Brevet FR2620884A1 — publié le 19890324

La présente invention concerne le domaine de la transmission numérique de plusieurs voies simultanées par modulation d'un rayonnement infra rouge ou de tout autre support se prétant à ce genre de modulation par impulsions. Les systèmes numériques actuels utilisent généralement un groupe de n impulsions correspondant aux n voies transmises c'est-à-dire une impulsion par voie. A chaque voie est affectée un segment temporel dont la valeur binaire est représentée par la présence ou l'absence de cette impulsion dans ce segment. L'inconvénient majeur du présent état de la technique est la forte consommation d'énergie de ce type de dispositif ce qui en limite les applications pratiques. Un premier objet de cette invention est de transmettre simultanément, les n voies par deux impulsions seulement. La première de ces deux impulsions assure la synchronisation du début de trame et la seconde définit la position dans le segment temporel des valeurs caractéristiques I ou O de toutes les voies simultanément. Le codage des n voies s'effectue en convertissant les valeurs I ou O de ces voies en segments de temps séparant les deux impulsions suivant la formulation mathématique suivante Tx L 2n Ts + To - Tx : valeur du segment de temps séparant deux impulsions - n : représentant le nombre de voies - Ts : durée d'un segment - To : temps minimum séparant les deux impulsions lorsque la valeur de toutes les entrées est zéro. De plus, il apparaît avantageux de limiter l'énergie rayonnée par la présence de deux impulsions seulement, ce qui permet à performance égale, de nécessiter une puissance d'émission réduite par rapport aux autres procédés de tansmission utilisant une impulsion par voie, ou en d'autres termes de permettre avec le même dispositif une puissance maximale possible plus élevée eu égard aux caractéristiques limites des composants utilisés et par voie de conséquence d'obtenir une portée plus grande. En outre, le fait pour cette invention de présenter un couple de deux impulsions par trame dont la composante moyenne est constante, simplifie fortement le dispositif de réception. En effet, cette caractéristique permet une démodulation plus facile du signal par l'amélioration du rapport signal sur bruit. Par ailleurs, toujours grâce au couple de deux impulsions, on améliore le temps de récupération des circuits, et, de ce fait on améliore la rapidité de transmission. Un second objet de la présente invention est de permettre un contrôle de la validité de la trame par comptage du nombre d'impulsions reçues ainsi que de leur position dans les segments temporels définis caractérisé par le fait que la première impulsion assure la synchronisation du récepteur et que la position relative de la deuxième impulsion par rapport à la première, détermine le code transmis. Un troisième objet de l'invention est de permettre le regroupement de voies simultanées pour augmenter le débit caractérisé par le multiplexage des entrées du codeur d'émission et démultiplexage des sorties du décodeur de réception. De plus, il est possible de regrouper plusieurs voies simultanément pour constituer un canal à débit numérique plus élevé et permettre par exemple avec cinq voies à 16 KHZ, d'effectuer une liaison du type RNIS avec un canal de transmission de la communication à 64 KBits en regroupant quatre voies et un canal de signalisation à 16 KBits. En outre, il est possible d'assurer la commutation simple de plusieurs émetteurs-récepteurs analogiques infra-rouge avec une seule logique de transcodage. Un autre objet de cette invention est de permettre d'éliminer les distorsions dûes au support de transmission et aux circuits analogiques d'émission et de réception associés grâce à des moyens de prise en compte des impulsions sur leurs fronts positifs. De plus, cette invention élève le rendement de la liaison et permet ainsi d'augmenter sensiblement la portée en régime impulsionnel grâce à des moyens de contrôle de la durée d'impulsion satisfaisant la condition mathématique suivante I moy - 2 I max x TP TR - I moy : courant moyen - 2 : nombre constant d'impulsions émises par trames - I max : intensité maximum définie par le constructeur de la diode d'émission - Tp : durée de chaque impulsion - Tr : temps de récurence entre deux premières impulsions. Un objet complémentaire de cette invention réside en ce que le récepteur est rapide et sensible malgré ses petites dimensions. La consommation d'énergie électrique dudit récepteur est très faible et possède néanmoins une bonne réjection aux composantes lumineuses parasites de basses fréquences. Ces résultats sont obtenus par des moyens caractérisés notamment par une combinaison de miroirs de courant. La présente invention sera mieux comprise et d'autres caracéristiques apparaîtront à l'aide de la description ci-après et des figures s'y rapportant qui représentent - figure 1 : le diagramme du codage numérique des voies. - figure 2 : le codeur assurera la conversion de x entrées des voies n numériques en une sortie parmi les 2 possibles - figure 3 : le diagramme de décodage - figure 4 : l'étage d'attaque à courant constant - figure 5 : le schéma de principe de la combinaison de miroir de courant - figure 6 : un exemple de réalisation d'un appareil autonome mobile et d'un appareil fixe - figure 7 : 1ère partie de la base de temps avec synchronisation trame et contrôle temporel de la deuxième impulsion - figure 8 : deuxième partie de la base de temps et décodage de la trame - figure 9 : le générateur d'impulsions d'émission - figure 10 : diagramme en régime impulsionnel des impulsions Tp et Tr La figure 1 nous montre le codage numérique des voies qui est défini par l'intervalle de temps séparant les deux impulsions suivant des segments de temps connus, avec par exemple Ts - 1 micro seconde et To - 2 micro secondes. Les parties 1 et 3 de ce diagramme représentent un canal temporel. Les parties 2 et 4 de ce diagramme représentent un autre canal temporel. Tr représente toujours dans la figure 1 le temps de récurence d'un canal temporel. To représente le temps minimum séparant deux impulsions. Tn représente la valeur maximale du temps séparant deux impulsions. T1 représente toute valeur intermédiaire séparant deux impulsions. La figure 2 nous montre le codeur constitué d'un circuit convertissant les n entrées des voies numériques 5 en une sortie parmi les 2 possibles aboutissant sur un registre à décalage précâblé 6 pour déterminer To 7, la fréquence de l'horloge CK 18 déterminant les segments de temps élémentaires Ts. L'émission se faisant à la sortie de ce registre 9. La figure 3 nous montre le décodage effectué en mesurant le temps écoulé entre la première impulsion 10, qui assure également la synchronisation du récepteur, et la deuxième impulsion 11 qui doit apparaître dans les intervalles de temps définis 12 pour être validée. La valeur décimale Tx obtenue, comprise entre To et Tn, s'il n'y a pas d'erreur de transmission, est convertie en binaire pour restituer les n voies numériques indépendantes et simultanées. Le regroupement de plusieurs voies utilise également une logique simple de multiplexage de registres interfaçant les entrées et sorties des voies numériques selon les techniques connues de l'homme de l'art. Le type de codage décrit ci-dessus est défini en fonction des caractéristiques analogiques des composants infra rouge modernes. Malgré une dissipation moyenne et un rendement faible des diodes d'émission infra rouge actuelles, il est possible d'obtenir une portée acceptable en régime impulsionnel, à condition de respecter le courant moyen en contrôlant la durée des impulsions et de la fréquence de récurrence suivant la formule déjà rencontrée : I moy - 2 I max x Tp Tr La figure 10 nous montre un diagramme en régime impulsionnel et définit la valeur de la durée de chaque impulsion ou Tp 13 ainsi que le temps de récurence entre les deux premières impulsions Tr 14 de trames consécutives. Le courant maximum, défini par le fournisseur des diodes d'émission 23, est garanti par l'étage d'attaque à courant constant de la figure 4. La valeur de Tp 13 est aussi réduite que possible pour exploiter au mieux la puissance maximum admissible par les diodes d'émission, mais les temps d'établissement et d'extinction du composant introduisent une première distorsion de l'impulsion qui prend une forme trapézoidale. Le récepteur doit être rapide et sensible tout en ayant un faible encombrement, une consommation réduite et une réjection des composantes lumineuses de basse fréquence correspondant notamment aux appareils d'éclairage. La figure 5 nous montre un schéma de principe basé sur une combinaison de miroirs de courant qui respecte ces impératifs et permet une reproductibilité facile par intégration en circuit prédiffusé par exemple. Les miroirs de courant M1 à M4 15, 16, 17, 18, associés aux transistors T1 et T2 19, 20, forment un amplificateur opérationnel à transconductance. Le transistor T1 est polarisé par les résistances R1 21 et R2 22 qui servent également de charge à la diode D 23 de réception infra rouge. La résistance R3 24 détermine la consommation et la sensibilité du récepteur. Le courant issu du différentiel, constitué par les miroirs de courant M2 16 - M4 18, contrôle le transistor T3 25 dont l'émetteur est maintenu correctement polarisé par la résistance R6 26 ; le filtre passe-bas de contre-réaction, constitué par la résistance R4 27 et le condensateur C1 28, est calculé pour rejeter les impulsions à détecter. La résistance R6 26 détermine le courant de repos du différentiel, constitué par les miroirs de courant M5-M6 30, et le condensateur C2 29 rend insensible le miroir de courant M6 30 aux impulsions, tandis que la résistance R5 31 règle le seuil de détection. Les transistors T4 32 et T5 33 avec les résistances associées 34, 35, 36 assurent l'amplification et la mise à niveau des impulsions qui sont affectées de nouvelles distorsions de forme et de durée. Lorsque le temps minimum To entre deux impulsions est suffisant, leur forme relative reste constante. Cette caractéristique est exploitée pour la détection des impulsions. La prise en compte desdites impulsions par la logique sur leur front positif permet de mesurer de façon précise et certaine le temps Tx séparant deux impulsions. Un autre avantage de cette conception à miroirs de courant concerne la dynamique importante de réception qui permet une variation de distance entre émetteur et récepteur depuis une dizaine de centimètres jusqu'à plusieurs mètres sans recourir à un dispositif de réglage de gain automatique ou manuel. Une des applications de l'invention selon les synoptiques de la figure 6, comprend un appareil autonome mobile 37 relié par une voie de signalisation série de type RS232 à 16Kbits 43 et deux voies regroupées pour une liaison vocale d'interphonie à 32 Kbits par l'intermédiaire de modulateurs delta 38 avec un appareil fixe symétrique 40 interfaçant l'équipemente de contrôle. Un multiplex temporel 41, 42 à deux canaux assure une liaison bidirectionnelle entre fixe et mobile. La communication vocale avec l'opérateur du mobile facilite les opérations, tandis que la voie de signalisation 43 transmet les données numériques avec une certaine redondance dans le dialogue afin de palier les erreurs dues aux occultations intempestives des faisceaux infrarouge directionnels. L'utilisation du support infrarouge élimine les problèmes radioélectriques tels que choix de fréquences, séparation des canaux, perturbations en milieu industriel, etc. Les caractéristiques optiques de l'infrarouge autorisent une séparation ou au contraire un couplage entre plusieurs fixes et/ou mobiles avec le contrôle facile d'une zone d'action limitée. Enfin, ce procédé abaisse le coût du matériel de transmission tout en permettant une miniaturisation aisée et une grande autonomie compatible avec une alimentation à piles ou batterie rechargeable. Les schémas 7, 8, 9 réalisent les fonctions logiques de trancodage résumées dans le synoptique de la figure 6. Les registres à décalage A2, A3, A4, A5 (figure 7) 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51 et C2, C3, C4, C5 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59 (figure 8), avec les portes logiques associées, réalisent la base de temps contrôlant le fonctionnement des codeurs et décodeurs de trame. Les impulsions de réception sont mises en forme et triées par les registres de décalage Al, B1, C1 (figure 7) 60, 61, 62, 63, 72, 73 pour valider le décodage dont le résultat se retrouve en B8 64 (figure 8). Les impulsions d'émission 72 étant générées par les bascules D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71 (figure 9) à partir des informations numériques présentes sur les broches d'entrées. REVENDICATIONS 1. Dispositif de transmission numérique caractérisé en ce que le codage à l'émission permet de véhiculer n voies grâce à des moyens tels que la première de ces deux impulsions assure la synchronisation du début de la trame, et la seconde, la position dans le segment temporel des valeurs significatives I ou O de toutes les voies. 2. Dispositif de transmission numérique selon la revendication 1 caractérisé en ce que le codage de n voies simultanées utilise des moyens de conversion des valeurs I ou O de ces voies en segment de temps séparant deux impulsions selon la formulation mathématique Tx - 2 2n Ts + To - Tx : valeur du segment de temps entre deux impulsions - n : nombre de voies - Ts : durée d'un segment de temps - To : temps minimum séparant deux impulsions lorsque la valeur de toutes les entrées est zéro. 3. Dispositif de transmission numérique selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que des moyens permettent selon un nombre constant d'impulsions (deux) le codage d'un nombre de voie variable. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications i, 2 ou 3 caractérisé en ce que le regroupement de voies simultanées est obtenu par des moyens de multiplexage des entrées du codeur d'émission et de démultiplexage des sorties du décodeur de réception afin de constituer un canal à débit numérique élevé et de permettre d'effectuer des liaisons multi-voies tout en conservant l'émission d'un nombre d'impulsions cons tant. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3 ou 4 caractérisé en ce que des moyens de prise en compte des impulsions sur le front positif desdites impulsions éliminent les distorsions. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4 ou 5 caractérisé en ce que des moyens tels que l'utilisation de miroirs de courant forment un amplificateur opérationnel à transconductance et un détecteur de seuil du signal permettant l'amplification et la détection des impulsions avec une dynamique importante.