Brevet FR2509552A1 — publié le 19830114

La présente invention se rapporte à la transmission de don- nées bidirectionnelles simultanées sur circuit 2 fils, et plus particulièrement à la technique d'annulation d'écho. Il est connu qu'une technique permettant la transmission bidirectionnelle simultanée de donnéessur ligne deux fils, par exemple au moyen de modems (modulateurs-démodulateurs) est celle "d'annulation d'écho" Lorsque les modems de chacune des deux extrémités émettent dans la même bande de fréquences, pour re- cueillir en réception le signal utile, il faut annuler les échos. Pour cela les dispositifs annuleurs d'écho fournissent une esti- mation des échos et la soustraient du signal reçu. Ces échos se composent habituellement d'un écho local dû à la désadaptation du circuit différentiel assurant le passage 4 fils 2 fils auquel se superposent des échos distants d s à des réflexions du signal transmis en raison de désadaptations d'impédances Ces derniers échos sont ainsi, en réception, af- fectés de dérive de fréquence c'est-à-dire que la fréquence porteuse de l'écho distant n'est plus la même que celle du si- gnal émis. Ainsi lorsque le signal émis est modulé par une fréquence porteuse f, l'écho arrive quant à lui modulé par la même por- teuse f affectée d'un déphasage i ou En = 211 Afn T + c i Af étant la dérive de fréquence de l'écho, T la période d'é- chantillonnage Pour annuler un tel écho, il faut le reconsti- tuer en le modulant par la même porteuse f 0, avec à l'instant n T une phase O N qui est une estimation de la phase Pn de cet écho. Puis il faut en réception, à chaque instant d'échantillonnage n T, retrancher du signal reçu, le signal d'écho estimé. La figure 1 illustre un tel annuleur d'écho connu de l'art antérieur A l'émission, le signal se présente comme une suite An de données complexes qui sont modulées au moyen d'un modula- teur 1 par la porteuse f c Un circuit différentiel 2 assure le couplage de la ligne avec l'émission et la réception du modem Le signal reçu hn à l'instant n T se compose du signal utile venant de l'extrémité distante et d'un signal g N d'écho qui s'écrit avec =t et o rk est la réponse impulsionnelle échantillonnée ramenée en bande de base du signal d'écho. En réception avant démodulation, au moyen du démodulateur 4, on retranche de chaque échantillon hn reçu un échantillon N de correction pour fournir un échantillon en grâce au circuit de soustraction 6, en et O N étant complexes On notera que le si- gnal hn est un signal complexe déphasé de d T au moyen d'un cir- cuit séparateur 7 inséré en réception entre le circuit différen- tiel 2 et le circuit 6 de soustraction. Ensuite cet échantillon e est appliqué à l'entrée du démo- n dulateur 4 Les annuleurs 5 d'écho connus, permettant de compen- ser la phase 8 N de l'écho, sont formés d'un premier système 51 de réactualisation des coefficients Ck, par exemple conformément à l'algorithme du gradient Ck = 1 lL 21 o les coefficients Ck sont complexes, o est une constante positive, réelle et d'un second système 52 de réactualisation de la phase an de l'écho, ladite phase &n étant également réactua- lisée selon l'algorithme du gradient t 1 M + 3 l o d est l'écho reconstitué et rnf son complexe conjugué et o n I' n est une constante positive réelle. En sortie de l'annuleur 5, l'écho reconstitué s'écrit S CR At & Q O 5 l Un tel annuleur d'écho a été décrit, par exemple dans un article paru dans IEEE Trans Com 25, n 7, Juillet 77 pages 654 à 666. De tels systèmes de réactualisation de la phase sont accep- tables pour compenser une variation lente de phase ou une très faible dérive de fréquence Toutefois lorsque la variation de phase comporte une dérive de fréquence importante, de tels sys- tèmes sont très insuffisants En particulier lorsque le rapport signal utile sur écho, l'écho étant affecté de dérive, est fai- ble, la compensation de phase n'est plus acceptable En effet elle nécessiterait d'adopter, dans l'algorithme L 3 j de réactua- lisation de la phase, un coefficient î( trop grand, ce qui dé- graderait les performances en l'absence de dérive de fréquence. La présente invention se propose de pallier ces inconvé- nients des dispositifs de réactualisation de la phase pour annu- leur d'écho afin de permettre de corriger une dérive de fréquen- ce importante de l'écho. L'invention consiste essentiellement à disposer un premier système de variation de phase pour les fluctuations lentes un de phase et un second système de variation de phase pour les fluc- tuations rapides wn de phase, la variation en totale de phase étant obtenue à la sortie d'un circuit d'addition, ledit circuit d'addition recevant les signaux un et wn desdits premier et se- cond systèmes. Selon une première caractéristique, à chaque instant n T d'échantillonnage, à partir d'une grandeur dwn, la grandeur dwn représentant la partie imaginaire du produit de la correction%ç* d'écho complexe conjugué par le signal e N de données obtenu à la sortie de l'annuleur d'écho, après suppression dudit écho, ledit produit étant multiplié par un coefficient i lité, le système de compensation de phase selon l'invention, comporte des moyens pour additionner, à chaque instant d'échan- tillonnage, la variation un lente de phase avec la variation wn rapide de phase, lesdits moyens d'addition fournissant en sortie la phase N propre de l'écho, ladite variation lente un étant obtenue à partir dudit accroissement dwn par des premiers moyens, ladite variation rapide étant obtenue à partir dudit accroisse- ment dw par des seconds moyens. De plus, lesdits premiers moyens fournissant un en sortie comportent des moyens pour additionner les fluctuations un-1 de l'instant d'échantillonnage précédent, avec la grandeur T Fn, T étant égal à la période d'échantillonnage, ladite grandeur F n étant obtenue par des moyens d'addition de la grandeur Fn l, de l'instant d'échantillonnage précédent, avec une grandeur d Fn, ladite grandeur d Fn étant obtenue par des moyens d'addition dudit accroissement dwn, pondéré par une constante X, avec la gran- deur d Fn-1 de l'instant d'échantillonnage précédent, ladite gran- deur d Fnî 1 étant également pondérée par une autre constante ( 1-5), et S étant des constantes positives réelles. Selon une réalisation préférée de l'invention la constante égale 1. Selon une autre caractékistique 4 de l'invention lesdits se- conds moyens fournissant les fluctuations rapides wn comportent des moyens pour additionner ledit accroissement d Wn avec la grandeur wn de l'instant d'échantillonnage précédent. L'invention permet de corriger aisément des échos affectés d'une importante dérive de fréquence. D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description suivante illustrée par des dessins. La figure 1 est une représentation générale connue d'un annuleur d'écho. La figure 2 représente un système connu de réactualisation de la phase d'un annuleur d'écho. La figure 3 représente-une décomposition selon l'invention des fluctuations de phase de l'écho. La figure 4 représente les boucles de correction de phase selon l'invention. La figure 5 est une réalisation préférée de l'invention de la figure 4. En se référant à la figure 2 les systèmes connus de réac- tualisation de la phase en d'un annuleur d'écho comprennent un circuit 21 de multiplication de la valeur d 6 complexe conjuguée n estimée reconstituée pour l'échantillon précédent par la valeur en fournie par le circuit 6 de soustraction de la figure 1 Le circuit 22 recevant le résultat de la multiplication du circuit 21 fournit en sortie la partie imaginaire pure de cette grandeur qui est ensuite multipliée par d( au moyen du circuit 23 de mul- tiplication c est une constante choisie de façon appropriée, extraite d'une mémoire 24. La grandeur fournie à la sortie du circuit 23 est addition- née avec la valeur On-1 fournie à la sortie d'un circuit 25 re- tardant d'une période T d'échantillonnage Le résultat obtenu à la sortie du circuit 24 d'addition est On' valeur du déphasage de l'écho pour chaque instantn T d'échantillonnage selon une esti- mation connue du premier ordre Cette estimation s'exprime encore par là relation On = en_, + d en- L'invention consiste à décomposer la phase en en deux com- posantes un et wn, l'une un correspondant à un phénomène lent de Jd- i-VX sus-e ie de décroître ou bien de croître, l'autre wn correspondant à un phénomène rapide, et à extraire du phénomène rapide à chaque instant d'échantillonnage les résidus de phéno- mène lent La phase on, à l'instant n T, s'écrit alors comme la somme des composantes u et Wn* n wn En se référant à la figure 3 la composante un représente une valeur moyenne de la phase tandis que wn représente des variations de faible amplitude autour de cette valeur moyenne de dérive. On dispose selon l'invention deux systèmes différents de réactualisation de chacunede ces deux composantes. La composante wn est réactualisée selon l'invention au moyen d'une boucle de phase du premier ordre tandis que la com- posante un est réactualisée selon l'invention au moyen d'une boucle de phase d'un ordre supérieur. On forme tout d'abord l'accroissement dwn à partir de C 7 nt l'écho reconstitué complexe conjugué et de e la valeur complexe du signal utile après soustraction de l'écho A cet effet un circuit 31 de multiplication recevant e et d Zn fournit une n n grandeur à l'entrée d'un circuit 32 qui ne laisse passer que la partie imaginaire en sortie Cette grandeur est multipliée par i au moyen d'un circuit 33 de multiplication fournissant en sortie dwn l'accroissement de la composante rapide La constante d, est extraite d'une mémoire 34. dwn s'écrit dwnn = On extrait selon l'invention de cette grandeur dwn les ré- sidus de phénomène lent un A cet effet on applique dwn à l'en- trée d'un premier système de réactualisation réalisant plusieurs traitement du signal dwn s'écrivant mathématiquement Ai L, e d,A o D et O sont des constantes choisies de façon appropriée et T est égal à la période d'échantillonnage. En se référant à la figure 4 ce premier système de réactua- lisation se compose d'un premier circuit 38 de multiplication du terme dwn par une constante aî convenablement choisie extraite d'une mémoire 39 Cette grandeur X dwn est appliquée, en sortie È 9552 du circuit 38, à l'entrée d'un circuit d'addition 40 Ce circuit d'addition fournit en sortie une grandeur d F n L'autre entrée de ce circuit d'addition 40 reçoit la grandeur d F de l'ins- n-i tant (n-l)Td'échantillonnage précédent, contenue dans un regis- tre 41 retardant du temps T d'échantillonnage, ladite grandeur d Fn-1 étant pondée par un coefficient ( 1 i) choisi de façon appropriée Un circuit 42 de multiplication effectue cette pon- dération de d Fn 11 la constante 1 g étant extraite d'une mé- moire 43. Le terme d Fn est ensuite appliqué à l'entrée d'un circuit 44 d'addition d'une autre boucle effectuant un filtrage s'écrivant +de La sortie du circuit 44 fournit en effet Fn tandis que l'autre entrée du circuit 44 reçoit le terme Fn 1 contenu dans le registre 45 à décalage retardant du temps T d'échantillonnage. Le terme F obtenu à la sortie du circuit 44 est appliqué n à l'entrée d'un circuit 46 de multiplication qui le multiplie par la grandeur T égale à la période d'échantillonnage extraite d'une mémoire 47 La sortie du circuit 46 de multiplication est reliée à l'entrée d'un circuit d'addition 48 qui fournit en sor- tie les fluctuations lentes un de la phase L'autre entrée du circuit 48 d'addition reçoit le terme uni 1 mis en mémoire dans un registre 49 à décalage retardant d'un temps T d'échantillon- nage Cette nouvelle boucle réalise ainsi un autre filtrage s'écrivant 1 I t T F La composante un fournie par le circuit d'addition 48 est appliquée à l'entrée d'un circuit 37 d'addition o elle est addi- tionnée avec l'autre composante wn correspondant aux fluctuations rapides Le circuit 37 d'addition fournit ainsi en sortie la phase en estimée pour l'échantillon n. La composante wn, présente sur l'autre entrée du circuit d'addition 37 est obtenue également à partir de l'accroissement dwn mais au moyen d'un simple filtrage Cette grandeur dwn est appliquée à l'entrée d'un circuit d'addition 35, qui effectue la somme de cette grandeur dwn avec la valeur wn-1 fournie à l'instant d'échantillonnage précédent-et conservée au moyen du registre 36 à décalage retardant du temps T. Le phénomène rapide wn est ainsi réactualisé selon l'algo- rithme du gradient: d, sachant que = _ i 1 >) Ainsi on réactualise selon l'invention le phénomène lent au moyen d'une boucle de correction de phase du troisième ordre tandis que le phénomène rapide est quant à lui réactualisé au moyen d'une boucle de correction de phase du premier ordre. Le choix des constantes r, (, 3 résulte d'un compromis entre la rapidité d'acquisition de l'estimation de la dérive de fréquence et de la dégradation acceptée en l'absence de dérive de fréquence sur l'écho Toutefois on choisit usuellement " su- périeur à La figure 5 représente une réalisation préférée de l'inven- tion pour laquelle = 1 Ainsi la boucle de variation lente de la phase se simplifie et les algorithmes s'écrivent A I l Ar Z} + d 1 Ad \A 8 l( t -t ais_ jzt D t -ru+La 5 o un représente la correction de phase,ce qui revient à suppri- mer le filtrage du terme d Fn En se référant à la figure 5, le circuit 44 d'addition reçoit à son entree directement le terme dwn qu'il additionne avec Fn_ 1 fourni par le circuit 45 de retard T pour fournir en-sortie le terme Fn à l'entrée du cir- cuit de multiplication 46 Ainsi seule la boucle formée du cir- cuit de Letd Ld 41 eu du circuit de multiplication 42 est suppri- mée Le système de réactualisation de la variation lente de pha- se passe du troisième au second ordre. L 5 09552 Des simulations de la réalisation de la figure 5 ont permis d'obtenir des résultats de réactualisation de phase, pour annu- leur d'écho, très satisfaisants Dans le système de réalisation préféré de la figure 5, les valeurs de a et a, en régime per- manent, varient de 10 3 à 10 2 pour c et 104 ' à 10 3 pour Il est simplement nécessaire que le coefficient soit in- férieur à oi pour avoir une intégration et une précision suffi- sante sur l'estimation de la dérive de fréquence de l'écho Par contre si est trop petit, le temps nécessaire pour obtenir une bonne estimation de la dérive de fréquence sera trop grand. -Pour les très faibles valeurs de (, l'estimation de la dérive n'étant pas obtenue aussi rapidement, la qualité de la transmis- sion bidirectionnelle simultanée est dégradée. Le présent système de réactualisation de la phase e N se- lon l'invention s'est essentiellement intéressé à un accroisse- ment dwn formé à partir du signal en de données après suppres- sion de l'écho dans le domaine complexe Toutefois le système de réactualisation de la phase selon l'invention-est également applicable en ne reconstituant que la partie réelle de en. L'accroissement dwn s'écrit alors dmm i e d et les figures 4, 5 et équationsl 7 l restent inchangées. Le présent système de réactualisation de la phase On se- lon l'invention s'applique aussi bien à un signal An en bande de base tel que représenté sur la figure 1 qu'à un signal An en bande passante auquel cas la modulation intervient, dans l'annu- leur un peu différemment En effet on sait que lorsque l'annu- leur 5 fonctionne en bande de base comme représenté sur -la fi- gure 1 les coefficients Cn sont formés par un système 51 de réac- tualisation directement à partir du signal An complexe de données. La modulation par une porteuse f déphasée d'une phase 9 N fournie par le système de réactualisation de phase selon l'invention in- tervient donc à la sortie du système de réactualisation des coef- ficients. Toutefois le systèmr dc csmpcnsation de phase selon l'inven- tion s'appliquerait également à un annuleur d'écho fonctionnant en bande passante Le système de réactualisation des coefficients Cn reçoit alors le signal de données An déjà modulé par la por- teuse fc et le déphasage de on fourni par le système de compen- sation de phase selon l'invention n'est effectué qu'à la sortie du système de réactualisation des coefficients. REVENDICATIONS 1 Dispositif de compensation de phase de l'écho pour la transmission de données utilisant un annuleur d'écho consistant à actualiser la phase propre & nde l'écho, à chaque instant n T d'échantillonnage, à partir d'une grandeur dwn, ladite grandeur dwn représentant la partie imaginaire du produit de la correc- tion 6-n d'écho complexe conjuguée par le signal e de données n n obtenu à la sortie de l'annuleur d'écho, après suppression dudit écho, ledit produit étant multiplié par un coefficient di de pro- portionnalité, système caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens pour additionner, à chaque instant d'échantillonnage, la variation un lente de phase avec la variation wn rapide de phase, lesdits moyens d'addition fournissant en sortie la phase a N propre de l'écho, ladite variation lente un étant obtenue à partir de l'accroissement dwn par des premiers moyens, ladite variation rapide étant obtenue à partir de l'accroissement dwn par des seconds moyens. 2 Dispositif de compensation de phase selon la revendi- cation 1 caractérisé par le fait que lesdits premiers moyens fournissant un en sortie comportent des moyens pour additionner les fluctuations un 1 de l'instant d'échantillonnage précédent avec la grandeur T Fn, T étant égal à la période d'échantillon- nage, ladite grandeur F étant obtenue par des moyens d'addition n de la grandeur Fn-1 de l'instant d'échantillonnage précédent avec une grandeur d Fn, ladite grandeur d Fn étant obtenue par des moyens d'addition dudit accroissement dwn, pondéré par une cons- tante 9 positive, avec la grandeur d F de l'instant d'échan- T n-i tillonnage précédent, ladite grandeur d Fn 1 étant également pon- dérée par une autre constante ( 1 S) positive réelle. 3 Dispositif compensation de phase selon la revendication 2 caractérisé par le fait que i égale 1. 4 Dispositif de compensation de phase selon la revendica- tion 1 caractérisé par le fait que lesdits seconds moyens four- nissant les fluctuations rapides wn comportent des moyens pour additionner ledit accroissement dwn avec la grandeur wn 1 de l'instant d'échantillonnage précédent. Dispositif de compensation de phase selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé par le fait que le signal en de données obtenu à la sortie de l'annuleur d'écho est complexe. 6 Dispositif de compensation de phase selon l'une des re- vendications 1 à 4 caractérisé par le fait que le signal en de données obtenu à la sortie de l'annuleur d'écho est réel. 7 Annuleur d'écho comportant un dispositif de compensa- tion de phase selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisé par le fait qu'il fonctionne en bande de base en ce sens que les coefficients sont modulés par une porteuse fc déphasée de ladite phase P n. 8 Annuleur d'écho comportant un dispositif de compensa- tion de phase selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisé par le fait qu'il fonctionne en bande passante en ce sens que les coefficients sont formés à partir du signal entrant déjà modulé par la porteuse fc et que ledit déphasage En n'est appli- qué qu'à la sortie du système de réactualisation des coefficients.