Brevet FR2561840A1 — publié le 19850927

DISPOSITIF DE FILTRAGE D'ONDE PILOTE DE SYNCHRONISATION POUR SYSTEME DE TRANSMISSION L'invention concerne un dispositif de filtrage d'onde pilote de synchronisation pour système de transmission, notamment pour les systèmes de transmission multiplex analogiques de voies téléphoniques. Dans les systèmes de transmissions téléphoniques, le fonctionnement de chaque station d'émission et de réception est rythmé par un oscillateur local procurant une fréquence de base à partir de laquelle sont dérivées toutes les fréquences utilisées dans la transmission. Pour que deux stations puissent correspondre efficacement, il faut que les oscillateurs locaux des deux stations fonctionnent à la même fréquence. Selon une technique couramment utilisée, dans une transmission entre deux stations, l'une des stations est asservie en fréquence à l'autre station. Plus généralement, dans un réseau de transmission comprenant plusieurs stations, on a une station principale dite station maîtresse sur laquelle se synchronisent les autres stations appelées alors stations esclaves. La station maîtresse émet sur la liaison de transmission vers toutes les stations esclaves, un signal de fréquence déterminée, obtenu à partir du signal de fréquence émis par son oscillateur local. Ce signal de fréquence ou onde pilote de synchronisation est utilisé dans chaque station esclave pour synchroniser l'oscillateur local de la station. Cette onde pilote de synchronisation utilisée dans les multiplex analogiques de voies téléphoniques peut prendre trois valeurs de fréquences conformément aux recommandations du C.C.I.T.T (Comité Consultatif International Télégraphique et Téléphonique): 308 kHz, 300 kHz, 60 kHz. Le pilote de synchronisation à 308 kHz est situé entre le groupe secondaire n01 occupant la bande de fréquence 60-300 kHz et le groupe secondaire n02 occupant la bande de fréquence 312-552 kHz. Le pilote de synchronisation à 300 kHz est situé à la limite supérieure du groupe secondaire n 1. Le pilote de synchronisation à 60 kHz est situé à la limite inférieure du groupe secondaire n"l ou entre le groupe primaire A occupant la bande 12-60 kHz et le groupe primaire B occupant la bande 60-108 kHz. Ces valeurs de bandes de fréquences et d'ondes pilotes de synchronisation de fréquences fixées par les recommandations du C.C.I.T.T sont donc telles que les ondes pilotes de synchronisation sont situées aux limites de bandes de fréquences utilisées pour les transmissions téléphoniques. Selon les techniques connues, la synchronisation de l'oscillateur local d'une station esclave sur l'onde pilote de synchronisation reçue se fait par filtrage de l'onde pilote suivie d'une multiplication de la fréquence de l'onde pour l'amener à la valeur de la fréquence d'oscillation de l'oscillateur local. - Le filtrage du pilote (à 308 kHz par exemple) est effectué à l'aide d'un filtre qui doit être à quartz compte-tenu de la sélectivité demandée au filtre. - La multiplication de fréquence est réalisée à partir d'un filtrage d'un producteur d'harmonique de la fréquence du pilote. L'utilisation de ces ondes pilotes de synchronisation de fréquences nécessite donc des filtres très sélectifs donc difficiles et coûteux à réaliser. L'invention fournit un dispositif de filtrage et de synchronisation utilisable dans les systèmes de transmission multiplex analogiques de voies téléphoniques. Il présente - l'avantage de permettre un filtrage très étroit et sûr. Par ailleurs, sa mise en oeuvre est aisée et peu coûteuse. L'invention concerne donc un dispositif de - filtrage d'onde pilote de synchronisation pour système de transmission comprenant une station maîtresse transmettant sur une liaison une onde pilote de synchronisation d'une fréquence déterminée, une station esclave connectée à la liaison, recevant l'onde pilote de contrôle des fréquences, et possédant un oscillateur local fournissant un signal de fréquence d'oscillation ainsi que des circuits de filtrage et de synchronisation de ltoscillateur local sur l'onde pilote de contrôle des fréquences, caractérisé en ce qu'il comporte un premier diviseur de fréquence d'un premier rapport de division déterminé, connecté à une liaison de sortie de l'oscillateur, recevant de cet oscillateur le signal de fréquence d'oscillation et fournissant sur une sortie un signal de fréquence égal à la fréquence d'oscillation divisée par le premier rapport de division; un premier modulateur possédant une première entrée connectée à la liaison et recevant l'onde pilote de synchronisation, une deuxième entrée connectée à la sortie du premier diviseur de fréquence et recevant le signal provenant de cette sortie, ledit premier modulateur fournissant sur une sortie un signal de fréquence intermédiaire dont la fréquence est la différence des fréquences des signaux reçus sur ses entrées ; un deuxième diviseur de fréquence d'un deuxième rapport de division déterminé connecté également à la liaison de sortie de l'oscillateur, recevant le signal de fréquence et fournissant sur une sortie un signal de fréquence égal à la fréquence d'oscillation divisée par le deuxième rapport de division ; un deuxième modulateur possédant une première entrée connectée à la sortie du premier modulateur et recevant le signal de fréquence intermédiaire, une deuxième entrée connectée à la sortie du deuxième diviseur de fréquence et recevant le signal provenant de cette sortie, ledit deuxième modulateur fournissant sur une liaison d'entrée de l'oscillateur un signal de commande résultant de la combinaison des signaux reçus sur ses entrées. Différentes autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront dans la description qui suit faite en se reportant aux figures annexées parmi lesquelles: - la figure I représente un diagramme de liaison simplifié d'un système de transmission connu, - les figures 2 à 5 illustrent les positions des fréquences des ondes pilotes de synchronisation utilisables par rapport aux bandes de fréquences de transmission de voies, - la figure 6 représente un exemple de réalisation du dispositif de filtrage et de synchronisation selon l'invention, - la figure 7 représente un exemple de réalisation du filtre FL3, - la figure 8 représente un exemple de réalisation pratique du dispositif de l'invention. En se reportant à la figure 1, on va décrire un diagramme de liaison simplifié d'un système de transmission de type connu. Deux stations 1 et 2 sont reliées par une liaison de transmission 8 et se transmettent des signaux d'information par cette liaison. La station 1 possède des équipements d'émission et de réception de signaux 3 dont le fonctionnement est rythmé par des signaux délivrés par un oscillateur de base 4. De plus, la station 1, appelée station maîtresse, fabrique à partir des signaux de l'oscillateur de base 4, une onde pilote de synchronisation de fréquence qui est transmise par la liaison 8 à la station 2 pour synchroniser son fonctionnement sur celui de la station 1. La station 2 est donc appelée station esclave. La station esclave 2 comporte également des équipements d'émission et de réception de signaux 5 dont le fonctionnement est rythmé par des signaux fournis par un oscillateur de base 6. Elle comporte en plus, des circuits de synchronisation 7, recevant par une liaison 50 des équipements 5, I'onde pilote de synchronisation de fréquence transmise par la station maîtresse 1. Les circuits de synchronisation 7 synchronisent, par la liaison 52, le fonctionnement de l'oscillateur de base 6 sur l'onde pilote de synchronisation reçue de la station maîtresse 1. L'oscillateur de base 6 délivre aux équipements 5, par la liaison 51, des impulsions qui en rythme le fonctionnement. De cette façon, le fonctionnement de la station esclave 2 est synchronisé sur le fonctionnement de la station maîtresse 1. Les oscillateurs de base fonctionnent généralement à la fréquence de 4 800 kHz. Leur stabilité de fonctionnement doit présenter une dérive annuelle inférieure à 5 x 10-8. La fréquence de -l'onde pilote de synchronisation de fréquences peut prendre différentes valeurs. Les valeurs préconisées sont 308 kHz, 300 kHz et 60 kHz. En se reportant aux figures 2 à 5, on va situer ces différentes fréquences par rapport aux bandes de fréquences utilisées pour les transmissions. Les figures 2 à 5 sont extraites des recommandation du C.C.I.T.T. Elles sont parfaitement connues dans la technique. Elles vont être décrites pour mettre en valeur l'intérêt de l'invention. La figure 2 représente la situation de l'onde pilote de synchronisation de 308 kHz par rapport aux groupes secondaires numéros 1 et 2 (GS n0 1 et GS n"2). Le groupe secondaire GS n"l s'étend de 60 à 300 kHz. Le groupe secondaire GS n"2 s'détend de 312 à 552 kHz. La fréquence de 308 kHz, comprise entre 300 et 312 kHz, doit être filtrée. La figure 3 permet de situer la situation de l'onde pilote de synchronisation de 300 kHz par rapport aux groupes secondaires GS n"l et GS n02. Ces groupes secondaires occupent les bandes de fréquences indiquées précédemment. Comme on le voit, la fréquence 300 kHz de l'onde pilote de synchronisation est située à la limite supérieure de la bande de fréquences du groupe secondaire GS n"l. En réalité, cette limite supérieure, bien que mentionnée à 300 kHz, se situe à 299,7 kHz. Il n'en reste pas moins que l'extraction de l'onde pilote de synchronisation à 300 kHz pose un problème délicat et demande des filtres performants. Les figures 4 et 5 permettent de situer une onde pilote de synchronisation à 60 kHz par rapport aux groupes secondaires et aux groupes primaires. Par rapport aux groupes secondaires, la fréquence de 60 kHz se situe à la limite inférieure de la bande de fréquences impartie au groupe secondaire GS n0l. Cette limite inférieure est localisée à 60,175 kHz. L'extraction du pilote de synchronisation de 60 kHz pose donc également des problèmes de filtrage. Il en est de même en ce qui concerne la situation de la fréquence de 60 kHz entre la limite supérieure du groupe primaire GPA de bande de fréquences 12 kHz - 60 kHz et la limite inférieure du groupe primaire GPB de bande de fréquences 60 kHz - 108 kHz. Selon les techniques connues, pour réaliser la synchronisation de l'oscillateur de base 6 de la station esclave 2 sur l'onde pilote de synchronisation reçue de la station maîtresse 1, les circuits de synchronisation 7, isolent l'onde pilote par filtrage à la fréquence de tonde, multiplient la fréquence de l'onde pilote pour l'amener à la fréquence de l'oscillateur de base 6, puis détecte le déphasage existant entre cette onde et le signal fourni par l'oscillateur de base 6. Les circuit de synchronisation 7 délivrent sur la liaison 52 un signal continu d'amplitude fonction du déphasage. L'oscillateur de base 6 est un oscillateur à commande en tension ou en terminologie anglo-saxonne "Voltage-Controlled-Oscillator" (VCO). Le signal continu reçu sur la liaison 52 permet donc de commander l'oscillateur de base 6. Cependant, comme on l'a vu, les systèmes connus nécessitent des filtres très performants donc coûteux. Le dispositif de l'invention permet d'éviter l'utilisation de tels filtres. En se reportant à la figure 6, on va décrire un exemple des circuits de synchronisation 7 réalisés conformément à l'invention. La liaison 50 provenant des équipements démission et de réception 5 et sur laquelle est transmise le signal provenant de la station maîtresse 1 et contenant une onde pilote de synchronisation de fréquence fpilS est connectée à l'entrée d'un filtre passe-bande FL1. Ce filtre FL1 effectue un premier filtrage autour de la fréquence fpil et ayant pour but d'éviter de saturer les autres circuits du système. II transmet un signal dont la bande de fréquences est donc restreinte autour de la fréquence fpil Un amplificateur Al reçoit le signal et l'amplifie à un niveau convenable pour les circuits suivants. Par ailleurs, l'oscillateur de base 6 transmettant sur la liaison 51 un signal de fonctionnement vers les équipements d'émission et de réception 5, transmet également, sur la liaison 53, un signal de fréquence F qui peut être le signal de sortie de l'oscillateur ou un signal dérivé de celui-ci. Le signal de fréquence F est appliqué à l'entrée d'un circuit diviseur de fréquence DN qui fournit sur sa sortie un signal de fréquence F/N. Ce signal de fréquence F/N, et le signal de fréquence f fournit pour pil l'amplificateur Al sont appliqués aux entrées d'un circuit modulateur M1 qui effectue un mélange des fréquences des signaux. Plus précisément, il fournit un signal contenant une fréquence correspondant à la somme des fréquences d'entrée et une fréquence correspondant à la différence des fréquences d'entrée. Ce signal est appliqué à l'entrée d'un filtre passe bande FL2. Ce filtre élimine la fréquence correspondant à la somme des fréquences d'entrée du modulateur M1. De plus, sa bande passante est centrée sur une fréquence relativement basse comparée à la fréquence de l'onde pilote de synchronisation, ce qui permet d'effectuer un filtrage efficace. Il fournit un signal de fréquence intermédiaire fint de valeur voisine de fint fpil F/N. Par ailleurs, un circuit diviseur de fréquence Dp reçoit le signal de fréquence F délivré par l'oscillateur de base 6. I1 fournit un signal de fréquence F/P. Ce signal ainsi que le signal de fréquence fint fournis par le filtre FL2 sont appliqués aux entrées d'un modulateur M2. Les valeurs des rapports de division 1/N et 1/P des diviseurs de fréquences DN et Dp ont été choisis de telle façon que, en fonctionnement nominal, la fréquence intermédiaire fint soit égale à la fréquence F/P. Le modulateur M2 reçoit des signaux de fréquences sensiblement égales. Il fonctionne en comparateur de phase. En cas de déphasage entre les deux signaux, il fournit un signal de tension d'erreur dont la valeur dépend du déphasage. Ce signal est transmis par un filtre FL3 qui élimine toute ondulation du signal, sur la liaison 52 vers l'oscillateur de base 6. Celui-ci, commandé en tension comme mentionné précédemment, voit donc son fonctionnement ajusté de manière appropriée. Dans ce qui précède, les rapports de division 1/N et 1/P des diviseurs DN et Dp doivent être choisis convenablement. Pour que la boucle puisse se synchroniser, il est nécessaire que la fréquence intermédiaire (fint) soit égale à la fréquence de l'oscillateur divisée par P. f. = F/P f. = f - F/N int = pil piî = F/N + F/P On doit donc avoir la relation suivante: On va maintenant décrire le fonctionnement du dispositif de l'invention avec un exemple d'application pratique, tel que celui représenté en figure 8, ce qui permettra de préciser l'utilité de chaque circuit du système et de démontrer l'intérêt du système. L'invention est donc appliquée au cas d'une onde pilote de synchronisation de 308 kHz reçue dans une station esclave 2 dont l'oscillateur de base 6 délivre sur sa liaison 53 un signal de fréquence 2400 kHz. Le filtre FL1 est donc un filtre passe bande centré sur la fréquence du pilote fpil = 308 kHz à + 3 Hz. Le filtre FL1 assure les deux fonctions suivantes: - diminution de la puissance à l'entrée de l'amplificateur Al afin d'éviter la saturation de ce dernier. - filtrage de la fréquence image du modulateur M1 (fréquence image = F/N-f. finn)' Le modulateur Ml transpose la fréquence de l'onde pilote (fpil) à pil une fréquence intermédiaire f. = fpil F/N. Si l'on prend pour rapport de division du diviseur DN la valeur 1/N = 1/8, on a: Fint= 8 kHz Le filtre FL2 qui reçoit le signal de fréquence fint = 8 kHz est un filtre passe bande centré sur la fréquence intermédiaire (finn). Comme sa fréquence est bien inférieure à celle de l'onde pilote, il lui est possible d'être plus sélectif que le filtre FL1 et de filtrer plus fortement les signaux téléphoniques. Le modulateur M2 reçoit donc un signal de fréquence fint convenablement filtré. Le modulateur M2 est l'organe de la boucle de verrouillage qui permet l'asservissement de l'oscillateur contrôlé en tension (OCT). La tension continue que fournit le modulateur M2 est proportionnelle au déphasage des deux signaux fint et F/P. Comme on l'a vu précédemment la fréquence de l'onde pilote, la fréquence de l'oscillateur et les valeurs de N et P doivent être selon la relation: Ayant pris pour N la valeur 8, P doit avoir la valeur 300 et le diviseur Dp doit avoir un rapport de division 1/P = 7010 . Le diviseur Dp fournit donc au modulateur M2 un signal de fréquence 8 kHz. Le- système permet alors d'effectuer une synchronisation telle que cela a été décrit. On remarque que la sélectivité du filtrage est assurée par le filtre de boucle FL3 qui intervient dans le définition de la boucle qui assure le filtrage définitif. Si on désigne par: N1 le niveau de l'onde pilote à l'entrée du filtre FL1 et G1 le gain apporté par la chaîne comportant les éléments suivants :FL1, Al, M1, FL2. Le niveau du signal à l'entrée du modulateur M2 est donc égal à N2 = NlxGl. Ce signal s'écrit de la manière suivante: où (A) pil et # pil sont respectivement la pulsation et la phase de l'onde pilote, osc et fisc, celles de l'oscillateur OCT. La comnosante continue V en sortie du modulateur M2 s'écrit: La pente du comparateur de phase Kd s'écrit donc Kd = NI Gi sin # La boucle. dans ses conditions normales de fonctionnement, est accrochée pour d'ou Kd = Ni Gi Le schéma équivalent de la boucle double est donné à la figure 5. La boucle qui assure le rôle de filtrage a une fréquence de coupure à 3 db: '(3du) ) Wr 242 + 1 zrZ+ )2 +1 1/2 ou Wn est la, sation propre de la boucle, 4est le coefficient d'amortissement (t = 2 La détermination de la fréquence de coupure permet d'extraire la pulsation propre u de la boucle. La détermination du filtre FL3 s'effectue à partir des formules classiques: Dans l'exemple de réalisation de la figure 7, les valeurs des résistances R1, R2 et C devront répondre aux relations de constantes de temps suivantes: T1 = R1C i- i et 12 T = 2 R2 C Le système tel qu'il a été décrit dans l'application pratique précédente transpose la fréquence de l'onde pilote à une fréquence qui n'est pas un multiple de la fréquence pilote (fpil = 308 kHz, F = 2400 kHz) La transposition de la fréquence pilote à une fréquence multiple est possible également suivant le même principe, comme le montre l'exemple suivant dans lequel:: fpil = 308 kHz F = 2464 kHz (F = 8 x fpil) N = 10 F/10 = 246,4 kHz f. = 61,6 kHz P = 40 F/P = 61,6 kHz Pour que le système fopctionne, il faut que: ce qui est vérifié avec les valeurs numériques précédentes. Cette structure à l'avantage par rapport à une simple boucle à verrouillage de phase de présenter une meilleure protection contre la saturation des organes due aux signaux téléphoniques, et cela grâce à une meilleure sélectivité du filtre FL2 dont la fréquence centrale est plus basse que celle du pilote (dans un rapport 5 dans cet exemple). A titre d'exemple, l'invention peut être appliquée au cas d'une onde pilote de fréquence fpil = 300 kHz avec un oscillateur de base délivrant un signal de fréquence F = 2400 kHz Selon l'invention on choisit des diviseurs DN et DP dans lesquels N = 10 et P = 40 de façon à satisfaire la relation L'onde pilote à 300 kHz est située à la limite supérieure du groupe secondaire n0 1. Les signaux téléphoniques se situent à 300 Hz du pilote (Fmax = 299,700 kHz). Si la sélectivité est toujours obtenue par la boucle, il est néanmoins nécessaire de réduire les signaux parasites à l'entrée du modulateur M2 afin d'en éviter la saturation. Pour cela le filtre FL2 devra être plus sélectif (filtre électromécanique à 2 pôles par exemple). Enfin, de manière générale, l'invention peut être appliquée dans tout système nécessitant une récupération de l'information de fréquence d'un signal (pilote, porteur de transposition etc...), en particulier dans les systèmes de transmission analogique du type N + N. .porteur à 612 kHz pour système 78 + 78 .porteur à 1224 KHZ pour système 120 + 120 .porteur à 3596 kHz pour système 360 +360 porteur à 12 648 kHz pour système 900 + 900 REVENDICATIONS 1/ Dispositif de filtrage d'onde pilote de synchronisation pour système de transmission comprenant une station maîtresse (1) transmettant sur une liaison (8) une onde pilote de synchronisation d'une fréquence déterminée (fpil) une station esclave (2) connectée à la liaison (8), recevant pil l'onde pilote de contrôle des fréquences, et possédant un oscillateur local (6) fournissant un signal de fréquence d'oscillation (F)ainsi que des circuits de filtrage et de synchronisation (7) de l'oscillateur local (6) sur l'onde pilote de contrôle des fréquences, caractérisé en ce qu'il comporte un premier diviseur de fréquence (DN) d'un premier rapport de division déterminé (N), connecté à une liaison (53) de sortie de l'oscillateur (6), recevant de cet oscillateur (6) le signal de fréquence d'oscillation (F) et fournissant sur une sortie un signal de fréquence (F/N) égale à la fréquence d'oscillation (F) divisée par le premier rapport de division (N); un premier modulateur (M1) possédant une première entrée connectée à la liaison (8) et recevant l'onde pilote de synchronisation, une deuxième entrée connectée à la sortie du premier diviseur de fréquence (DN) et recevant le signal provenant de cette sortie, ledit premier modulateur (M1) fournissant sur une sortie un signal de fréquence intermédiaire dont la fréquence (fint) est la différence des fréquences des signaux reçus sur ses entrées, un deuxième diviseur de fréquence (Dp) d'un deuxième rapport de division déterminé (P) connecté également à la laision (53) de sortie de l'oscillateur (6), recevant le signal de fréquence (F) et fournissant sur une sortie un signal de fréquence (F/P) égale à la fréquence d'oscillation (F) divisée par le deuxième rapport de division (P) un deuxième modulateur (M2) possédant une première entrée connectée à la sortie du premier modulateur (M1) et recevant le signal de fréquence intermédiaire (fins) une deuxième entrée connectée à la sortie du deuxième diviseur de fréquence (Dp) et recevant le signal provenant de cette sortie, ledit deuxième modulateur (M2) fournissant sur une liaison d'entrée (52) de l'oscillateur (6) un signal de cornmande résultant de la combinaison des signaux reçus sur ses entrées. 2/ Dispositif de filtrage d'onde pilote de synchronisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que la somme des rapports de division (N+P) des deux diviseurs de fréquence (DN et Dp) divisée par leur produit (NP) est égale au rapport de la fréquence (fil) de l'onde pilote de synchronisation sur la fréquence (F) du signal fourni par l'oscillateur (6). 3/ Dispositif de filtrage d'onde pilote de synchronisation selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les rapports de division (N et P) des deux diviseurs de fréquence (DN et Dp) ont des valeurs relatives telles que le signal fourni par le deuxième modulateur (M2) sur la liaison d'entrée (52) de l'oscillateur (6) est un signal continu dont l'amplitude traduit le déphasage existant entre l'onde pilote de synchronisation et le signal de fréquence F fourni par l'oscillateur (6). 4/ Dispositif de filtrage d'onde pilote de synchronisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le modulateur (Ml) est connecté à la liaison (8) par l'intermédiaire d'un filtre passe bande (FL1) et d'un amplificateur Al. - 5/ Dispositif de filtrage d'onde pilote de synchronisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la sortie du premier modulateur (M1) est connectée au deuxième modulateur (M2) par l'intermédiaire d'un filtre passe bande dont la bande de filtrage est centrée sur la fréquence intermédiaire (fint) représentant la différence des fréquences des signaux reçus sur les entrées du premier modulateur (M1). 6/ Dispositif de filtrage d'onde pilote de synchronisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que la sortie du deuxième modulateur (M2) est connectée à la liaison d'entrée (52) de l'oscillateur (6) par l'intermédiaire d'un filtre FL3 passe bas éliminant les ondulations du signal fourni.