décalage formé de N éléments identiques Ri (i entier variant de 1 à N), actionnés par un générateur d'impulsions Il dont la fréquence T est déduite d'un T générateur d'horloge inclus dans l'émetteur 1. L'entrée de ce registre à décalage reçoit directement le signal de données fourni par l'émetteur 1. Sur les branches b. aux sorties des éléments R. apparissent à la fréquence 1/T des échantillons Xik de ce signal de données ; i caractérise le retard iT sur une branche bi et k caractérise l'instant kT d'échantillonnage.La fréquence d'échantillonnage 1/T est choisie de telle sorte qu'elle soit au moins double de la lar- geur de bande du signal d'écho c'est-à-dire du signal de données fourni par'l1émetteur 1. Chaque branche telle que b. est connectée à une entrée 12 d'un premier multiplieur 13 et à une entrée 14 d'un second multiplieur 15, les nombres 4 présents sur ces entrées 12 et 14 ne comportant qutun seul élément binaire, puisque ce sont des échantillons du signal de données fourni par ltémetteur 1. Sur l'autre entrée 16 du premier multiplieur 13, sont appliqués des échantillons codés eK du signal d'erreur fourni par le soustracteur 10. Ce signal d'erreur e est converti sous forme numérique par le convertisseur 17 travaillant avec des impulsions dtéchantillonnage H de fréquence égale à la fréquence T des impulsions du générateur 11, mais retar T dées d'une durée inférieure à T par le circuit de retard 18.Le con- vertisseur 17 peut être dans un mode de réalisation particulière ment simple un simple circuit comparateur détectant le signe du signal d'erreur e aux instants des impulsions d'échantillonnage H et fournissant donc des nombres eK à un élément binaire. Dans ce cas qui est celui représenté sur la figure 1, le premier multiplieur 13 est un simple circuit "OU exclusif". Sur l'autre entrée 19 du second multiplieur 15 est appliqué un coefficient de filtre qui comporte un certain nombre n d'éléments binaires. Ce second multiplieur 15 fournit un-produit Zi qui est appliqué au réseau sommateur 20 de sortie du filtre transversal. Le multiplieur 15 peut être réalisé très simplement au moyen de circuits "OU exclusif", puisque son entrée 14 ne reçoit que des Xik nom- bres à un élément binaire. On en indiquera à la figure 2 un mode de réalisation en combinaison avec le circuit additionneur 21 et la mémoire 22. Le coefficient de filtre appliqué à l'entrée 19 du multiplieur 15 est obtenu à la sortie de l'additionneur 21 qui calcule à chaque instant d'échantillonnage du signal d'erreur-la somme du coefficient de filtre à l'instant d'échantillonnage précédent, qui lui est fourni par la mémoire 22 et du produit formé à la sortie du multiplieur 13 à l'instant d'échantillonnage précédent, ce produit étant obtenu à la sortie de la mémoire 23. Dans la formation de la somme, ce produit est décalé vers un certain rang des éléments binaires du coefficient de filtre, comme-cela sera décrit en détail- à la figure 2. Les mémoires 22 et 23 jouent le rôle de circuits de retard T et sont représentées comme tels. Enfin, le signal analogique à la sortie du soustracteur 10 est échantillonné par le circuit d'échantillonnage-maintien 24, avec les mêmes impulsions d'échantillonnage que celles qui sont ap pliquées au convertisseur 17 pour échantillonner et coder le signal d'erreur. Cet échantillonnage par le circuit 24 est donc effectué aux instants où est annulé le signal d'écho, avec une fréquence répondant au théorème de Shannon vis à vis du signal de données. A la sortie du circuit d'échantillonnage 24 est connecté le filtre passebas 25, puis le récepteur 2. Ainsi, en cas de transmission de donnée en duplex simultané, le récepteur 2 reçoit un signal dans lequel l'écho est annulé. Le fonctionnement de l'annuleur d'écho que l'on vientde décrire est le -suivant : A chaque instant d'échantillonnage kT, le filtre transversal 7 fournit un échantillon yAk selon la formule Aik sont les N coefficients de filtre Xik sont les N échantillons du signal de données, disponibles sur les branches bi Pour la commodité, on suppose par la suite que le signal de données est bipolaire et que les nombres à un élément binaire correspondant aux sont ont la valeur 0 quand le signal de données est positif et la valeur 1 quand le signal de données est négatif. Les produits Ai. sont fournis par les multiplieurs tels que 15, qui, comme on l'a indiqué ci-dessus, peuvent être très simples, étant donné que les nombres représentant les 4 ntont qu'un élément binaire. La figure 2 indiquera une réalisation possible de ce multiplieur. La somme de la formule (1) est effectuée par le ré seau sommateur 20. L'opération d'annulation d'écho est effectuée par une boucle asservissant les coefficients du filtre transversal de fa on à minimiser la valeur quadratique moyenne du signal d'erreur e = y - yA à la sortie du circuit soustracteur 10. L'utilisation de l'algorithme du gradient pour minimiser cette valeur quadratique moyenne, conduit à un ajustage des coefficients par récurrences suc cessives selon la relation Cette relation indique qu'un coefficient Aik+1 à l'instant (k + 1)T est obtenu en modifiant la valeur du coefficient Ak à l'instant kT de la quantité/u. ek . Xik, où ek est la valeur du signal d'erreur à l'instant kT, 4 est défini comme indiqué ci-dessus, enfin est un coefficient inférieur à un, de valeur faible. Le convertisseur analogique-numérique 17 fournit les nom bres e k et le multiplieur 13 fournit les produits e@. X@@. Dans le k cas général les nombres e comportent plusieurs éléments binaires, mais le multiplieur 13 est simple à réaliser (comme un multiplieur 15) étant donné que les nombres 4 n'ont qu'un élément binaire. On peut souvent se contenter, au prix d'une certaine augmentation du temps de convergence vers la configuration optimum des coefficients, de caractériser la valeur des échantillons ek, seulement par leur signe. Dans ce cas le convertisseur 17 est un simple comparateur fournissant des nombres à un élément binaire ayant par k exemple les valeurs O ou 1 suivant que les échantillons e sont po- sitifs ou négatifs. Il est alors facile de vérifier que le multiplieur 13 ne recevant que des nombres e k et Xik à un élément binaire est un simple circuit "OU exclusif" qui fournit des nombres à un élément binaire prenant les valeurs 0 ou 1 suivant que le produit ek. 4 est positif ou négatif. L'additionneur 21 effectue simultanément le reste des opérations indiquées à la formule (2) à savoir l'addition au coefficient de filtre Ak. stocké dans la mémoire 22, du produit ek. Xik pon déré par un coefficientJu, ce dernier étant égal à l'inverse d'une puissance de deux, m par exemple. Pour obtenir cela, l'addition 2 est effectuée en décalant l'élément binaire le plus significatif du produit ek. Xik, de m éléments binaires vers les plus faibles poids, par rapport à l'élément binaire le plus significatif du coefficient de filtre Aik. Le schéma de la figure 2 montre de façon plus détaillée comment ces opérations peuvent être effectuées dans le cas expliqué ci-dessus où les nombres e k et par conséquent les produits ek. X@@ k n'ont qu'un élément binaire. Le coefficient de filtre Ai@ ayant n 1 éléments binaires, et le coefficient étant supposé égal à 2n, l'opération à réaliser consiste à ajouter ou à retrancher au coeffi- cient de filtre suivant que le produit ek. 4 est positif ou négatif. Dans le premier cas où ek. Xik est positif, on doit réaliser l'opération + 1 0 0 ..... 0 (3) La première ligne représente les n éléments binaires du coefficient de filtre Aik, ank, étant l'élément binaire de poids La deuxième ligne représente le coefficient écrit sous la forme d'un nombre à n éléments binaires. Dans le deuxième cas où ek . Xik est négatif, pour retrancher au coefficient de filtre Aik, on forme le complément à deux de et on ajoute ce complément à Aik, ce qui est représenté par l'opération (4) + 1 I 1 1 Sur la figure 2, on a représenté certains éléments de la figure 1 avec les mêmes références : notamment le multiplieur 13 constitué par un "OU exclusif" reçoit sur son entrée 16 un nombre à un élément binaire constitué par le signe du signal erreur et noté Sgn ek]. Aux instants définis par les impulsions d'échantillonnage H, la mémoire 22 fournit à n entrées de l'additionneur 21, les n ments binaires ank à a1k du coefficient Aik.Les n - 1 entrées bn-1 à b1 de l'additionneur 21 sont connectées à la sortie de la mémoire 23 qui fournit un "0" quand le produit ek. Xik est positif et un "1" quand le produit ek. 4 est négatif. L'entrée b@ de l'additionneur 21 reçoit en permanence un "1". On peut vérifier aisément que de cette manière on réalise les opérations indiquées en (3) et (4) de sorte qu'aux sorties de l'additionneur, on obtient les n éléments binaires ank+1 à a1k+1 du coefficient de filtre aik+1 qui sont appliqués-au multiplieur 15 et à la mémoire 22 pour y être stockés jusqu'à l'instant d'échantillonnage suivant. On peut noter que les coefficients de filtre qui peuvent être négatifs sont exprimés dans le code des compléments. La figure 2 montre également la structure du multiplieur 15 qui forme le produit du nombre à un élément binaire 4 sur la branche bi et du coefficient de filtre dont les n éléments binaires sont disponibles aux sorties de l'additionneur 21. On peut supposer pour la commodité que ce coefficient de filtre est k Ce multiplieur 15 comporte n circuits "OU exclusif" 15n à 151 dont les premières entrées reçoivent toutes le même nombre 4 à un élément binaire et dont les secondes entrées reçoivent respectivement les n éléments binaires du coefficient de filtre Ak. L'ensemble des sorties de ces circuits 15n à 151 forme un nombre à n éléments binaires.Au niveau de plus faible poids de ce nombre est ajouté dans l'additionneur 26 le nombre 4 et on peut alors vérifier qu'à la sortie de cet additionneur 26, on obtient n éléments binaires zn à z1 formant le nombre Zi = Ak.Xk exprimé dans le code des compléments. L'ensemble des nombres Z. positifs ou négatifs peuvent alors être aisément additionnés dans le réseau sommateur 20. Dans le cas où le signal d'erreur e est échantillonné et codé avec plusieurs éléments binaires, le premier multiplieur 13 a une structure analogue à celle du second multiplieur 15 décrit à la figure 2. On peut toutefois en général se contenter pour le codage du signal d'un nombre d'éléments binaires plus faible (par exemple 5) que le nombre d'éléments binaires d'un coefficient de filtre (par exemple 18). En ce qui concerne la conversion des signaux dans ltannu- leur d'écho de l'invention, d'autres dispositions que celle indiquée sur la figure 1 sont possibles. Par exemple, on peut connecter directement la sortie numérique du filtre transversal 7 à une entrée d'un soustracteur 10 de type numérique, tandis que sur l'autre entrée de ce soustracteur on applique le signal présent à l'ex- trémité 5 de la jonction hybride et converti en numérique. On obtient alors directement le signal d'erreur e sous forme numérique, dont on peut éventuellement utiliser seulement le signe. La sortie du circuit soustracteur peut être alors directement connectée à un récepteur 2 de type numérique. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'annulation d'écho pour modem de transmission de données en bande de base, dont ltémetteur et le récepteur sont raccordés à la ligne de transmission par l'intermédiaire d'une jonction hybride, ce dispositif comportant un filtre transversal recevant le signal de l'émetteur et un circuit soustracteur pour former un signal d'erreur constitué par la différence entre le signal à l'extrémité réceptrice de la jonction hybride et le signal de sortie du filtre transversal, ce dispositif étant caractérisé en ce que chaque branche du filtre transversal est connectée à une entrée d'un premier et Cl'un second multiplieur, arrangés pour former le produit des nombres à un élément binaire présents sur cette entrée et des nombres présents sur l'autre entrée, le premier multiplieur recevant sur cette autre entrée le signal d'erreur converti sous forme numérique, et formant un premier produit, le second multiplieur recevant sur cette autre entrée un coefficient de filtre et formant un second produit qui est appliqué au réseau sommateur du filtre, ce coefficient de filtre étant obtenu à la sortie d'un circuit additionneur arrangé avec une mémoire pour former la somme du coefficient à l'ins- tant d'échantillonnage précédent et du premier produit décalé vers un certain rang de plus faible poids des éléments binaires du coefficient. 2. Dispositif d'annulation d'écho selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier et le second multiplieur sont formés par au moins un circuit "OU exclusif" recevant sur une entrée les nombres à un dément binaire présents sur une branche de filtre transversal et sur l'autre entrée respectivement les éléments binaires des nombres correspondant au signal d'erreur et les éléments binaires des nombres correspondant à un coefficient de filtre. 3. Dispositif d'annulation d'écho selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le signal d'erreur est codé par un nombre à un élément binaire indiquant son signe, le premier multiplieur étant formé par un circuit "OU exclusif" recevant sur une entrée les nombres à un élément binaire présents sur une branche de filtre tras- versal et sur l'autre entrée les nombres à un élément binaire corres- pondant au signal d'erreur. 4. Dispositif d'annulation d'écho selon l'une des revendications 7 à 3, dans lequel le circuit soustracteur fournit un signal analogique, caractérisé en ce que ledit signal analogique est appli qué à un circuit d'échantillonnage-maintien travaillant avec la même fréquence d'échantillonnage que cellesdu signal d'erreur, cet échantillonneur étant connecté à un filtre dont la sortie est raccordée au récepteur du modem.