Brevet FR2517905A1 — publié le 19830610

La présente invention concerne la transmission de données bidirectionnelle simultanée sur circuit deux fils, et plus particulièrement la technique d'annulation d'écho. Les dispositifs annuleurs d'écho fournissent une estima- tion des échos et la retranchent du signal reçu De tels dis- positifs permettent ainsi la transmission bidirectionnelle simultanée de données sur ligne deux fils, par exemple au moyen de modems (modulateurs démodulateurs) émettant dans la même bande de fréquence. Cette estimation du signal d'écho s'effectue habituelle- ment aux instants d'échantillonnage par un ajustement des coefficients Ck de l'annuleur d'écho Cet ajustement se fait habituellement par l'algorithme du gradient Une telle techni- que a été par exemple décrite dans l'article de Muller dans IEEE Transactions on Communications vol 24 N 09 sept 76 pp 956-962. Les ajustements à l'aide de l'algorithme du gradient sont simples à mettre en oeuvre mais la convergence de l'annuleur d'écho utilisant ce procédé n'est pas très rapide. La présente invention vise à améliorer la rapidité de la convergence des annuleurs d'écho suivant les types d'exploita- tion utilisés, en mettant en oeuvre un dispositif d'initiali- sation De plus le dispositif d'initialisation selon l'inven- tion permet de localiser l'-écho lointain et est indépendant de l'algorithme mis en oeuvre. Le dispositif d'initialisation selon l'invention permet une initialisation de tout annuleur d'écho selon une procédure telle que chaque modem émet successivement et initialise son propre annuleur d'écho en absence de signal venant de l'extré- mité distante Selon une telle procédure, chaque modem émet une séquence appropriée lui permettant d'annuler son écho, le modem distant n'émettant pas. Le dispositif d'initialisation pour annuleur d'écho selon l'invention comporte des moyens pour former N coefficients pour les conditions initiales dans l'annuleur Ces moyens consistent essentiellement à transformer une séquence pseudo-aléatoire ruka: de longueur N en une suite d'échantillons teks telle k lk que chaque échantillon ek soit déduit de uk par ek = 2 Uk-1, à émettre lesdits e ken ligne, à recevoir des échantillons s N+k en réception, à multiplier chaque échantillon s N+ k reçu avec N échantillons u (N-M+ 1 +k) mod N issus de la cellule A'(M) d'un registre à décalage, ledit U(NM+l+k) étant déduit de e NM+ 1 +k par la transformation inverse puis à additionner pour tous les k, lesdits N résultats de multiplication, lorsque k varie de O à N-l, le résultat de ladite addition étant HM, l'un des N coefficients aux conditions initiales, M variant de 1 à N. Le dispositif de l'invention permet également de former deux suites d'échantillons i ak T et Ji bk à partir de la séquenoe kj -Uk 1 pseudoaléatoire de longueur N, lesdites suites étant telles que chaque échantillon ak (resp bk) se déduit de uk par ak = 2 uk-1 (resp bk = 2 uk-1) Les ak et bk sont ensuite modu- lés puis émis en ligne et des échantillons s N+k reçus en ligne permettent d'en déduire après démodulation des échantillons k et ( k Le dispositif de l'invention comporte des moyens r' pour multiplier chaque échantillon (N+k + N+k) iresp ((l N+k ON+k) J reçu avec N échantillons u(NM+l+k) mod N issu de la cellule A'P (M) lresp A'Q (M)l d'un registre à décalage, ledit u étant déduit de e N++k par la transformation inverse, des moyens pour additionner pour tous les k lesdits résultats de multiplication lorsque k varie de r O à N-1, le résultat de ladite addition étant F (M) Lresp F (M) l'un des 2 N coefficients aux conditions intiales q dudit annuleur, M variant de 1 à N. Selon une première caractéristique, le dispositif selon l'invention s'applique à un annuleur d'écho fonctionnant en bande de base. Selon une autre caractéristique, la longueur N de la sé- quence pseudo-aléatoire est choisie supérieure ou égale à la longueur 1 de la réponse impulsionnelle 'HM ou p F q t de l'écho. Selon une dernière caractéristique, le dispositif d'ini- tialisation permet de reconnaître les échantillons nuls de la réponse impulsionnelle de l'écho et de négliger dans l'annu- leur d'écho de réactualiser les échantillons nuls. Le dispositif d'initialisation selon l'invention confère à l'annuleur d'écho une grande rapidité et sureté de conver- gence De plus la séquence d'initialisation n'a pas besoin d'être normée, elle est laissée au choix du constructeur en fonction des besoins. Le dispositif d'initialisation de l'invention confère à l'annuleur d'écho une grande souplesse de fonctionnement per- mettant en particulier de corriger les échos très retardés, par exemple sur les circuits transcontinentaux par satellite ou sur les cables sousmarins et les échos, pour la personne qui parle, affectés de dérive de fréquence. D'autres avantages et caractéristiques apparaitront à la lecture de la description suivante illustrée par des dessins. La figure 1 est une représentation générale de l'inser- tion d'un dispositif d'initialisation selon l'invention pour annuleur d'écho dans le cas d'une transmission en bande de base. La figure 2 représente de façon détaillée le dispositif d'initialisation proprement dit, de la figure 1. La figure 3 représente un dispositif d'initialisation se- lon l'invention avec modulation pour annuleur d'écho en bande de base _ La figure 4 représente le dispositif d'initialisation de la figure 3, de façon détaillée. En se référant à la figure 1, un annuleur d'écho 5 connu en soi effectue une estimation de l'écho à partir du signal entrant dans le cas d'une transmission en bande de base Ce signal entrant se présente comme une suite de données complexes. * L'estimation de l'écho, dans un annuleur, est soustraite du signal reçu, grâce aux moyens 3 de soustraction. Les annuleurs d'écho 5 connus sont formés, par exemple, d'un système de réactualisation des coefficients. Dans le cas o le traitement de l'annuleur d'écho 5 est effectué en bande de base, la réactualisation des coefficients selon l'algorithme du gradient s'écrit à l'instant (n+l) T Ck (n+l) = Gk (n) + e (n) a (n-k) o y est une constante réelle positive. Un circuit différentiel 2 assure le couplage de la ligne avec l'émission et la réception du modem. L'algorithme du gradient ne convergeant pas très rapide- ment, l'initialisation du système d'annulation d'écho peut être assez longue. L'invention consiste essentiellement à insérer un dispo- sitif 6 dit d'initialisation recevant en entrée le signal u n de séquence d'initialisation ainsi que le signal sn de récep- tion estimé Il est bien connu que les modems utilisent,aprés leur connexion à la ligne,des séquences d'initialisation Ces séquences sont habituellement des messages pseudo-aléatoires. Les propriétés des séquences pseudo-aléatoires sont bien connues L'article de Williams et Sloane publié dans Procee- dings of the IEEE vol 64 n O 12 Déc 1976 p 1715 à 1727 étudie leurs particularités Soit H Ukm la suite des échantillons d'une séquence d'initialisation formée à l'aide d'un généra- teur pseudo-aléatoire 7 Le message peut etre composé de (N+l)/2 "zéros" et de (N-l)/2 "uns". Conformément à la figure 1 le générateur 7 pseudo-aléa- toire fournit le message tuk, à l'entrée du dispositif 6 d'initialisation En réception le message est appliqué à l'en- trée du dispositif d'initialisation 6 qui fournit en sortie des coefficients directement utilisés par le dispositif 5 an- o nuleur d'écho proprement dit comme coefficients initiaux Ck k En se référant à la figure 2, le message t Uk est formé par un générateur 7 Les échantillons constituant la suite {ukn sont pseudo-aléatoires de période égale à N. Ce message {Uk} est appliqué à l'entrée du dispositif 6 d'initialisation proprement dit. Le message 1 Uk} est transformé selon l'invention en un message {ek formé d'échantillons (a,-a) au moyen d'un dispo- sitif 61 Chaque échantillon ek se déduit de l'échantillon uk entrant par la relation ek = a ( 2 uk-1). On choisit avantageusement dans la pratique a égal à 1. Le message ek est-d'une part émis en ligne, d'autre part appliqué à l'entrée d'un registre à décalage 62 consti- tué de N cellules A ( 1), A ( 2) A (N) introduisant chacune un retard T Ainsi la cellule A ( 1) contient ek, la cellule A ( 2) contient ekl, la cellule A (M) contient e(NM+k+l) modulo N et enfin le registre A (N) contient ek+; Ensuite ces N échantillons sont appliqués en parallèle à l'entrée d'un registre 63 formé également de N cellules A' ( 1) A'(M) A'(N) Ces N cellules A'(M) forment a partir des e NM+k+ 1 des échantillons u NM+k+ 1 à leur sortie. Ainsi la cellule A'( 1) reçoit ek et fournit l'échantillon uk en sortie, la cellule A'(N) reçoit ek+l et fournit Uk+ 1 en sortie. De façon générale la cellule A'(M) reçoit l'échantillon e(N-M+l+k) mod N et fournit en sortie l'échantillon u(N-M+l+k) mod N' Ces N échantillons uk u(N+l+k-M) uk+l mont appliqués à l'entrée de N circuits de multipl ica- tin ( 6) N) -++ tions ( 64 i)(i = 1 N)' Ainsi chaque échantillon u NM+i+k est multiplié avec l'échantillon s N+k reçu sur la ligne de trans- mission à la sortie du circuit 3 de soustraction (cf figure 1). Les N résultats Ls N+k ' UN-i+k+l l (i=l,N) issus des N cir- cuits ( 64)i (i = 1,N) sont appliqués respectivement à l'en- trée de N registres 65 i, qui ont été initialisés à zéro, par l'intermédiaire de N circuits d'addition ( 66)i En effet les opérations de multiplication (grâce aux N circuirs 64 de i multiplication) et d'addition (grâce aux N circuits 66 d'addi- tion) ne commencent qu'à l'instant NT, soit à partir de l'arri- vée de l'échantillon SN, de façon générale, à l'arrivée des échantillons s N+k, k variant de O à N-1. Les N circuits d'addition 66 permettent de cumuler à l'instant (N+k) T considéré le contenu des N registres 63 i Ainsi les N registres 65 ont pour contenu respectif à i l'instant (N+k) T des échantillons hk (i) o: hk (i) = hkl(i) + s N+k lcontenu de A'(i)l soit encore: hk (i) = hkl(i) + SN+k U(N+k+ 1-i) mod N Puis à l'instant (N+k+l) T le contenu du registre A (i) est U(ki+ 2) mod N et l'échantillon reçu est s N+k+l alors le calcul suivant est effectué et appliqué dans le registre 65 hk+ 1 (i) = hk (i) + s N+k+l U(k-j+ 2) mod N et il en est de même pour les N registres ( 65 i)(i=l N) Une mémoire 68 contenant la constante 2 (N+) permet de multiplier a(N+ 1)pere emlile chaque échantillon h (i) de chaque registre 65 i grace aux N circuits de multiplication ( 67 i)(i=l N). Les N coefficients H (i)(i=l N) issus des N circuits de multiplication ( 76 i) sont les valeurs des échantillons (i=l,N) de la réponse impulsionnelle de l'écho; ils sont appliqués à l'entrée de l'annuleur d'écho 5 et y servent de coefficients initiaux. Si les(Hj sont les échantillons de la réponse impulsion- nelle de l'écho le signal reçu en régime permanent est: e N e N-1 e Nj+l e 2 e 1 e N e N j+ 2e+ e 3 e 3 l t t 4 t t ek ek e(N-j+l+k)mod N ek+ 2 e N e N-2 e N-3 ' e N-j-1 e N e N-1 e N-2 e Nj e I e 1 e 2 ek+ 1 H 1 H 2 H. j e, i, N-i e.N ' HN Hî -1 Les valeurs des échantillons H sont données par: j UN uk UN-1 l UN-1 UN Uk 1 UN 2 t t UN-j+l UN-j+ 2 U(N-j+l+K)mod N N-j u 1 u N uk+ 1 UN 1 r s N+l | i I SN+ 1 l s N+k s 2 N-1 s N N+l SN+k s 2 N-2 52 N-1 g H 1 e H 2 2 = 2 a(N+i) H l HN ir I = 1 w i: i s N U 1 En se référant à la figure 3, le système d'initialisa- tion d'annulation d'écho, selon l'invention, peut également s'adapter à un système modulé,l'annuleur travaillant encore en bande de base Le dispositif annuleur d'écho 10 reçoit de la même façon que sur la figure 1 des coefficients {Fp(i), Fq(J),j= 1,N) fournis par un dispositif 8 d'ini- tialisation Le dispositif 8 d'initialisation reçoit quant à lui un message Uk pseudo-aléatoire fourni par le générateur 8 Le dispositif 8 d'initialisation transforme, ainsi qu'il sera explicité à l'aide de la figure 4, le message -luki en deux messages -ak et b qui sont chacun émis en ligne Ces Ik k. messages 'ak et b sont d'une part appliqués à l'entrée de l'annuleur 10, d'autre part à l'entrée d'un modulateur 1 Le dispositif 10 annuleur d'écho effectue, de façon connue en soi, une estimation de l'écho à partir des échantillons ak et bk avant modulation par le modulateur 1 Cette estimation est modulée puis soustraite du signal reçu, avant une démodulation cohérente complexe par un démodulateur 4, grâce aux moyens 3 de soustraction Un circuit différentiel 2 assure le couplage de la ligne avec l'émission et la réception du modem Les échantillons On+k et (N+k obtenus à la sortie du démodula- teur 4 sur deux voies sont appliqués à l'entrée du dispositif 8 d'initialisation. La figure 4 explicite la structure et le fonctionnement du dispositif 8 d'initialisation selon l'invention Un dispo- sitif 81 de codage reçoit le message {Uk? pseudo-aléatoire gé- néré par le générateur 7, comme pour la réalisation de la figure 2 Toutefois le dispositif 81 code ce message Uk 7 sur ki deux voies de façon connue en soi Soient)akr et bk, les messages ainsi formés Chaque échantillon ak ou bk issu du k système 81 de codage se déduit de l'échantillon uk entrant par la relation ak = ( 2 uk-1) si bien que les an et les bn sont formés de + 1. Dans la pratique on choisit ak et bk égaux Chacun des deux messages est d'une part émis en ligne après une modula- tion cohérente complexe au moyen du modulateur 1 et d'autre part appliqué à l'entrée de registres à décalage 82 et 83. Le message {akl par exemple est appliqué à l'entrée du regis- tre 82 forme de N cellules AP ( 1) AP(M) AP(N) décalant chacune l'échantillon entrant d'un temps T tandis que le message bk est appliqué à l'entrée du registre 83 formé également de N cellules AQ( 1) o AQ(M)o AQ(N) retardant cha- cune l'échantillon entrant d'un temps T% Les échantillons ak, ak_ a N-M+k+l ak+ provenant respectivement des cellules AP( 1) à AP(N) sont respectivement appliques à l'en- trée de N cellules API' ( 1) AP (M)oo AP' (N) d'un registre à décalage 84 De la même façon les échantillons bk, bk_ 1 b N-M+k±l bk+l provenant respectivement des cellules AQ( 1) à AQ(N) sont respectivement appliqués à l'entrée de N cellules AQ ( 1) o AQ'{M) oo AQ' (N) d'un registre à déca- lage 85 Les registres 84 et 85 fournissent en sortie, en parallèle, les échantillons unk Uk I - u(NM+k+ 1) mod N uk+ à l'entrée de 2 N circuits de multiplication ( 86 i=) et ( 87 j) j ___ _ e J (j=ig N) Ces circuits de multiplication ( 86 i) i=N) et( 87 j)(j= 1 N) reçoivent également respectivement les éch Lntillons ( t N+k I N+k), provenant du circuit d'addition 92, et () _provenant du circuit 93 Le signal 'N+ et le N+k N+k N+k signal N+k sont obtenus à partir du signal s' +k obtenu à la sortie du circuit 3 de soustraction par démodulation cohé- rente complexe A cet effet le démodulateur 4 se compose d'un- circuit de déphasage (de) 41 et d'un démodulateur 42 pro- prement dit qui fournit le 2 S deux voies en quadrature ''N+k et N+ Ces messages à l'entrée des circuits 92 et 93. Les N circuits de multiplication ( 86 i) (i=l N) Lresp ( 87 j) JO ( _, permettent ainsi de multiplier les signaux (N+k + (j= 1,N)j + N (re) spl N+k *)provenant du circuit 92 (resp 93) N+k) ee eme avec le contenu de la ieme cellule (resp jeme cellule) du registre 84 (resp 85). Le résultat des N multiplications des ( 86 i)(i=N) i (i= 1,N) (resp ( 87 j)(j= 1,N)) est respectivement appliqué dans N regis- tres ( 90 (i=l) (resp ( 91 j(j= N) par l'intermédiaire de N circuits daddition ( 88 i)(i=l,N) (respj (j=,N) De la Ncircuits d'addition ( 88 f) (i=l,N) (rs 8 (j-i,N)' De la même façon que pour la réalisation de la figure 2, les 2 N circuits 88 et 89 j permettent de cumuler à l'instant (N+k)T considéré le contenu des deux registres 84 et 85. Les 2 N registres ( 90 i) (i=l,N) et ( 91 j)(j=I,N) ont été initialisés à zéro Les registres ( 90 i)(i=l N) ont pour conte- i o k est compris entre O et N-1. De la même façon les registres ( 9 lj) (j=l N) ont pour contenu respectif à l'instant (N+k)T des échantillons f (j) q L 5 tels que: fq (j) fq () + (N+k N+k) U(N+k+l-j)mod N et o k est compris entre O et N-1 - Le contenu des N registres ( 90)(i=l N) (resp( 91 j)(j=N est appliqué à l'entrée de N registres ( 91 i)(il N) (resp ( 97 _i (resp ( 97 j)(j=l,N) o les N coefficients fp(i)(i=,N) (resp fq(J)(j=l N) sont multipliés par la constante 1 En effet comme i est égal à une puissance négative N+ 1 de 2, il n'est pas nécessaire de disposer de circuit de multi- plication En sortie des N registres ( 95 i)(i= 11,N)resp( 97 j)(j=l N) on obtient des coefficients Fp(i)(i=l N) (resp Fq(j)(j=l,N) -ui sont les coefficients de l'annuleur d'écho 10 aux condi- =ions initiales Ces N coefficients Fp(i) et Fq(j) sont donc appliqués à l'entrée de l'annuleur d'écho 10. Ils sont éalement des échantillons de la réponse impul- sionnelle de l'écho. Les réalisations des figures 1 et 3 ont été faites dans l'hypothèse d'un annuleur d'écho en bande de base. Le dispositif d'initialisation est tout particulièrement intéressant pour les systèmes de transmission affectés d'échos clsntains, cas particulièrement fréquent pour les transmis- s-cns par satellites. En effet, certaines liaisons et en particulier les liaisons par satellites amènent un retard très long Après initialisation et plus particulièrement en régime permanent, les valeurs des coefficients de tout annuieur d'écho connu en soi sont théoriquement égales aux échantillons de la réponse impulsionnelle de l'écho ramené en bande de base. Aussi, si cette réponse impulsionnelle est constituée de deux séries d'échantillons non nuls séparés par une série d'échantillons nuls dont le nombre dépend du retard de l'écho lointain, il y a tout intérêt à déterminer ce retard afin de ne pas avoir à calculer, adapter et garder en mémoire des coefficients dont la valeur va osciller autour de zéro et qui introduiraient du bruit. Soit r p la suite d'échantillons représentatifs de Pl la réponse impulsionnelle de l'écho et supposons que, pour p compris entre l et g, les échantillons sont non nuls, que pour p compris entre g+ 1 et m, les échantillons sont nuls et que, pour p compris entre m+ 1 et l, les échantillons sont non nuls En régime permanent tout an uleur d'écho connu en soi effectuerait une annulation de signal d'écho prenant en compte tous les échantillons même ceux qui sont nuls Ceci introduit du bruit sur l'annulation de l'écho. La présente invention vise à utiliser la réponse impul- sionnelle effectuée par le dispositif d'initialisation selon l'invention pour optimiser le traitement effectué par l'annu- leur lui-même. Supposons que les coefficients Ck de l'annuleur d'écho soient réactualisés selon l'algorithme du gradient On sait que le pas de l'algorithme est fonction du nombre d'échan- tillons dits coefficients à traiter et plus précisément que ce pas est une fonction inverse de ce nombre d'échantillons. Un nombre d'échantillons prenant en compte les échantillons nuls introduit du bruit et diminue les performances de l'annuleur En effet plus le pas de l'algorithme est grand, plus la convergence est rapide. Ainsi le dispositif d'initialisation selon l'invention permet en régime permanent de déterminer la réponse impul- sionnelle de l'écho et de commander à l'annuleur de n'effectuer la réactualisation que des échantillons non nuls On convient à cet effet de définir comme non nuls les échantillons de la réponse impulsionnelle de valeur supérieure ou égale à un seuil prédétermine. Toutefois dans une telle application il est nécessaire de choisir la séquence d'initialisation de façon appropriée. En effet il est nécessaire que la longueur N de la séquence pseudoaléatoire Uk? choisie pour initialiser l'annuleur soit supérieure à la longueur 1 totale de la suite r P d'échantillons représentatifs de la réponse impulsionnelle de l'écho (échantillons nuls compris). REVENDICATIONS 1 Dispositif d'initialisation pour annuleur d'écho comportant des moyens pour former N coefficients pour les conditions initiales dudit annuleur caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens pour transformer en séquence {Uk pseudo-aléatoire de longueur N en une suite d'échantillons {ek 7 telle que chaque échantillon ek est déduit de uk par ek = 2 uk-l, des moyens pour émettre lesdits ek en ligne, des moyens pour recevoir des échantillons s N+k en réception, des moyens pour multiplier chaque échantillon s N+k reçu avec N échantillons U(NM +l+k) mod N issus de la cellule A'(N 4) d'un registre à décalage, ledit u (N-M l+k) étant déduit de et M+i+ Lpar la transformation inverse, des moyens pour addi- tionner pour tous les k lesdits N résultats de multiplication, lorsque k varie de O à Noi, le résultat de ladite addition étant HMI l'un des N coefficients aux conditions initiales dudit annuleur, M variant de 1 à N. 2 Dispositif d'initialisation selon la revendica- tion 1 caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens pour former deux suites d'échantillons ak et bk, à partir de la séquence r u pseudoaléatoire telles que chaque échantillon Iz ik a 1 (resp b 1) se déduit de uk par a = 2 u -1 (resp b = 2 u, des omoyens pour moduler a et bky puis pour les émettre en ligne, des moyens pour recevoir s N+k en réception, pour en déduire e ledit annuleur fonctionne en bande de base. 4 Dispositif d'initialisation selon l'une des reven- dications 1 à 4 caractérisé par le fait que la longueur N de la séquence pseudo-aléatoire est choisie supérieure ou égale à la longueur 1 de la réponse impulsionnelle f HM}- ou Fp, F | de l'écho. I Jp,q Système annuleur d'écho comportant des moyens pour former des coefficients, lesdits coefficients permettant de fournir un échantillon représentatif à chaque instant d'échan- tillonnage de l'estimation de l'écho, lesdits coefficients étant susceptibles d'être réactualisés par tout procédé connu en soi, système caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens pour former la réponse impulsionnelle de l'écho, ladite réponse se présentant sous la forme d'une suiteer j d'échantillons, p étant compris entre O et L, lesdits échantillons r étant les coefficients initiaux dudit annu- p leur, des moyens pour reconnaître les échantillons nuls dans ladite réponse, des moyens pour réactualiser uniquement les coefficients non nuls.