Brevet FR2565710A1 — publié le 19851213

Dispositif de régulation automatique d'amplitude et démodulateur comportant un tel dispositif L'invention concerne un dispositif permettant de maintenir à une valeur fixée l'amplitude moyenne d'un signal sinuso2dal modulé qui est affecté par des perturbations de la ligne le transmettant. Par exemple, un tel dispositif peut être utilisé en amont d'un démodulateur dans un système de transmission de données à modulation de porteuse. Un tel dispositif permet dans ce cas de diminuer le taux d'erreur, en diminuant le nombre d'erreurs causées par les variations d'amplitude de la porteuse modulée lorsque la ligne est perturbée. Un dispositif de régulation automatique d'amplitude doit posséder deux qualités: une bonne précision pour réduire le plus possible l'écart entre le signal reçu et le signal attendu pour un symbole donné; et un temps de convergence très court pour éviter des erreurs pendant les périodes transitoires.Il est connu de réaliser un dispositif de régulation d'amplitude comportant un amplificateur analogique à gain commandable, recevant le signal dont l'amplitude est à réguler et restituant un signal amplifié dont l'amplitude est régulée en commandant le gain; un convertisseur analogique-numérique fournissent une valeur numérique de l'amplitude du signal amplifié; un dispositif de calcul déterminant une valeur moyenne de la puissance du signal amplifié, à partir de la valeur numérique fournie par le convertisseur; un soustracteur numérique calculant la différence entre la puissance moyenne du signal amplifié et une valeur de référence correspondant à l'amplitude souhaitée; un intégrateur numérique intégrant la valeur de cette différence pour générer un signal de commande du gain de l'amplificateur. Dans un tel dispositif la précision de la régulation et sa rapidité de convergence sont fixées par les caractéristiques de l'intégrateur numérique. Si cet intégrateur a un faible gain la convergence est très rapide mais le signal de commande de gain de l'amplificateur est affecté de suroscillations pendant les régimes transitoires, ce qui provoque des erreurs dans la démodulation des données transmises. Si ce gain est grand il n'y a pas de suroscillations du signal de commande de gain, la précision de la régulation d'amplitude est meilleure, mais la durée de convergence de la régulation est plus importante, par conséquent lorsqu'il y a des variations rapides de l'amplitude du signal la régulation ne peut pas suivre ces variations, elle devient donc inefficace et des erreurs de démodulation apparaissent. La réalisation d'un dispositif de ce type connu nécessite donc de faire un compromis entre la précision de la régulation obtenue en régime établi et la durée de sa convergence en régime transitoire. Cet inconvénient découle de la présence d'un intégrateur calculant une valeur de gain à partir de la valeur d'un signal d'erreur constitué par la différence entre la puissance réelle du signal régulé et la puissance souhaitée. En pratique la durée de convergence d'un tel dispositif est de tordre de 10 fois la durée de transmission d'un symbole. Le dispositif selon l'invention remédie à cet inconvénient grâce à un procédé de calcul du signal de commande de gain permettant de le déterminer dans un temps beaucoup plus court. L'invention a aussi pour objet un démodulateur comportant ce dispositif de régulation d'amplitude en amont d'un circuit de démodulation. Selon l'invention, un dispositif de régulation automatique d'amplitude, est caractérisé en ce qu'il comporte: - un amplificateur dont le gain en amplitude est réglable par un signal de commande, recevant un signal d'entrée dont l'amplitude moyenne est à réguler et restituant un signal amplifié dont l'amplitude moyenne est régulée à une valeur donnée; - des moyens pour calculer une première valeur moyenne P de la r puissance du signal d'entrée; P - des moyens pour calculer le rapport G2-= F de cette première r valeur moyenne P à une valeur PO fixée que le signal d'entrée aurait Si r o son amplitude moyenne avait la valeur donnée: - des moyens pour calculer et pour appliquer à l'amplificateur un signal de commande commandant un gain de valeur G. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails apparaitront à l'aide de la description d'un exemple de réalisation d'un démodulateur QAM comportant un dispositif de régulation selon l'invention. La figure représente le schéma synoptique de cet exemple de réalisation. Ce démodulateur reçoit sur une borne 1 un signal d'entrée constitué d'une porteuse à 1200 Hz modulée selon une modulation.QAM combinant une modulation de phase et une modulation d'amplitude pour transmettre des symboles ayant 16 valeurs possibles. Ce démodulateur comporte un dispositif de régulation selon l'invention et, en aval, un circuit de démodulation 4 restituant la valeur d'un symbole sur une borne de sortie 5. Le dispositif de régulation, dans cet exemple, comporte un amplificateur analogique 2 à gain commandable; un convertisseur analogique-numérique 3; deux multiplicateurs numériques 6 et 7; deux moyenneurs numériques 8 et 9 un comparateur 10 à seuil et à temporisation; un diviseur numérique Il ; un inverseur numérique 12; et un extracteur de racine carrée numérique 13. L'amplificateur analogique 2 reçoit un signal analogique d'amplitude instantanée x par la borne d'entrée 1. L'amplificateur 2 possède une sortie fournissant un signal analogique amplifié au convertisseur analogique-numérique 3 et celui-ci fournit une valeur numérique x.G à une entrée du circuit de démodulation 4. G est la valeur du gain en tension de l'amplificateur 2, cette valeur étant égale à la valeur numérique qui est appliquée sous la forme d'un mot binaire à une entrée de commande de gain de l'amplificateur 2. Le circuit de démodulation 4 est un circuit numérique de type connu pour démoduler une modulation QAM. Dans cet exemple le dispositif de régulation d'amplitude est réalisé entièrement avec des circuits numériques. La sortie du convertisseur 3 est reliée à deux entrées du multiplicateur 6 et une sortie de ce dernier est reliée à une première entrée du multiplicateur 7. Une sortie du multiplicateur 7 est reliée à une première entrée du moyenneur 8 et une sortie de ce dernier est reliée à une première entrée du comparateur 10, à une entrée du moyenneur 9, et à une première entrée du diviseur 11. Une sortie du moyenneur 9 est reliée à une seconde entrée du comparateur 10 et une sortie de celui-ci est reliée à une entrée de commande du circuit de démodulation 4 et à une entrée de commande du moyenneur 8. Une seconde entrée du diviseur 11 reçoit une valeur constante PO et une sortie est reliée à une entrée de l'inverseur 12 et à une entrée de l'extracteur de racine carrée 13.Une sortie de 1'inverseur 12 et une sortie de l'extracteur de racine carrée 13 sont reliées respectivement à une seconde entrée du multiplicateur 7 et à une entrée de commande de gain de l'amplificateur analogique 2. Le moyenneur numérique 8 est constitué de deux multiplicateurs numériques 20 et 22; d'un additionneur numérique 21; d'un registre 23; et d'un dispositif de sélection 24. La première entrée du multiplicateur 20 est reliée à l'entrée du moyenneur 8 et une entrée du dispositif de sélection 24 est reliée à l'entrée de commande du moyenneur 8. Deux sorties du dispositif de sélection 24 fournissent respectivement une valeur 1 - K et une valeur K à une seconde entrée du multiplicateur 20 et à une première entrée du multiplicateur 22. Une sortie du multiplicateur 20 et une sortie du multiplicateur 22 sont reliées respectivement à deux entrées de l'additionneur 21. Une sortie de l'additionneur 21 est reliée à la sortie du moyenneur 8 et à une entrée du registre 23. Une sortie du registre 23 est reliée à une seconde entrée du multiplicateur 22. Le moyenneur 9 est constitué de deux multiplicateurs numériques 26 et 28; bun additionneur numérique 27; et d'un registre 29. Une première entrée du multiplicateur 26 constitue l'entrée du moyenneur 9, une seconde entrée du multiplicateur 26 reçoit une valeur fixée 1 - L = 0,005, et une sortie est reliée à une première entrée de radditionneur 27. Une seconde entrée de l'additionneur 27 est reliée à une sortie du multiplicateur 28, et une sortie est reliée à la sortie du moyenneur 9 et à une entrée du registre 29. Une entrée du multiplicateur 28 est reliée à une sortie du registre 29 et une autre entrée reçoit une valeur fixée L = 0,995. Les générateurs de signaux d'horloge de cet exemple de réalisation ne sont pas représentés sur la figure. Leur réalisation est à la portée de l'homme de rart. Le signal analogique amplifié par l'amplificateur 2 est échantillonné à la fréquence de 9600 Hz et une horloge de fréquence 20 MHz synchronise le fonctionnement des différents circuits numériques. La sortie du moyenneur 8 fournit une valeur P qui représente la r puissance moyenne du signal appliqué à la bprne d'entrée I et dont l'amplitude moyenne est fluctuante. Cette puissance moyenne est calculée par un procédé numérique à partir des valeurs numériques fournies par la sortie du convertisseur analogique-numérique 3. Celui-ci reçoit un signal analogique dont l'amplitude est régulée et a pour valeur x.G, les moyens de calcul de cette puissance moyenne, 6 à 10, éliminent l'influence du 2 facteur C pour obtenir une moyenne des valeurs x La valeur x.G est appliquée simultanément aux deux entrées du multiplicateur 6 pour obtenir une valeur x2.G2 -. Cette valeur est multipliée par G2 dans le multiplicateur 7 pour éliminer le facteur G.Le multiplicateur 7 fournit donc des valeurs x2 au moyenneur 8 qui détermine une moyenne temporelle Pr de ces valeurs. p0 Le diviseur 11 calcule le rapport p ou PO est la valeur représen o r tant la puissance correspondant à l'amplitude souhaitée pour le signal 2 amplifié. La sortie du diviseur 11 fournit une valeur G qui est le carré du gain que doit avoir l'amplificateur 2 pour compenser une insuffisance de l'amplitude moyenne du signal appliqué à la borne d'entrée 1. L'extracteur de racine carrée 13 calcule G à partir de G2 et fournit la valeur G sous la forme d'un mot binaire à une entrée de commande de l'amplificateur 2. Le moyenneur 8 fonctionne selon deux constantes de temps différentes une constante de temps élevée, 10 mS, lorsque le régime de fonctionnement est établi et une constante de temps faible, 3 mS, pendant les régimes transitoires, notamment lors de l'établissement d'une liaison. Le dispositif de sélection 24 fournit une valeur K = 0,9 et une valeur I - K = 0,1 pendant les périodes transitoires et il fournit une valeur K = 0,99S et 1 - K = 0,005 quand le régime est établi, grâce à la commande d'un signal logique C fourni par la sortie du comparateur 10. Le fonctionnement du moyenneur 8 est classique, mis à part le changement de la valeur de K par le dispositif de sélection 24. Le registre 23 comporte un seul étage et reçoit un signal d'horloge à la fréquence déchantil- lonnage. Le signal logique C est élaboré par le comparateur 10 en comparant la valeur de la puissance moyenne p déterminée par le r moyenneur 8 et une seconde valeur moyenne P de la puissance du signal m appliqué à la borne d'entrée 1, cette seconde valeur moyenne étant fournie par le moyenneur 9 qui la détermine avec une constante de temps très supérieure à celles du moyenneur 8. Les deux constantes de temps du moyenneur 8 sont choisies telles que la modulation d'amplitude du signal soit éliminée, mais telle que les variations brusques de l'amplitude apparaissent et soient compensées par la régulation. La constante de temps du moyenneur 9 est choisie suffisamment longue, 20 mS, pour que toutes les variations d'amplitude du signal reçu soient éliminées, mises à part les variations très lentes. Le comparateur 10 calcule la valeur absolue de la différence entre P r et Pm et la compare m à une valeur fixée. Si cette valeur absolue dépasse la valeur fixée pendant une durée supérieure à 500 microsecondes le comparateur 10 fournit le signal logique C qui indique qu'il y a un régime transitoire. Le signal C déclenche une réduction de la constante de temps du moyenneur 8 pour augmenter la rapidité de calcul de la valeur G commandant le gain de l'amplificateur 2. Ainsi les variations de la valeur G peuvent suivre fidèlement les variations rapides de l'amplitude moyenne du signal. Quand le régime s'établit la valeur p devient proche de P ,le r m signal C n'est plus généré. La constante de temps du moyenneur 8 redevient élevée pour permettre le calcul d'une valeur G avec une excellente stabilité et par conséquent une grande précision de la régulation. L'expérience montre que la première partie du régime transitoire, pendant laquelle le signal C est généré, dure pendant la durée d'un symbole et la seconde partie du régime transitoire, pendant laquelle la régulation s'affine, dure pendant la durée de deux symboles. La durée totale du régime transitoire est donc équivalente à la durée de trois symboles seulement, ce qui est beaucoup plus court que la durée du régime transitoire des dispositifs classiques, tout en autorisant une précision beaucoup plus grande de la régulation en régime établi ce qui réduit le taux d'erreur de démodulation des données. Le signal logique C est appliqué aussi à une entrée de commande du circuit de démodulation 4. Cette information traduisant un régime transitoire est utilisée pour modifier les paramètres de fonctionnement du circuit de démodulation 4. Dans le cas considéré le circuit de démodulation 4 comporte une boucle d'asservissement de fréquence et de phase d'un oscillateur local. Les coefficients d'amplification de cette boucle sont commandés par le signal C afin d'augmenter la rapidité de convergence de cette boucle pendant la première partie du régime transitoire et afin d'augmenter la précision de l'asservissement pendant la seconde partie du régime transitoire et pendant le régime établi.Ainsi la durée totale du régime transitoire est fortement réduite aussi pour le circuit 4 et permet à l'ensemble du démodulateur d'avoir une grande rapidité de convergence puis une grande précision. Ainsi ce démodulateur permet d'établir une liaison avec un délai plus court et d'autre part permet d'obtenir un taux d'erreur inférieur lorsqu'il y a des variations brutales de l'amplitude du signal reçu, par rapport aux démodulateurs comportant un dispositif de régulation d'amplitude de type connu. Il est à noter que la valeur G fournie par l'extracteur de racine carrée 13 est bornée entre une valeur minimale non nulle et une valeur maximale non infinie compatible avec les possibilités de l'amplificateur 2. Une valeur de gain nulle est à éviter pour éviter un blocage de l'ensemble du démodulateur. L'invention ne se limite pas à l'exemple de réalisation décrit cidessus, il est notamment possible de réaliser les moyens de calcul sous la forme de circuits analogiques, la valeur du signal d'amplitude régulée étant prélevée à la sortie de l'amplificateur 2 au lieu de la sortie du convertisseur 3, et la valeur G étant appliquée sous la forme d'un signal analogique à une entrée de commande analogique de l'amplificateur 2. Il est possible aussi de relier les moyenneurs 8 et 9 à la sortie du multiplicateur 7 au lieu de relier le moyenneur 9 à la sortie du moyenneur 8. L'invention s'applique notamment à la régulation de l'amplitude d'un signal reçu par un démodulateur dans un système de transmission de données. REVENDICATIONS 1. Dispositif de régulation automatique d'amplitude, caractérisé en cc qu'il comporte: - un amplificateur (2) dont le gain en amplitude est réglable par un signal de commande, recevant un signal d'entrée dont l'amplitude moyenne est à réguler et restituant un signal amplifié dont l'amplitude moyenne est régulée à une valeur donnée; - des moyens (3, et 6 à 10) pour calculer une première valeur moyenne Pr de la puissance du signal d'entrée;; - des moyens (11) pour calculer le rapport G = p de cette r premièreXvaleur moyenne P à une valeur PO fixée que le signal d'entrée r o aurait si son amplitude moyenne avait la valeur donne - des moyens (13) pour calculer et pour appliquer à l'amplificateur (2) un signal de commande ~corhandant un gain de valeur G. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens (3 et 6 à 10) pour calculer une première valeur moyenne P r de la puissance du signal d'entrée, comportent: - un moyenneur (8) ayant une première constante de temps, dont la valeur est commandable; - des moyens (9) pour calculer une seconde valeur moyenne P de m la puissance du signal d'entrée selon une seconde constante de temps ayant une valeur fixe et très supérieure aux valeurs prises par la première constante de temps; - des moyens (10) pour calculer P - P et commander la valeur rn r de la première constante de temps en fonction de la valeur de P m 3.Dispositif selon-la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens (10) pour calculer P - P et commander la valeur de la première m r constante de temps comportent un comparateur (10) à seuil et à temporisation, fournissant un signal logique C ]orsque la valeur absolue de P - P dépasse une valeur prédéterminée pendant une durée prédéter m r minée; et en ce que les moyens (3, et 6 à 10) pour calculer une première valeur moyenne comportent un dispositif (24) de commande de la première constante de temps, réduisant a valeur de celle-ci lorsque ce signal logique C est généré. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'amplificateur (2) est un amplificateur analogique recevant un signal analogique dont l'amplitude est à réguler et fournissant un signal analogique amplifié et en ce que les moyens (3 et 6 à 10) pour calculer une première valeur moyenne Pr comportent:: - un convertisseur analogique-numérique (3) fournissant une valeur numérique x.G du signal amplifié; 2 - un premier multiplicateur numérique (6) pour calculer (x.G)2 à partir de x.G - un inverseur numérique (12) pour calculer 1 2 à partir de la valeur C2 fournie par les moyens (11) pour calculer le rapport G2= p 2 - un second multiplicateur numérique (7) pour calculer x2 à partir 2 I de (x.G)2 et de G - un moyenneur numérique (8) pour calculer la première valeur 2 moyenne p en faisant une moyenne temporelle des valeurs x fournies par le second multiplicateur (7). 5. Démodulateur caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif selon l'une des revendications 1 à 4. 6. Démodulateur caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif selon la revendication 3, ce dernier fournissant un signal d'amplitude régulée à un circuit de démodulation (4), et en ce que ce circuit de démodulation (4) comporte une entrée de commande recevant le signal logique C pour modifier les paramètres de fonctionnement de ce circuit (4) lorsque le signal C est généré.