Brevet FR2479620A1 — publié le 19811002

L'invention se rapporte à la transmission d'infor- mations numériques et plus particulièrement à un dispo- sitif de synchronisation d'informations numériques transmises par paquets et à un récepteur comportant un tel dispositif. Dans certains systèmes de transmission d'informa- tions numériques, pour éviter une interception des données par un tiers non destinataire, au lieu d'utili- ser une fréquence porteuse donnée pendant tout la durée de la transmission, les informations(après compression) sont groupées par paquets, ces paquets étant séparés par des intervalles de temps déterminés et chaque pa- quet étant transmis en modulant une fréquence porteuse particulière. Il y a donc un saut de fréquence entre deux paquets successifs. La durée qui sépare les pa- quets est la durée nécessaire pour que les organes de l'émetteur et du récepteur (filtres, synthétiseurs...) soient accordés sur la fréquence correspondant au paquet suivant. Ce type de transmission est dit trans- mission en évasion de fréquences. Lors de la réception des messages, il est néces- saire de synchroniser le récepteur, à partir des données reçues; en effet, le rythme des éléments bi- naires constituant le message est connu par le récep- teur, mais la phase de ces éléments binaires ne l'est pas et il faut reconstituera partir de l'information reçue,une horloge en phase avec les éléments d'infor- mation. Cette synchronisation est effectuée dans les dispositifs classiques soit seulement au début du mes- sage (et éventuellement renouvelée au cours de la transmission), soit en permanence, une horloge à la fréquence des éléments binaires-étant asservie aux données reçues par des moyens convenables permettant de s'affranchir du bruit qui affecte les éléments bi- naires reçus. Dans les systèmes de transmission du type à éva- sion de fréquences, o les informations sont transmises par paquets sur des porteuses à fréquences différentes, comme indiqué ci-dessus, le problème de la synchroni- sation se complique du fait que les écarts de phase sur les données reçues peuvent varier en fonction de la fréquence porteuse utilisée pour la transmission, même si les conditions de propagation sont par ailleurs in- changées et si les postes d'émission et de réception sont fixes. Les écarts de phase varient, a fortiori, si les conditions de propagation varient ou si l'un au moins des postes, émetteur ou récepteur, est mobile. Par conséquent dans ce type de systèmes, il est nécessaire de synchroniser une horloge du récepteur sur les données reçues, cette horloge étant recalée pour chaque paquet d'éléments binaires reçus, l'écart de phase étant quasi-constant pendant toute la durée de transmission d'un paquet. Pour réaliser la synchronisation de l'horloge du récepteur sur les éléments binaires reçus, ces élé- ments binaires étant tous des éléments constituant le message transmis, on connaît un dispositif de synchro- nisation qui comporte principalement une ligne à re- tard et un circuit de synchronisation en parallèle re- cevant tous deux les éléments binaires après démodula- tion de la porteuse. Le retard introduit par la ligne a retard est tel que l'horloge du récepteur soit calée en phase avec les éléments binaires lorsque ceux-ci sortent de la ligne. Le circuit de synchronisation utilise donc les éléments binaires reçus pour effec- tuer la synchronisation et tient compte pour déter- miner l'écart de phase d'un certain nombre d'éléments binaires successifs. Ce lissage introduit par le cir- cuit de synchronisation permet d'éviter de fixer l'écart de phase à une valeur qui tiendrait compte du bruit affectant les éléments binaires reçus. Un tel dispositif n'est pas adapté à la synchro-. nisation de messages binaires transmis par paquets, chaque paquet étant affecté d'un écart de phase diffé- rent de celui qui affecte le paquet précédent du fait du saut de fréquence porteuse, car les éléments bi- naires de la fin d'un paquet seraient échantillonnés par un signal d'horloge calé en phase par un circuit tenant compte des éléments binaires du paquet suivant dont les écarts de phase sont différents. L'invention a pour objet un dispositif de synchro- nisation évitant cet inconvénient, qui ne met pas en oeuvre beaucoup plus d'éléments que les dispositifs de synchronisation actuellement utilisés et qui, par con- séquent,. est du mime ordre de prix et de meme encom- t- brement. Ce dispositif permet d'élaborer un signal syn- chronisé qui est mis en mémoire après une durée au moins égale à la durée nécessaire pour que la syn- chronisation soit établie avec une bonne probabilité, ce signal étant utilisé pour échantillonner le signal sortant de la ligne à retard pendant le temps o les informations numériques reçues et celles sortant de la ligne à retard n'appartiennent pas au même paquet. Suivant l'invention, un dispositif de synchroni- sation d'informations numériques transmises. par pa- quets, comportant un circuit de synchronisation dont l'entrée est reliée à l'entrée de signal numérique et qui, par comparaison des transitions du signal numéri- que et de celles de signaux de référence,détermine un signal de référence synchronisé disponible après une durée TS, une ligne à retard de durée TS, couplée à l'entrée de signal numérique, et un circuit d'échan- tillonnage de sortie relié à la sortie de la ligne à retard et comportant une entrée de commande d'échan- tillonnage, est principalement caractérisé en ce que le dispositif comporte en outre un circuit à mémoire ayant une entrée couplée à la sortie du circuit de syn- chronisation, une entrée d'horloge destinée à recevoir un signal d'horloge de synchronisation au rythme des paquets d'informations mais décalé de TS par rapport au début de ces paquets, et une sortie couplée à l'entrée de commande d'échantillonnage du circuit de sortie, le contenu de ce circuit à mémoire étant directement lié au signal-de référence synchronisé, le signal d'horloge commandant le changement d'état du circuit à mémoire une durée T après le début des paquets d'informations S reçus et bloquant l'état de ce circuit à la fin des paquets d'informations reçus. L'invention a également pour objet un récepteur comportant un tel dispositif de synchronisation. L'invention sera mieux comprise et d'autres ca- ractéristiques apparaîtront à l'aide de la description qui suit en référence aux figures annexées. - la figure t représente un mode de réalisation du dispositif de synchronisation selon l'invention; - la figure 2 est un diagramme temporel des si- gnaux en différents points de ce dispositif; - la figure 3 est un diagramme montrant le sé- quencement des différentes opérations de synchronisa- tion, pour un dispositif dans lequel la durée d'un paquet d'éléments binaires est égale au retard intro- duit par la ligne à retard; - la figure 4 est un diagramme montrant le sé- quencement des opérations, pour un dispositif dans lequel la durée d'un paquet est supérieure au retard introduit par la ligne à retard. Le dispositif de synchronisation selon l'inven- tion est représenté sur la figure 1 et la f iaure 2 rqep- sente les signaux en différents points de ce dispositif. Il comporte une entrée E recevant la suite des éléments binaires restitués après réception du signal transmis et démodulation de la porteuse modulée par l'information. Ces éléments binaires ont un rythme fi en bits/se par exemple f = 16 x 103 bits/s pour une transmission numérique codant la parole. A titre d'e- xemple, la durée de transmission des paquets peut 'etre lms, ce qui correspond à 16 éléments binaires. Cette entrée E est reliée à l'entrée de signal d'un circuit d'échantillonnage 10 dont la sortie est reliée à l'entrée d'une ligne à retard 11, par exem- ple un registre à décalage ayant une entrée d'horloge de décalage. La précision de synchronisation recherchée étant bits, o k est un entier, cette précision est ob- tenue en comparant les transitions éventuelles des éléments binaires d'entrée avec des signaux décalés les uns par rapport aux autres de 1/kf, obtenus à partir d'une horloge de rythme F=kf. La durée de la phase de synchronisation est TS (durée d'un message ayant une probabilité p de contenir k transitions) et la longueur de la ligne à retard est choisie pour met- tre en mémoire les données échantillonnées correspon- dant à la durée Ts* Bien entendu la durée de la phase de synchronisa- tion est au plus égale à la durée de transmission d'un paquet d'informations. Les diagrammes de séquencement des figures 3 et 4 décrits ci-après montrent respecti- vement un cas o TS est égal à la durée d'un paquet et un cas o TS est inférieur à la durée d'un paquet. Une horloge 12, de rythme F. a sa sortie reliée d'une part à l'entrée de commande du circuit d'échan- tillonnage 10, d'autre part à l'entrée d'horloge de décalage de la ligne à retard 11. La sortie de la ligne à retard est reliée à l'entrée de signal d'un second circuit d'échantillonnage 13 ayant une entrée de com- mande d'échantillonnage et dont la sortie délivre les données échantillonnées synchronisées. Les éléments sus- décrits constituent la première voie, dite voie signal, du dispositif de synchronisation. Les éléments décrits ci-dessous forment la voie de synchronisation du dispositif. L'entrée E est reliée à l'entrée d'un circuit de dérivation et de mise en forme, 14, fournissant des impulsions courtes pour les transitions du signal nu- mérique reçu appliqué à l'entrée E. La sortie du circuit 14 est reliée aux entrées D, de deux bascules 15 et 16 de type"I1, ces bascules ayant par ailleurs des entrées d'horloge,T,et des entrées de remise à zéro,RAZ. Ces bascules 15 et 16 permettent de déterminer le sens et-la durée de l'écart entre les impulsions fournies par le circuit 14 correspondant aux transitions du signal binaire d'entrée, et un signal de référence SR auquel ces impulsions sont "comparées" comme il est-indiqué ci-dessous. Le signal de référence est obtenu de la manière suivante: La sortie de l'horloge 12 est reliée à l'entrée d'un circuit diviseur par k, 17, qui fournit sur k sor- ties, k signaux de rythme f décalés dans le temps l'un par rapport au suivant d'une période du signal d'horlo- ge rapide de rythme F. Le diagramme de la figure 2 a été établi en choisissant k = 8. La dernière ligne du diagramme temporel de la figure 2 indique l'échelle des temps. La première ligne de cette même figure i montre le signal d'horloge rapide S12 de rythme F. Les signaux suivants, Si, i = 1,8, sont les signaux de rythme f décalés d'une période de l'horloge rapide; seuls les signaux S1, S2 t S3, S4 et S8 ont été représentés. Les sorties du circuit diviseur 17 sont reliées aux entrées d'un multiplexeur 18 dont la sortie délivre le signal de référence SR, qui est à un instant donné, l'un des k signaux présents sur les entrées, choisi en fonction de l'état des entrées de commande du multi- plexeur 18. Ces entrées de commande du multiplexeur 18 sont reliées aux sorties d'un circuit compteur-décompteur 19 ayant une entrée de comptage "+" et une entrée-de dé- comptage "-". Ce circuit est susceptible de compter jusqu'à k et le contenu de ce compteur correspond a un instant donné à l'indice i du signal sélectionné par le multiplexeur. La sortie du multiplexeur 18 est re- liée directement à l'entrée d'horloge T de la bascule et par l'intermédiaire d'un inverseur 20 à l'entrée d'horloge T de la bascule 16. La sortie de la bascule est reliée à une première entrée d'une porte ET 21 dont la seconde entrée est reliée à la sortie de l'in- verseur 20. De la m9me manière, la sortie de la bascule 16 est reliée à une première entrée d'une porte ET 22 dont la seconde entrée est reliée à la sortie du multiple- xeur 18. Les sorties des portes ET, 21 et 22, sont respectivement reliées aux entrées RAZ des bascules 15 et 160 Les sorties Q de ces bascules sont également re- liées aux premières entrées de deux portes ET, respec- tivement 23 et 24 recevant sur leurs secondes entrées un signal Ee, enveloppe des paquets d'informations à l'entrée du dispositifde niveau 1 pendant les phases de transmission des paquets de données et de niveau 0 entre les paquets. Les sorties de ces portes ET 23 et 24 sont res- pectivement reliées aux entrées de signal de deux bas- cules de type "D", 25r et 26, recevant sur leurs en- trées d'horloge, T, le signal de sortie de l'horloge à fréquence Fe S12. Les sorties inversées de ces bascules,- Q, sont respectivement reliées aux entrées de comptage "+" et de décomptage -" du circuit 19. Les fronts mon- tants des signaux appliqués aux entrées du compteur 19 commandent les changements de contenu de ce compteur. Sur la figure 2, la ligne S19 indique le contenu du compteur et les instants de changement de ce contenu. Le signal de référence SR reproduit l'un ou l'autre des signaux Si suivant le contenu du compteur. Les signaux S14, S15 et Sl6 représentent respectivement les si- gnaux de sortie du circuit 14 et des bascules 15 et 16. Les signaux S25 et S26 sont les signaux appliqués aux entrées "+" et "-" du circuit compteur-décompteur. Le dispositif fonctionne de la manière suivante Le signal de référence présent à la sortie du multiplexeur 18, soit S a l'instant t sur l'exemple 2 o de la figure 2, est appliqué à l'entrée d'horloge de la bascule 15, S2 inversé étant appliqué à l'entrée d'hor- loge de la bascule 16. A l'instant t1 correspondant à la première transition des données reçues, la sortie de la bascule 15 passe de l'état O à l'état 1, son entrée T étant alors à l'état 1. Le signal E étant à l'état 1, e la sortie de la porte ET 23 passe à 1 et sur le front montant qui suit du signal d'horloge S12, à l'ihs- tant t2 t la sortie inversée de la bascule 25 initiale- ment à 1 passe à l'état 0. Sur le front descendant du signal S2, à l'instant t3, la sortie de l'inverseur passe à 1 et la sortie de la porte 21 passe à 1; ce qui provoque la remise à zéro de la bascule 15. Le front montant suivant du signal d'horloge S12, à l'ins- tant t4, provoque le basculement de la bascule 25 dont la sortie inversée repasse à 1. Le front montant du signal-S 25 appliqué à l'en- trée "+" du compteur 19 commande une augmentation d'une unité du contenu de ce compteur qui provoque un change- ment de signal de référence à la sortie du multiplexeur 18, le signal présent sur la sortie de 18 étant alors le signal S3. Les mêmes commandes sont reproduites pour les deux impulsions suivantes intervenant aux instants t5 et t et les signaux S4, puis S. sont donc successivement transmis par le multiplexeur 18. Puis, à la quatrième impulsion courte appliquée aux entrées d'horloge des bascules, à l'instant tl3, la bascule 16 recevant le signal S5 inversé passe à l'état 1. Sur le front montant suivant du signal S12, à l'instant t14, la sortie inversée de la bascule 26 passe à 0. Cet instant coIncide également avec le changement d'état du signal S5 et donc avec la remise à zéro de la bas- cule 16. Sur le front montant du signal S 2a l'impul- sion d'horloge qui suit à l'instant t15, l'entrée de la bascule 26 étant ramenée à È, la sortie inversée de cette bascule repasse à 1. Ce front montant du signal S26 commande une diminution d'une unité du contenu du compteur. Le signal présent sur la sortie du multiple- xeur est donc à nouveau le signal S4. Dans l'exemple représenté sur la figure 2, les impulsions courtes à la sortie du circuit de dérivation ne coYncident pas. exactement avec les transitions de l'un des signaux Si. Par conséquent le signal de référence à la sortie du multiplexeur 18 oscille entre S4 et S5. Dans l'exemple choisi k = 8, Ainsi, si chaque. paquet comporte 16 éléments binaires, et si la proba- bilité de transition dans une période de bit est 1/2, la synchronisation sera obtenue avec une bonne proba- bilité à la fin du paquet. Pour la commande d'échantillonnage à la sortie de la ligne à retard à partir de la référence de pha- se ainsi obtenue, le dispositif comporte un registre mémoire 27 dont les entrées sont reliées aux sorties du circuit compteur-décompteur 19. Ce registre mémoire a une entrée d'horloge. Les sorties de ce registre 27 sont reliées aux entrées de commande d'un second multiplexeur 28 ayant k entrées de signal reliées, comme les entrées de signal du multi- plexeur 18, aux k sorties du circuit diviseur 17. Le multiplexeur 26 fournit sur sa sortie l'un des k si- gnaux Si présents sur ses entrées choisi à partir de l'indice i à la sortie du registre mémoire. Dans un cas simple, la durée TS de la phase de synchronisation correspond à la durée d'un paquet et la longueur de la ligne à retard est égale à la lon- gueur d'un paquet. Dans ce cas, comme le montre le dia- gramme de séquencement de la figure 3 (pour lequel l'échelle des temps est différente de celle de la fi- gure 2) le signal d'horloge de synchronisation HS appliqué à l'entrée d'horloge du registre mémoire 27 est directement dérivé du signal d'enveloppe des pa- quets Ee. - Sur ce diagramme de séquencement, la première li- gne montre l'enveloppe Ee des paquets P1, P2 -. d'é- léments binaires à l'entrée de la ligne à retard 11. Ce signal est le signal appliqué à l'entrée des portes 23 et 24 de façon que le circuit compteur-décompteur 19 ne change pas d'état entre la fin d'une phase de syn- chronisation sur les données d'un paquet et le début de la phase de synchronisation sur les données du paquet suivant. Sur la seconde ligne du diagramme est repré- senté le signal HS, les impulsions étant les impul- sions de mise en mémoire dans le registre à mémoire 27. Le dernier signal représente l'enveloppe ES des paquets d'éléments binaires à la sortie de la ligne à retard. Le diagramme de séquencement de la figure 4 mon- tre un cas dans lequel le nombre de transitions dans un paquet est supérieur à k. Dans ce cas la durée d'ac- quisition de la synchronisation est inférieure à la du- rée d'un paquet et le retard introduit par la ligne à retard peut %tre inférieur à la période des paquets. Pendant la première phase, les bits d'un paquet en- trent dans la ligne à retard. Le circuit de synchro- nisation effectue les comparaisons. A la fin du délai introduit par la ligne à retard, le signal synchroni- sé est obtenu. Au lieu de le mettre en mémoire à cet instant et d'échantillonner les bits de ce meme paquet qui commencent à sortir de la ligne à retard avec ce signal pendant toute la durée du paquet sortante le circuit de synchronisation continue d'effectuer les comparaisons jusqu'à la fin du paquet d informations (commandé par le signal d'horloge paquet). Ainsi la synchronisation peut être affinée. Pendant cette deu- xième phase, l'échantillonnage par le circuit 13 est fait par le signal synchronisé qui est le signal de référence éventuellement variable SR ' Pour cela le signal d'horloge de synchronisation E appliqué à l'en- trée de commande du registre à mémoire est au niveau 1 pendant toute la seconde phase. Ainsi les sorties de ce registre donnent à tout moment les signaux présents sur ses entrées* A la fin de la réception du paquet, ce signal - HS est ramené à zéro de façon que les sorties du re- gistre 27 restent dans le dernier état, et cela pendant toute la troisième phaseo les informations sortant de la ligne à retard appartiennent au premier paquet P1 et celles reçues et transmises au circuit de synchroni- sation appartiennent au paquet P2,et pendant l'inter- valle entre les deux paquetso le circuit de synchro- nisation n'effectue pas de comparaison. Puis le dispo- sitif est ramené dans le m me état qu'au début de la deuxième phases les premières informations du paquet P2 sortant de la ligne à retard, et le signal I S reprend le niveau 1. L'invention n'est pas limitée au mode de réalisa- tion précisément décrit. En particulier, dans le cas o la durée de la phase de synchronisation est inférieure * à celle d'un paquet, il est également possible de pré- voir que le changement de contenu du compteur 19 ne soit modifié qu'après plusieurs impulsions indiquant des écarts de phase dans le m9me senst par exemple 2 ou 3 impulsions. En effet, comme indiqué ci-dessus, lorsque les transitions du signal d'entrée ne coïncident pas exactement avec l'un des signaux de référence, il y a oscillation du contenu du compteur. Pendant la deuxième phase o l'échantillonnage par le circuit 13 est com- mandé directement par le signal de référence, il y a donc oscillation entre deux signaux. La commande de changement d'état du compteur 19 seulement après plu- sieurs impulsions indiquant les écarts dans le meme sens permet d'éviter cette instabilité éventuelle. De plus, l'exemple de réalisation du dispositif est donné à titre d'exemple non limitatif. Les mêmes fonctions peuvent 9tre obtenues par des circuits de commande différents. REVENDICATIONS 1. Dispositif de synchronisation d'informations numériques transmises par paquets, comportant un cir- cuit de synchronisation dont l'entrée est reliée à l'entrée de signal numérique et qui, par comparaison des transitions du signal numérique et de celles de signaux de référence détermine un signal de référence synchronisé disponible après une durée Ts Y une ligne à retard (11) de durée TS, couplée à l'entrée de si- gnal numérique, et un circuit d'échantillonnage de sortie (13) relié à la sortie de la ligne à retard et comportant une entrée de commande d'échantillonnage, caractérisé en ce que le dispositif comporte en outre un circuit à mémoire (27) ayant une entrée couplée à la sortie du circuit de synchronisation, une entrée d'horloge-destinée à recevoir un signal d'horloge de synchronisation tions mais décalé de TS par rapport au début de ces paquetsiet une sortie couplée à l'entrée de commande d'échantillonnage du circuit de sortie, le contenu de ce circuit à mémoire étant directement lié au signal de référence synchronisé, le signal d'horloge (HS) commandant le changement d'état du circuit à mémoire une durée TU après le début des paquets d'informations reçus et bloquant l'état de ce circuit à la fin des paquets d'informations reçus. 2. Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce quela durée TS étant égale à la durée des paquets, le contenu du circuit a mémoire est caracté- ristique du signal de référence synchronisé disponi- ble à la fin de la réception d'un paquet d'informations, ce signal étant le signal transmis à l'entrée de com- mande d'échantillonnage pendant la sortie des informa- tions du même paquet de la ligne à retard. 3. Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que, TS étant inférieure à la durée des pa- quets, le contenu du circuit à mémoire suit les varia- tions du signal de référence synchronisé entre la fin de la durée TS et la fin de la réception d'un paquet d'informations, le signal d'horloge de synchronisation étant à l'état 1 pendant cette phase o les informa- tions reçues et les informations sortant de la ligne à retard appartiennent au meme paquet. 4. Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 3, caractérisé en ce que le circuit de synchronisation comporte un générateur (12 et 17) de signaux rectangulaires Si, i = 1 à k, de m9me rythme f que les informations numériques mais décalés l'un par rapport au suivant de k1f, et un circuit logique de comparaison relié à l'entrée de signal numérique d'une-part et aux sorties du générateur de signaux d'autre part, et dont la sortie est couplée à un comp- teur (19) dont l'état indique l'indice i d'un signal de référence choisi entre les Si, les sorties de ce compteur étant reliées aux entrées de commande d'un multiplexeur ayant k entrées de signal reliées aux sorties du générateur et une sortie délivrant le si- gnal de référence S. fonction de l'état du compteur, le compteur étant incrémenté ou décrémenté à chaque transition du signal numérique suivant que cette transition est en avance ou en retard par rapport à la transition correspondante du signal appliqué au circuit logique de comparaison. 5. Dispositif selon la revendication 4, carac- térisé en ce que les sorties du compteur sont reliées aux entrées de signal du circuit à mémoire, lui-meme couplé à l'entrée de commande d'échantillonnage par un multiplexeur dont les k entrées de signal sont reliées aux k sorties du générateur et dont les entrées de commande sont reliées aux sorties du compteur. 6. Récepteur d'informations numériques trans- mises par paquets, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de synchronisation selon l'une quelcon- que des revendications précédentes.