Brevet FR2662889A1 — publié le 19911206

PROCEDE ET DISPOSITIF DE LEVEE DE L'AMBIGUITE DE PHASE DANS UNE TRANSMISSION NUMERIQUE A DEMODULATION COHERENTE La présente invention se rapporte à un procédé et à un dispositif de levée de l'ambiguité de phase dans une transmission numérique à démodulation cohérente. Les figures 1A et 1B jointes représentent schématiquement une installation connue de transmission d'un multiplexe numérique sur un canal utilisant un procédé de démodulation cohérente, la figure 1A représentant la partie émission, et la figure 1B la partie réception. En se reportant à cette figure lA, un organe multiplexeur 1 construit une trame sur 2n trains binaires numériques, référencés ao, ai, ai,...an-l, et bo, bi,...bi, bn-l, à partir d'informations entrantes issues de divers affluents 2 à émettre. Cette opération est synchronisée par une base de temps fournissant différents signaux de synchronisation. Une trame constitue le motif périodique le plus long visà-vis de ces signaux de synchronisation. Cette trame est divisée en P secteurs contenant chacun Q bits pour chacun des 2n trains binaires sortant de organe multiplexeur 1. La longueur de la trame est alors P.Q. Sur ces 2n trains, lTun d'entre eux, ao par exemple, est choisi de sorte que les instants k.Q soient réservés à l'insersion de bits destinés à la synchronisation. La valeur de ao à ces instants k.Q est égale à Vk modulo P, où vo, vi,...vp-1 sont les éléments binaires du "mot de verrouillage de trame" ou "MVT". Ce MVT est, rappelons le, destiné à retrouver la synchronisation de la base de temps à la réception. Les 2n trains précités sont introduits dans un codeur différentiel 4, suivi généralement de codeurs absolus de Gray 5, 6, ce qui les convertit respectivement en 2n autres trains xo, xi, . . . Xit . . . Xn-l et yo, yl,...yì,...yn-l, qui dépendent des 2n trains entrants et des 2n trains précédents. Après passage dans deux convertisseurs numérique/analogique respectifs 7 et 8, ces signaux sont appliqués au modulateur 9. Ce dernier utilise ces 2n trains pour moduler, selon la modulation choisie, suivant 22n états de phase et d'amplitude possible l'onde porteuse à radiofréquence. Une porteuse modulée est alors obtenue en 11 pour être appliquée à l'émetteur radioélectrique de puissance proprement dit. La sortie 11 du modulateur 9 peut être représentée par un nombre complexe : les états de phase et d'amplitude de ce modulateur sont déterminés à partir de x0,x1,...xn-1 et yo, yl,...yn-l par le nombre complexe C = (xo20 + xl 21 +. . . +xn-i 2n-1) + j (yo20 + yl2 + . . . + yn-l2n-l) On entend alors par Ci la séquence des différents symboles émis successifs. A la réception (figure lB), le traitement inverse est effectué, le démodulateur restituant la séquence symbolique C'i. Cette partie réception comporte donc successivement un démodulateur 12 auquel est appliqué en 13 le signal reçu deux convertisseurs analogique/numérique 14, 15 dont sortent les 2n trains x'i et y'i deux décodeurs de Gray 16, 17 suivis d'un décodeur différentiel 18 pour obtenir les 2n trains a'i et b'i et un démultiplexeur 19, couplé à la base de temps réception 20, qui permet finalement d'obtenir les affluents reçus 21. I1 est impossible, pour des raisons de symétrie, de reconstruire une référence à la réception ayant une relation de phase entièrement connue par rapport à la référence de l'émission. L'ambiguité de phase entre l'émission et la réception vaut k.X/2 avec k = 0, 1, 2 ou 3, et k inconnu à priori. On dit que l'on a quatre porteuses possibles. On a alors C'i = Ci ejklt/2 avec k = 0, 1, 2 ou 3. Le codage et le décodage différentiels sont conçus de telle manière que les trains restitués a'o,...a'n-l, b'o, .. .b'n-i soient néanmoins identiques aux trains émis ao, . . an-i, bo, . . bn-i en l'absence d'erreurs sur la transmission. On suppose à titre d'exemple qu il s'agisse d'une modulation quatre phases pour laquelle on a : n=l. Dans ce cas, il n'y a pas de codage de Gray car il est inutile, et un codage différentiel possible est alors celui qui code les variations de phase de a+bj. Ses entrées sont a et b et ses sorties sont x et y. Sur la figure 2 jointe, les états (a,b) sont représentés par des cercles et les transitions entre états sont labellées avec les valeurs correspondantes de (x,y). Dans le cas d'une modulation plus complexe (n > l) un codage différentiel possible consiste à réaliser un codage différentiel de type quatre phases sur les bits de poids forts (an-l et bn-i), et à effectuer un codage absolu sur les trains restants qui dépend cependant du quadrant dans lequel on se situe (c'est à dire de Xn-l et yn-l). Le codage de Gray dans ce cas est un codage absolu effectué séparément sur les deux voies en quadrature X et Y et destiné à réduire le nombre d'erreurs bits consécutives à une erreur symbole. Un tel codage est conçu de telle sorte que deux symboles qui sont voisins sur une constellation diffèrent en un seul bit. Un exemple de constellation 16 états codée avec un code de Gray est donné sur la figure 3 jointe. Le codage de Gray est conçu pour que sur une erreur correspondant à un symbole reçu voisin du symbole émis, une seule erreur bit apparaisse. Cependant son efficacité est dégradée par la présence du codage différentiel. En effet, une erreur symbole intérieure au codeur différentiel se traduit par deux transitions erronées. I1 y a donc un rapport multiplicatif sur le taux d'erreur binaire qui est dû au codage différentiel. En d'autres termes, ce codage différentiel a pour inconvénient d'avoir un effet multiplicateur sur les erreurs. L'invention vise à remédier à cet inconvénient. Elle se rapporte à cet effet à un procédé et à un dispositif de levée de l'ambiguité de phase dans une transmission numérique à démodulation cohérente, ce procédé consistant au moins à prendre les dispositions suivantes il n'est pas effectué de codage différentiel du train émis il est choisi un mot de verrouillage de trame qui n'est pas le complémentaire de l'une de ses permutations ; il est effectué, sauf s'il est inutile, compte-tenu de la simplicité de la constellation dûe à la modulation adoptée, un codage de Gray du train émis ; à à la réception, le mot de verrouillage de trame est recherché simultanément sur la voie a'o où il devrait géographiquement se trouver en l'absence d'ambiguité de phase, sur sa voie complémentaire a'o, sur la voie b'o qui correspond à son autre composante complexe, et sur la voie complémentaire b'o de cette dernière dès qu'il est retrouvé sur l'une de ces quatre voies, on en déduit le numéro k de la porteuse et donc les équations qui affectent le signal reçu en raison de l'ambiguité de phase, et l'on procède en conséquence, conformément à ces équations, à la correction de ce signal pour restituer ainsi les trains corrects. De toute façon, l'invention sera bien comprise, et ses avantages et autres caractéristiques ressortiront, lors de la description suivante d'un exemple non limitatif de réalisation, en référence au dessin schématique annexé dans lequel Figures 4A et 4B sont des schémas synoptiques généraux des parties émission et réception d'une installation de transmission numérique mettant en oeuvre l'invention Figures 5A et 5B sont les transcriptions des schémas selon les figures 4A et 4B au cas plus simple d'une modulation à quatre états de phase Figure 6 est un schéma du dispositif simple de correction de porteuse équipant l'installation selon Figures 5B ; et Figure 7 montre le dispositif de recherche du mot de verrouillage de trame et de détermination de porteuse qui équipe la base de temps d'une installation selon figure 5B. La partie émission représentée en figure 4A est pratiquement identique à celle de la figure lA, à la différence essentielle près qu'elle ne comporte pas le dispositif 4 de codage différentiel. Dans cet exemple, il est par exemple supposé que le MVT est inscrit dans la voie ai. Bien entendu, il pourrait être porté par n'importe quelle autre voie. L'invention se base, dans son principe, sur la remarque suivante : L'ambiguité de phase est due à la symétrie, selon les deux axes orthogonaux du plan complexe, de la constellation qui représente la modulation considérée et à la symétrie centrale (la figure 3 précitée représente par exemple une constellation à 16 états de phase dans le plan complexe OXY). Cette dernière explique l'ambiguité de phase de k.X/2, avec k compris entre 0 et 4. Si l'on suppose que le mot de verrouillage de trame a été introduit en a et que la liaison est sans erreurs, alors on a, compte-tenu du caractère linéaire du codage de Gray, les relations suivantes Si a'o = ao alors k=O Si b'o = ao alors k=l (I) Si a'o =ao alors k=2 Si b'o = ao alors k=3 la recherche du mot de verrouillage de trame dans l'un des 4 trains auto, b'o, alto, b'o, permet donc de déterminer la valeur de k. Si l'on peut déterminer k, c'est à dire la rotation de phase, on peut alors aisément retrouver, à partir des signaux reçus a'i, b'i (i=O, 1, ..., n-1), les signaux émis a"i, b"i par application des équations suivantes, déduites de ce qui précède, et valables, en l'absence d'erreurs prohibitives, pour toutes les valeurs d'indices (a"o, b"o à a"n-i, b"n-i) si k=O : a"i=a'i et b"i=b'i si k=l : a11=b'i et b"i=a'i (II) si k=2 : a"i-ati et b"i=bti si k=3 : a"i=b'i et b"i-ali avec i = 0,1,..., n-l Conformément à l'invention, on recherche, à la réception, le MVT simultanément dans les quatre voies reçues a'o, b'o, a'o,et b'o, où peut se trouver ce MVT, ce qui donne, lorsqu'on l'a trouvé dans une de ces quatre voies, le numéro k de la porteuse en vertu des relations (I) précédentes. On retrouve alors, connaissant ce nombre k, les trains reçus corrects en appliquant les équations (II) précédentes. En conséquence de ce qui précède, la partie réception selon figure 4B comporte . des éléments 12, 14, 15, 16, 17, 19 identiques à ceux de la figure 1B ; . pas de décodeur différentiel, mais un organe logique 22 de correction de porteuse conformément aux équations (II) précitées, qui est intercalé entre les décodeurs de Gray 16, 17 et le démultiplexeur 21 et qui reçoit, sur deux entrées de commande 23, 24, deux symboles binaires Co, C1 qui proviennent de la base de temps réception 25 et qui représentent, en chiffre binaire, le numéro k de la porteuse . cette base de temps réception 25, qui est reliée au démultiplexeur 19 pour en recevoir en particulier les valeurs a"i et b"i, et qui en déduit les valeurs Co et Ci précitées lorsque, après recherche simultanée du MVT sur les quatre voies a"o, b"o, a''omet b"o , ce MVT a été retrouvé, sauf taux d'erreur trop important, sur l'une de ces quatre voies. On se référera maintenant aux figures 5A, 5B et 6, qui illustrent un exemple de correction de porteuse simple, puisqutappliquée à une modulation à quatre états de phase. Dans un tel cas (figures 5A et 5B), les codeurs et décodeurs de Gray et les conversions numérique/analogique puis analogique/numérique ne s'imposent bien entendu pas, puisque le codage à 4 états de phase correspond par luimême à un codage de Gray. Le correcteur de porteuse est représenté en figure 6. I1 comporte deux multiplexeurs "quatre-en-un" 26 et 27 qui reçoivent chacun d'une part le numéro k de la porteuse, codé en binaire selon les niveaux co et ci en provenance de la base de temps réception, et d'autre part (le MVT est supposé ici se trouver à l'émission sur la voie a) les niveaux a', b' en provenance du démodulateur 12 et leurs complémentaires a'et b' obtenus à l'aide des inverseurs logiques 28 et 29. On vérifie alors aisément, par les équations (II) précitées, que les signaux a" et b" effectivement obtenus en sortie de ces multiplexeurs 26 et 27 sont bien les signaux corrects. On se reportera finalement à la figure 7 qui représente le dispositif, intégré à la base de temps réception 25 des figures 4B ou 5B, de recherche de synchronisation et de détermination du numéro de porteuse k représenté donc1. Ce dispositif reçoit les valeurs a", a", b", b", . l'horloge-bit H fournie par la base de temps. Q étant la longueur d'un secteur de trame, les impulsions H sont appliquées à quatre compteurs par Q, 30 à 33, de chacun desquels sort, normalement une fois tous les Q coups d'horloge-bit, c'est à dire à la fréquencesecteur, une impulsion (en 34 à 37 respectivement) de déclenchement d'un registre à décalage ouvert (38 à 41 respectivement) qui contient autant de bascules que le MVT contient de symboles binaires 1 ou O. Ces quatre registres à décalage reçoivent sur leurs entrées respectives 42 à 45, les séries de niveaux qui correspondent respectivement à : a", a", b", et b". Les sorties multiples, respectivement 46 à 49, des bascules de ces registres à décalage 38 à 41 sont appliquées à un organe logique, respectivement 50 à 53, connu en soi, de comparaison avec le MVT, dont la sortie (respectivement 54 à 57) est appliquée à un organe logique (respectivement 58 à 61) de détection de perte et reprise de verrouillage, cet organe logique étant également de type connu. De manière très classique, la phase de l'horlogesecteur appliquée, respectivement en 34 à 37, à chaque registre à décalage 38 à 41, est, pour la recherche de synchronisation ou la détection de perte de synchronisation, décalée à chaque fois d'un bit par application, respectivement en 62 à 65, d'un signal d'inhibition du compteur respectif 30 à 33 pendant une période d'horloge-bit, qui est appliqué par le circuit de recherche respectif, 58 à 61. A bien noter que ces circuits de recherche du MVT sont tout à fait classiques, mais qu'ici ils sont utilisés simultanément sur quatre voies au lieu d'une seule. Lorsque le MVT, en l'absence de taux d'erreur prohibitif sur la liaison, a été trouvé (un nombre d de fois successives suffisant pour être certain qu'il s'agit bien du MVT) sur une de ces quatre voies, le circuit 58 à 61 correspondant émet alors, sur une première sortie (66 à 69 respectivement) une impulsion de mise à 1, ou "set", d'une bascule bistable (respectivement 70 à 73) initialement à zéro. Ces quatre bascules attaquent en parallèle un multiplexeur "quatre-en-deux" 74, qui fournit sur ses deux sorties 75, 76, le nombre binaire précité [co, ci] qui donne la position de la bascule 70, ou 71, ou 72, ou 73 qui est à l'état 1, et donc le numéro k recherché. Bien entendu, le circuit de recherche, 59 par exemple, qui a trouvé le MVT continue ensuite classiquement son investigation pour éventuellement détecter, après d' fois successives, la perte éventuelle de ce MVT : dans un tel cas, la bascule correspondante est remise à zéro, par application d'un signal "de reset" sur sa borne de remise à zéro (respectivement 77 à 80), et le processus de recherche du MVT recommence alors en simultané sur les 4 voies. Il convient finalement de remarquer que si le MVT n'est pas modifié, le temps de synchronisation n'est pas augmenté par rapport au processus de recherche de synchronisation secteur de l'art antérieur . qu'il ne faut surtout pas choisir un MVT qui soit le complémentaire de l'une de ses permutations : dans un tel cas, on ne pourrait pas différencier les porteuses, et le procédé de l'invention ne pourrait pas être mis en oeuvre. Comme il va de soi, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation qui vient d'être décrit : elle est susceptible d'être mise en oeuvre sous bien d'autres formes équivalentes, voire même plus perfectionnées. REVENDICATIONS 1 - Procédé de levée de l'ambiguité de phase dans une transmission numérique à démodulation cohérente, utilisant une modulation d'amplitude de deux porteuses en quadrature caractérisé en ce qu r il consiste à au moins prendre les dispositions suivantes . il n'est pas effectué de codage différentiel du train émis (11) . il est choisi un mot de verrouillage de trame qui n'est pas le complémentaire de l'une de ses permutations il est effectué, sauf s'il est inutile compte-tenu de la simplicité de la modulation, un codage de Gray du train émis ;; à la réception le MVT est recherché simultanément sur deux trains générés et leurs complémentaires dès qu'il est retrouvé sur l'une de ces quatre voies, on en déduit le numéro (k) de la porteuse et donc les équations (II) qui affectent le signal reçu en raison de l'ambiguité de phase, et l'on procède en conséquence, conformément à ces équations (II), à la correction de ce signal pour restituer ainsi les trains corrects. 2 - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que sa partie réception comporte une base de temps (25) apte à rechercher le mot de verrouillage de trame sur ces quatre voies, et à fournir, lorsqu'il a été retrouvé, sur une de ces voies, le numéro binaire (k représenté par co et ci) de cette voie ; et un organe logique (22) de correction de porteuse qui reçoit ce numéro binaire (k représenté par co et ci) et qui rétablit en conséquence, conformément aux équations (II) précitées, les trains reçus corrects. 3 - Dispositif selon la revendication 2, appliqué à une modulation à quatre états de phase, caractérisé en ce que le correcteur de porteuse (22) comporte deux inverseurs (28, 29) pour obtenir les complémentaires (a'b'), des voies (a', b') à corriger, et deux multiplexeurs quatre-en-un (26, 27) qui reçoivent chacun ces quatre valeurs (a', b', a'b'), ainsi que ce numéro binaire (Co C1) pour en extraire en conséquence les valeurs corrigées correspondantes (a", b"). 4 - Dispositif selon la revendication 2 ou la revendication 3, caractérisé en ce que cette base de temps (25) comporte . quatre circuits (30, 38, 50, 58 ; 31, 39, 51, 59 ; 32, 40, 52, 60 ; et 33, 41, 53, 61) de recherche ainsi que de détection de perte et de reprise du mot de verrouillage de trame, ces quatre circuits fonctionnant en parallèle et chacun selon un mode en soi connu quatre bascules bistables (70 à 73) qui sont respectivement associées à chacun de ces circuits, et qui sont respectivement mises à l'état 1 par le circuit correspondant lorsqu'il a trouvé le mot de verrouillage de trame, et respectivement à l'état zéro lorsqu'il ne l'a pas trouvé ou lorsqu'il l'a déclaré perdu ; et un multiplexeur quatre-en-deux (74) qui reçoit les sorties de ces quatre bascules (70 à 73) et qui fournit en conséquence sur ses deux sorties (75, 76) le numéro binaire (co ci) qui correspond à la bascule qui a été mise à l'état 1.