Brevet FR2485842A1 — publié le 19811231

Dispositif de séparation des voies émission et réception d1 une transmission de données en duplex intégral La présente invention est du domaine des transmissions. Elle concerne plus particulièrement la séparation des voies émission et réception d'une transmission de données en duplex intégral empruntant une liaison à deux fils du genre de celles reliant les postes d'abonnés à un central téléphonique. I1 est connu d'effeetuer-une telle séparation à l'aide d'un coupleur hybride associé à un annuleur d'écho. Le coupleur hybride est un circuit de jonction deux fils-quatre fils utilisé dans la technique téléphonique pour la séparation de deux sens de transmission empruntant une liaison à deux fils dans la même bande de fréquence. C'est un circuit passif constitué d'un montage en pont inductif ou résistif à quatre bornes fonctionnant en coupleur directif et comportant une impédance d' équilibrage dont le choix résulte d'un compromis fonction de la variété des lignes à deux fils rencontrées.Même lorsqu' il est raisonnablement bien équilibré, il laisse passer, sur la voie réception e8té quatre fils, des signaux parasites ou échos qui sont dus principalement à une fuite directe à son niveau entre les voies émission et réception côté quatre fils et aceessoirement à des fuites indirectes provoquées par des réflexions le long de la liaison à deux fils et dans leséquipements placés à son extrémité éloignée1 et dont le niveau est prohibitif pour les systèmes de transmission de données en duplex intégral. L'annuleur d'écho est utilisé pour atténuer les échos parasites que laisse passer le coupleur hybride sur sa voie réception côté quatre fils. I1 est connecté en dérivation entre les voies émission et réception côté quatre fils du coupleur hybride et comporte princi palement - un filtre synthétiseur d'écho qui est alimenté par le signal de la voie émission côté quatre fils du coupleur hybride et dont la réponse impulsionnelle est rendue identique à celle du chemin d'écho et - un circuit soustracteur retranchant l'écho synthétisé du signal présent sur la voie de réception côté quatre fils du coupleur hybride. Le filtre synthétiseur d'écho est, en général, constitué d'un filtre numérique transversal dont les coefficients de pondération sont ajustés par des asservissements de manière à décorreler le signal de sortie du filtre et le signal de la voie émission côté quatre fils du coupleur hybride. Pour obtenir, entre les voies émission et réception côté quatre fils du coupleur hybride, une séparation de l'ordre de 60dB, ce qui est souhaitable pour une transmission de données en duplex intégral à 80K Bits/s sur une liaison à deux fils reliant un poste d'abonné à un central téléphonique, on doit affecter, au filtre numérique transversal, des coefficients de pondération d'une très grande précision avec plus de 20 bits et utiliser pour leur réglage un signal d'erreur apprécié avec une précision du même ordre.Il en résulte, pour la réalisation de l'annuleur d'écho les inconvénients suivants - nécessité d'un grand nombre de circuits numériques, - temps de traitement important nécessaire au réglage des coefficients de pondération, - coût élevé du convertisseur analogique-numérique nécessaire pour le traitement du signal d'erreur, - nécessité d'une technologie très rapide, coûteuse et consommatrice d'énergie. La présente invention a pour but de réduire les inconvénients précités. Elle a pour objet un dispositif de séparation des voies émission et réception d'une transmission de données en duplex intégral empruntant une liaison à deux fils, comportant un circuit de jonction deux fils quatre fils muni d'un réseau d'équilibrage adaptatif, et un annuleur d'écho connecté en dérivation entre les voles émission et réception côté quatre-fils du circuit de jonction. L'avantage du dispositif réside dans la possibilité d'une répartition optimale entre le circuit de jonction et l'annuler d'écho, de la performance globale nécessaire au bon fonctionnement de la liaison bilatérale simultanée. Considéré isolément, ni le circuit de jonction, ni l'annuleur d'écho ne permettrait d'atteindre l'objectif à un coût satisfaisant. L'adaptation du réseau d'équilibrage du circuit de jonction deux-fils quatre-fils-se fait avantageusement en présence d'un signal d'émission local particulier, avant la communication. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront des revendications jointes et de la description ci-après, dtun mode de réalisation. Cette description sera faite en regard du dessin dans lequel - la figure 1 représente le schéma d'un dispositif, conforme à l'invention, assurant la séparation des voies émission et réception d'une transmission de données en duplex intégral pour permettre la connexion de l'émetteur et du récepteur d'un terminal local à l'extrémité d'une liaison à deux fils et - la figure 2 détaille la structure d'un circuit de jonction deux fils quatre fils faisant partie du dispositif représenté à la figure 1. On distingue sur la figure 1 l'émetteur 1 et le récepteur 2 d'un terminal d'un système de transmission de données en duplex intégral reliés à une liaison à deux fils 3 du genre de celles reliant des postes d'abonnés à un central téléphonique par l'intermédiaire d'un circuit de jonction deux fils quatre fils représenté par ses principaux éléments entourés d'un rectangle en pointillés 4 et d'un annuleur d'écho avec ses principaux éléments entourés d'un rectangle en poin- tillés 5. Le circuit de jonction deux fils quatre fils 4 présente, côté deux fils, une borne bidirectionnelle d'entrée sortie 6 connectée à la liaison à deux fils 3 et côté quatre fils, une borne unidirectionnelle 7 d'entrée connectée à la sortie de l'émetteur local 1 de données ainsi qu'une borne unidirectionnelle 8 de sortie connectée à l'entrée du récepteur local 2 de données par l'intermédiaire de l'annuleur d'écho 5.Il a une structure en forme de pont avec une borne 9 reliée à sa borne unidirectionnelle d'entrée 7 par l'intermédiaire d'un amplificateur séparateur 10 et à la masse par l'intermédiaire, d'une part d'une première et d'une deuxième branches connectées en série et constituées chacune d'une résistance fixe 11 respectivement 12, et d'autre part, d'une troisième et quatrième branches connectées en série et constituées l'une du primaire d'un transformateur dsisole- ment 13 dont les extrémités du secondaire aboutissent à la borne bidirectionnelle d'entrée-sortie 6, et l'autre par un réseau d'équilibrage ajustable 14.Il comporte en outre un circuit d'asservissement 16 assurant le réglage du réseau d'équilibrage 14 à partir du signal présent sur la borne unidirectionnelle de sortie 8, et un amplificateur différentiel 15 dont la sortie est connectée à la borne unidirectionnelle de sortie 8 et dont les entrées sont connectées l'une entre les résistances il et 12 constituant les première et deuxième branches du pont, et l'autre entre le primaire du transformateur d'isolement 13 et le réseau d'équilibrage ajustable 14 constituant les troisième et quatrième branches du pont. Le circuit d'asservissement 16 possède une entrée de blocage 17, contrôlée par l'émetteur local 1. L'annuleur d'écho 5 comporte, de manière classique - un filtre synthétiseur d'écho, numérique et adaptatif 18 avec une entrée de signal connectée en sortie de l'émetteur local 1 par l'intermédiaire d'un convertisseur analogique-numérique ADC 19, une sortie et une entrée de réglage, et - un circuit soustracteur 20 avec une entrée additive connectée à la borne unidirectionnelle de sortie 8 du circuit de jonction 4, une entrée soustractive connectée par l'intermédiaire d'un convertisseur numérique-analogique DAC 21, à la sortie du filtre synthétiseur d'écho 18 et une sortie connectée à l'entrée du récepteur de données local 2 ainsi que, par l'intermédiaire d'un convertisseur analogique-numérique 22 à l'entrée de réglage du filtre synthétiseur d'écho 18. Dans certain cas, notamment en l'absence de modulation et lorsque le code émis en ligne résulte d'une transformation linéaire d'un signal à émettre disponible sous forme binaire ou ternaire, il est possible de supprimer le convertisseur analogique-numérique 19 et de simplifier le filtre numérique synthétiseur d'écho 18 en lui appliquant directement le signal à émettre. L'annuleur numérique d'écho 5 synthétise, à partir du signal de l'émetteur local 1 ou d'un signal à émettre disponible avant ou à l'intérieur de l'émetteur local 1, un signal qui se rapproche le plus possible de l'écho apparaissant sur la borne unidirectionnelle de sortie 8 du circuit de jonction 4 et le soustrait du signal appliqué à entrée du récepteur local de données 2. Ses diverses structures possibles ainsi que son fonctionnement ne seront pas détaillés davantage car ils sont bien connus dans la technique. Le principe de fonctionnement du circuit de jonction deux fils quatre fils 4 est celui d'un pont de h7heastone. Les résistances 11 et 12 des première et deuxième branches sont égales et ce pont est en équilibre lorsqu'est réalisée Légalité en module et en phase de l'impédance du réseau d'équilibrage ajustable 14 et de l'impédance d'entrée de la liaison à deux fils 3 ramenée au primaire du transformateur d'isolement 13. A l'équilibre, la tension développée entre la borne 9 de ce pont et la masse et la tension développée entre les bornes d'entrée de l'amplificateur différentiel 15 sont indépendantes et la séparation des voies émission et réception, côté quatre fils, en découle. En l'absence d'équilibre, l'application d'une tension entre la borne 9 et la masse c'est-à-dire d'un signal sur la borne unidirectionnelle d'entrée 7, entraine l'apparition d'une tension de déséquilibre à la sortie de l'amplificateur différentiel 15. Cette tension de déséquilibre est utilisée par le circuit d'asservissement 16 pour le réglage du réseau d'équilibrage 14. On notera que le signal d'émission appliqué à la borne unidirectionnelle d'entrée 7 du circuit de jonction 4 est transmis sur la liaison à deux fils 3 avec un affaiblissement sensiblement égal à 6 dB, les résistances 11 et 12 étant égales et très supérieures à l'impédance de sortie de l'amplificateur séparateur 10. Par contre, lorsque ltéquili- brage a été effectué, le signal distant est reçu sans affaiblissement. La contribution du circuit de jonction 4 et de l'annuleur d'écho numérique 5 à l'affaiblissement de l'écho est judicieusement répartie en regard de la simplicité de réalisation. Pour la simplicité du réseau d'équilibrage ajustable 14 et du circuit d'asservissement 16 du circuit de jonction 4 il n'est pas recherché un équilibrage parfait et l'on se contente d'un affaiblissement de 20 dB au niveau du circuit de jonction. Pour un affaiblissement d'écho de l'ordre de 60 dB il suffit de faire suivre le circuit de jonction k d'un annuleur numérique d'écho ayant une dynamique limitée à 40 dB ce qui est une valeur tout à fait acceptable, accessible avec des coefficients de pondération définis avec une précision de l'ordre de 15 bits.La dynamique de l'annuleur numérique d'écho est amplement suffisante pour suivre les fluctuations de l'écho pendant tout le temps d'une communication (fonctionnement en duplex intégral). Cela permet une simplification supplémentaire du circuit de jonction 4 qui n'est pas autoadaptatif pendant une communication , c'est-à-dire en présence d'un signal distant, mais uniquement pendant une période de quelques dizaines de millisecondes préalable à une communication en présence d'un signal particulier de l'émetteur local 1. La figure 2 détaille une réalisation du circuit de jonction 4 assurant un affaiblissement d'écho de 20 à 25 dB dans la gamme des fréquences allant de 1 à 100KHz. Le réseau d'équilibrage ajustable 14 est réalisé sous la forme d'un dipôle passif à structure en échelle avec trois résistances séries et trois capacités parallèles. La résistance médiane du dipôle est réglable. Elle est formée de plusieurs résistances élémentaires 30, 31, 32, 33, 34 en série dont les valeurs sont en progression géométrique de raison 2 et qui sont shuntées individuellement par des interrupteurs commandés 40, 41, 42, 43, 44 réalisés, par exemple, en technologie CMOS ou VMOS. Pour les liaisons à deux fils du genre de celles reliant un poste d'abonné à un central téléphonique la résistance réglable peut varier entre 10 et 630 Ji . La variation de la moyenne de la tension de déséquilibre apparaissant sur la borne unidirectionnelle de sortie 8 du circuit de jonction 4 lorsque l'on applique, en l'absence de communication, un signal de réglage sur la borne unidirectionnelle d'entrée 7 du circuit de jonction, en fonction de la valeur de la résistance réglable du réseau d'équilibrage, a une allure parabolique avec un seul minimum. Pour atteindre ce minimum correspondant à l'équilibre, il suffit de faire varier la valeur de la résistance réglable dans le sens correspondant à une diminution de la valeur moyenne de la tension de déséquilibre. Le circuit d'asservissement 16 comporte essentiellement - un compteur-décompteur 50 qui, en coopération avec les interrupteurs commandés 40, 41, 42, 43, 44 et selon son sens de comptage ou de décomptage, permet d'augmenter ou de diminuer par échelons élémentaires identiques la valeur de la résistance réglable du réseau d'équilibrage 14, - un circuit de redressement et de filtrage délivrant la valeur moyenne de la tension sur la borne unidirectionnelle de sortie 8 qui, en l'absence de communication et en présence d'un signal de réglage engendré par l'émetteur local 1, est une tension de déséquilibre, - un circuit sensible au sens de variation de la valeur moyenne délivrée par le circuit de redressement et de filtrage, et - un circuit déterminant le mode de fonctionnement du compteur-décomp- teur 50 qui aboutit à une diminution de la valeur moyenne. Le compteur-décompteur 50 a une entrée d'horloge CP connectée à la sortie d'un circuit d'horloge 51, une entrée d'inhibition CE connectée par l'intermédiaire d'une porte logique "ou" 52 à l'entrée de blocage 17 du circuit d'asservissement 16, une entrée de comptage décomptage UP/DN et une sortie parallèle dont les digits contrôlent les interrupteurs commandés du réseau d'équilibrage ajustable 14. L'interconnexion entre ces digits et les interrupteurs commandés 40, 41, 42, 43, 44 est effectuée de manière qu'un digit de plus fort poids contrôle un interrupteur commandé shuntant une résistance élémentaire de plus grande valeur. Grâce à cela, la valeur de la résistance réglable du réseau d'équilibrage augmente par échelons identiques lorsque le compteur-décompteur 50 compte et diminue également par échelons de valeurs identiques lorsque le compteur-décompteur 5Q décompte. Le circuit de redressement et de filtrage est constitué d'une diode 53, d'une résistance 54 et d'une capacité dtintégration 55 connectées en série et dans l'ordre mentionné entre la sortie de l'amplificateur différentiel 15 et la masse. Il délivre aux bornes de la capacité d'intégration 55 la valeur moyenne de la tension sur la borne unidirectionnelle de sortie 8 du circuit de jonction 4. Le circuit sensible au sens de variation de la valeur moyenne délivrée par le circuit de redressement et de filtrage est constitué d'un échantillonneur 56 connecté aux bornes de la capacité d'intégration 55 et commandé par le circuit d'horloge 51, et d'un compa- rateur 57 à deux entrées connectées aux bornes de la capacité d'inté- gration 55 l'une (inverseuse) directement l'autre (non inverseuse) par l'intermédiaire de l'échantillonneur 56. Il délivre à la sortie du comparateur 57 un signal binaire au niveau logique 1 si la valeur moyenne de la tension sur la borne unidirectionnelle de sortie 8 du circuit de jonction a tendance à décroître et au niveau logique 0 dans le cas contraire. Le circuit déterminant le mode de fonctionnement du compteur décompteur. 50 est une bascule qui passe d'un état à l'autre sous la commande du circuit d'horloge 51 lorsqu'elle n'est pas bloquée par le comparateur 57. Il comporte une bascule de type D 58 dont l'entrée donnée D est connectée à sa sortie complémentée Q , dont l'entrée d'horloge CP est connectée, par l'intermédiaire d'une porte logique 59 de type "non ou" à deux entrées, d'une part au circuit d'horloge 51 et d'autre part à la sortie du comparateur 57 et dont la sortie Q est connectée à l'entrée de commande de comptage et décomptage UP/DN du compteur-décompteur 50.Il comporte en outre un circuit de butée 60 avec une entrée parallèle connectée à la sortie parallèle du compteur-décompteur 50 et deux sorties connectées l'une à l'entrée de remise à zéro R de la bascule de type D 58, l'autre à l'entrée de remise à "un" S de cette même bascule 58. Ce circuit de butée a pour fonction d'imposer le décomptage lorsque le compteur-décompteur 50 arrive à sa capacité maximale, et le comptage lorsque le compteur décompteur 50 arrive à sa capacité minimale, ceci pour éviter les débordements par valeur maximale ou minimale du compteur-décompteur 50. Il peut être constitué à l'aide de deux réseaux de diodes l'un détectant l'état 00000 et imposant dans ce cas un niveau logique 1 sur l'entrée de remise à "un" S de la bascule de type D 58, l'autre détectant l'état 11111 et imposant dans ce cas un niveau logique t sur l'entrée de remise à zéro R de la bascule de type D 58. Tant que l'équilibre n'est pas réalisé, la bascule de type D 58 est bloquée par le comparateur 57 dans l'état qui conduit à une diminution de la valeur moyenne de la tension présente sur la borne unidirectionnelle de sortie 8 du circuit de jonction 4. Dès que l'équilibre est réalisé la bascule de type D bloquée et débloquée par le comparateur 57 se met à osciller. Pour mettre un terme à ces oscillations le circuit d'asservissement 16 comporte un circuit d'inhibition formé d'un compteur 61 avec une entrée d'horloge CP connectée à la sortie Q de la bascule de type D 58, une entrée de remise à zéro MR connectée à l'entrée de blocage du circuit d'asservissement 16, une entrée d'inhibition CE et une sortie à un digit connectée d'une part à son entrée d'inhibition CE et d'autre part, par l'intermédiaire de la porte logique 52 de type "ou", à l'entrée d'inhibition CE du compteur-décompteur 50. L'entrée de blocage 17 du circuit d'asservissement 16 est connectée à l'émetteur local 1 qui la maintient au niveau logique 1 sauf lorsqu'il émet un signal de réglage avant l'établissement d'une communication. La présence du niveau logique 1 sur l'entrée de blocage 17 bloque le compteur-décompteur 50 et par conséquent le réglage du réseau d'équilibrage 14, et débloque le circuit d'inhibition en remettant son compteur 61 à zéro. La disparition d'un niveau logique 1 sur l'entrée de blocage 17 qui coïncide avec la présence d'un signal de réglage et l'absence de communication débloque le compteur-décompteur 50 qui selon l'état de la bascule de type D 58 progresse ou régresse d'une unité entrainant l'augmentation ou la diminution d'un échelon de la valeur de la résistance variable du réseau d'équilibrage 14. L'effet de cette modification du réseau d'équilibrage 14 sur la valeur moyenne de la tension de déséquilibre est pris en compte par le comparateur 57 qui bloque la bascule de type D 58 si la valeur moyenne a diminué ou la laisse changer d'état dans le cas contraire. La prochaine modification du réseau d'équilibrage se fait alors vers la valeur d'équilibre, la bascule de type D 58 restant bloquée jusqu'à ce que l'équilibre soit atteint puis se mettant à osciller entraînant, pour la valeur de la résistance ajustable du réseau d'équilibrage 14, des variations d'un échelon autour de la position d'équilibre. Après un certain nombre d'oscillations de la bascule de type D 58 un niveau logique 1 apparatt en sortie du compteur 61 qui bloque le compteurdécompteur 50 et se bloque lui-meme, l'équilibrage étant terminé. il est avantageux de commencer le processus d'équilibrage à partir d'une valeur moyenne de la résistance réglable du réseau d'équilibrage 14 et non d'une valeur faible ou élevée. il suffit pour cela de prévoir une remise du compteur-décompteur 50 à sa position médiane à chaque transition négative (1-O) du niveau logique appliqué sur l'entrée de blocage 17. On peut, sans sortir du cadre de l'invention, modifier certaines dispositions ou remplacer certains moyens pas des moyens équivalents. En particulier, la porte logique 59 peut être avantageusement remplacée par une bascule du type D dont l'entrée CP est connectée au circuit d'horloge 51, dont l'entrée D est connectée à la sortie du comparateur et dont la sortie Q est connectée à l'entrée GP de la bascule 58. Cette bascule évite que la bascule 58 change d'état sur les oscillations du comparateur, qui pourraient se produire au moment où l'horloge est à l'état bas et lorsque la résistance sélectionnée par le circuit 50 est proche de la résistance optimale d'adaptation. REVENDICATIONS 1/Dispositif de séparation des voies émission et réception d'une transmission de données en duplex intégral empruntant une liaison à deux fils (3), ledit dispositif comportant un circuit de jonction deux fils quatre fils (4) et un annuleur d'écho (5) connecté en dérivation entre la voie émission et la voie réception, côté quatre fils du circuit de jonction (4) et étant caractérisé en ce que le circuit de jonction (k) deux fils quatre fils comporte un réseau d'équilibrage ajustable (14) et un circuit d'asservissement (16) assurant le réglage du réseau d'équilibrage (14) 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit d'asservissement (16) comporte une commande de blocage (17) permettant de ne le faire fonctionner qu' en présence d'un signal de réglage appliqué sur la voie émission (7) côté quatre fils du circuit de jonction (4) en dehors de toute communication. 3/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réseau d'équilibrage ajustable (14) est un réseau RC passif à résistances commutées et capacités. 4/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réseau d'équilibrage ajustable (14) est un dipôle passif à structure en échelle avec trois résistances sérieL et trois capacités parallèles la résistance médiane étant formée d'une série de résistances élémentaires (30, 31, 32, 33, 34) qui sont shuntées individuellement par des interrupteurs commandés (40, 41, 42, 43, 44) et dont les valeurs sont en progression géométrique. 5/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de jonction (4) deux fils quatre fils a une structure en forme de pont avec une première borne (9) à laquelle aboutit la voie émission côté quatre fils qui est reliée à la masse par l'intermédiaire d'une part des première et deuxième branches du pont connectées en série et d'autre part des troisième et quatrième branches du pont également connectées en série, les première et deuxième branches du pont étant constituées de résistances fixes (11, 12), la troisième du primaire d'un transformateur d'isolement (13) dont le secondaire est relié à la liaison à deux fils (3) et la quatrième du réseau d'équilibrage ajustable (14) le signal de la voie réception (8) côté quatre fils étant disponible entre la borne du pont située entre la première et la deuxième branches et la borne du pont située entre la troisième et la quatrième branches. 6/ Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le circuit de jonction deux fils quatre fils (4) comporte en outre un amplificateur différentiel (15) dont les entrées sont connectées l'une entre la première et la deuxième branches du pont, l'autre entre les troisième et quatrième branches du pont et dont la sortie est reliée à la voie réception (8) côté quatre fils. 7/ Dispositif selon la revendication 6 avec un réseau d'équilibrage ajustable (14) comportant un dipôle passif avec une structure en échelle à trois résistances série et trois capacités parallèle la résistance médiane étant formée d'une série de résistances élémentaires (30, 31, 32, 33, 34) qui sont shuntées individuellement par des interrupteurs commandés (40, 41, 42, 43, 44), caractérisé en ce que le circuit asservissement (16) comporte - un circuit de redressement et de filtrage (53, 54, 55) connecté à la sortie de l'amplificateur différentiel (15) et délivrant la valeur moyenne du signal de sortie de ce dernier, - un circuit échantillonneur (56) connecté à la suite du circuit de redressement et de filtrage, - un circuit comparateur (57) connecté aux sorties du circuit de redressement et de filtrage, et du circuit échantillonneur (56), ledit circuit comparateur (57) délivrant le signe de la variation de la valeur moyenne du signal de sortie de l'amplificateur différentiel (15), - une bascule (58) bloquée par le circuit comparateur (57) lorsque ce dernier détecte une variation négative de signe, - un compteur-décompteur (50) dont le sens de progression est commandé par la bascule (58) et dont la sortie parallèle commande les interrupteurs commandés (40, 41, 42, 43, 44), - et un circuit d'horloge (51) rythmant le circuit échantillonneur (56), la bascule (58) et le compteur-décompteur (50). 8/ Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'asservissement comporte en outre un circuit d'inhibition (61) qui bloque le compteur décompteur (50) après un nombre déterminé de changement d'état de la bascule (58). 9/ Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'asservis sement comporte en outre un circuit de butée (60) qui évite les débordements par valeur supérieure ou inférieure du compteur-décompteur (50) en agissant sur la bascule (58) de manière à imposer un décomptage lors que le compteur-décompteur atteint sa valeur maximale et un comptage lorsqu'il atteint sa valeur minimale