Brevet FR2675972A1 — publié le 19921030

Dispositif de récupération de rythme La présente invention concerne un dispositif de récupération de rythme dans un système de transmission d'informations en milieu fortement perturbé, par exemple dans un système de transmission par faisceaux hertziens en propagation troposphérique ou ionosphérique. Les liaisons de ce type, en effet, présentent une atténuation de propagation très variable en fonction du temps. Pour assurer en permanence la transmission des informations, il n'est pas toujours possible de mettre en oeuvre des équipements ayant une marge de transmission suffisante pour que le signal puisse être restitué lors d'une atténuation de propagation maximale ; ces conditions de propagation étant rencontrées pendant un très faible pourcentage de temps. Classiquement, de tels équipements comportent plusieurs voies de transmission en parallèle dont les caractéristiques sont suffisamment distinctes pour ne pas être affectées simultanément par une même atténuation de propagation.Un tel fonctionnement en diversité permet de combiner les signaux issus des différentes voies avec des coefficients de pondération automatiquement ajustés afin d'obtenir, à chaque instant, une qualité de liaison au moins égale à celle de la voie présentant la meilleure qualité à ce même instant. L'ordre de diversité étant limité, il subsiste des périodes de propagation difficile particulièrement en diffusion troposphérique ou ionosphérique. Pendant ces périodes dont la durée peut varier de quelques millisecondes à quelques secondes, le signal démodulé peut être de très mauvaise qualité : le rapport signal à bruit obtenu étant très faible et pouvant tendre vers zéro. La présente invention concerne un dispositif de récupération de rythme pouvant fonctionner avec un signal externe fortement bruité et éventuellement sujet à des évanouissements. Dans les dispositifs de l'art connu une solution classique pour réaliser une telle récupération de rythme consiste à utiliser une boucle d'asservissement unique à base d'un filtre de boucle et d'un oscillateur commandé en tension. Ainsi le brevet US-A- 4569064 décrit un dispositif de récupération de la fréquence d'horloge en transmission numérique comportant un circuit analogique de redressement, pour faire apparaître dans le signal une composante à la fréquence du rythme d'horloge, dont la sortie est reliée à un circuit de filtrage à bande très étroite, et un circuit à oscillateur à quartz commandé par une boucle d'asservissement de phase comportant un comparateur de phase de type analogique ayant ses entrées couplées à la sortie du circuit de filtrage et à la sortie de l'oscillateur et sa sortie couplée à l'entrée de commande de phase de l'oscillateur ; ce comparateur de phase délivrant un signal d'erreur nul lorsque les signaux sur ses deux entrées ont une relation de phase prédéterminée ou lorsque le signal de sortie du circuit de filtrage est nul. Mais un tel dispositif ne permet pas de changer la bande de boucle, en l'élargissant ou la rétrécissant à volonté selon que l'on veut une acquisition rapide ou un long maintien. L'utilisation d'un filtre de boucle numérique le pourrait, mais alors se pose le problème quasi insoluble de la dynamique des coefficients du filtre de boucle à bande étroite. L'invention a pour but d'offrir une solution à ces problèmes qui soit facilement réalisable. Elle propose, à cet effet, un dispositif de récupération de rythme caractérisé en ce qu'il comprend deux boucles d'asservissement ; la première étant une boucle d'acquisition rapide, et la seconde une boucle de maintien. Avantageusement, lorsque le signal d'entrée contient une information rythme, la première boucle s'asservit sur ce signal d'entrée ; la seconde boucle étant alors asservie sur la première boucle. Par contre, lorsque le signal d'entrée ne contient plus suffisamment d'information rythme, la seconde boucle est libre ; la première boucle étant alors asservie sur la seconde boucle. Dans une réalisation avantageuse le signal d'entrée est un signal numérique. Chaque boucle comprend un comparateur de phase un multiplexeur à deux positions, un convertisseur numérique-analogique, un filtre de boucle, et un oscillateur ; l'oscillateur de la première boucle étant relié aux deux comparateurs de phase. Dans la première boucle le filtre est un filtre à bande large et l'oscillateur est un oscillateur à bande large de type VCO. Dans la seconde boucle le filtre est un filtre de boucle à bande étroite, et l'oscillateur est un oscillateur à bande étroite de type VCXO. Avantageusement un tel dispositif permet d'obtenir une boucle de récupération de rythme à synchronisation rapide lorsque la récupération de rythme est possible à partir du signal externe, et à maintien lent lorsque celle-ci n'est plus possible : le premier oscillateur, de type VCO par exemple, permettant de réaliser une acquisition rapide, et le second oscillateur, par exemple de type VOX0, permettant, grâce à sa faible excursion en fréquence, de réaliser un maintien de longue durée. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple non limitatif, en référence à la figure annexée qui illustre le dispositif selon l'invention. Le dispositif de l'invention, tel que représenté sur la figure comprend deux boucles d'asservissement 10 et 11. La première boucle 10 est composée d'un comparateur de phase 12, qui reçoit le signal numérique externe E et qui délivre un signal d'erreur de phase numérique el, d'un multiplexeur numérique 13 à deux positions 14 et 15, d'un convertisseur numérique-analogique 16, d'un filtre de boucle analogique à bande large 17 et d'un oscillateur à bande large 18, par exemple de type VCO, pour permettre un accrochage rapide de cette boucle 10 ; cet oscillateur 18 étant relié à une entrée du comparateur 12. La seconde boucle 11 est composée d'un comparateur de phase 20 qui reçoit le signal en sortie de l'oscillateur 18 et qui délivre un signal d'erreur de phase numérique e2, d'un multiplexeur numérique 21 à deux positions 22 et 23, d'un convertisseur numérique-analogique 24, d'un filtre de boucle analogique à bande étroite 25 et d'un oscillateur 26 à faible bande, par exemple de type VCXO, pour permettre un long maintien de cette boucle 11 ; cet oscillateur 26 ayant sa sortie reliée à une entrée du comparateur de phase 20. Les deux multiplexeurs 13 et 21 sont pilotés par un circuit de détection de niveau 30 qui reçoit le signal numérique E. - Dans un premier temps, lorsque le signal numérique E contient l'information rythme, les multiplexeurs 13 et 21 sont respectivement en leur première position 14 et 22. Le premier comparateur de phase 12 reçoit, sur sa première entrée, le signal numérique externe E porteur de l'information rythme et, sur sa seconde entrée, le signal sortant du premier oscillateur 18 de type VCO ("voltage controlled oscillator"). Il délivre un signal d'erreur de phase el qui est envoyé sur le premier convertisseur numérique-analogique 16 suivi du premier filtre de boucle 17 à bande large dont la sortie est reliée à l'entrée de commande du premier oscillateur 18. Le second comparateur de phase 20 reçoit, sur sa première entrée, le signal sortant du premier oscillateur 18 et, sur sa seconde entrée, un signal sortant du second oscillateur 26 de type VCXO ("voltage controlled Xtal oscillator"). I1 délivre un signal d'erreur de phase e2 qui est envoyé sur le second convertisseur numérique-analogique 24 suivi du second filtre à bande étroite 25 dont la sortie est reliée à l'entrée de commande du second oscillateur 26. Ainsi la première boucle 10 s'asservit sur le signal numérique externe E et la seconde boucle 11 s'asservit sur la première boucle 10. - Dans un second temps, lorsque le signal numérique E ne contient plus suffisamment d'information rythme, les deux commutateurs 13 et 21 sont basculés dans une seconde position respectivement 15 et 23. Dans la seconde boucle 11 l'erreur de phase e2 est remplacée par une erreur de phase "0" qui permet d'obtenir le maintien de cette fréquence d'oscillation de la seconde boucle 11. L'erreur de phase e2 est envoyée sur le premier convertisseur numérique-analogique 16 suivi du premier filtre à bande large 17 dont la sortie est reliée à l'entrée du premier oscillateur 18. Le premier comparateur de phase 12 n'est plus utilisé. La seconde boucle 11 est donc libre, sa fréquence étant maintenue sans bruit de phase. La première boucle 10 s'asservit alors sur la second boucle. Dans la première étape de fonctionnement le signal numérique extérieur E contient une information rythme. Par contre dans la seconde étape le signal numérique extérieur E ne contient plus suffisamment d'information rythme. La seconde boucle 11 permet de maintenir la fréquence en attendant le retour de l'information rythme : Elle se trouve livrée à elle meme et dérive très lentement du fait de l'étroitesse de sa bande. La première boucle s'asservissant sur cette seconde boucle et suivant alors sa dérive très lente. Le premier comparateur de phase 12 peut entre réalisé en utilisant un démodulateur à double échantillonnage, dans lequel on échantillonne deux fois par bit, comme décrit dans l'article intitulé "A BPSK/QPSK timing error detector for sampled receivers" de F.M. Gardner (IEEE Transactions. on Communications ; vol. com.34 ; Mai 1986 ; pages 423-429). Le second comparateur de phase 20 permet la comparaison de phase entre les deux oscillateurs 18 et 26. Pour réaliser ce comparateur on peut utiliser un convertisseur analogique-numérique ; un signal sinusoidal, délivré par l'un des oscillateurs 18 (ou 26), étant amené sur son entrée analogique : un signal rectangulaire délivré par l'autre oscillateur 26 (ou 18) étant amené sur son entrée horloge. On obtient alors une valeur de sortie échantillonnée proportionnelle au sinus d'écart de phase. Un convertisseur numérique-analogique de type "FLASH" peut, d'ailleurs, être utilisé. I1 permet de faire une convertion en une seule fois, et non par approximations successives le nombre de bits en sortie dépendant de la précision que l'on peut obtenir sur l'erreur de phase. I1 est bien entendu que la présente invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et que l'on pourra remplacer ses éléments constitutifs par des éléments équivalents sans, pour autant, sortir du cadre de l'invention. Ainsi, il est possible de remplacer les filtres analogiques 17 et 25 des boucles 10 et 11 par des filtres numériques en les plaçant avant les convertisseurs numérique-analogique 16 et 24. I1 est alors très facile de modifier la bande de chacun des filtres 17 et 25 sans changer ces filtres. REVENDICATIONS 1/ Dispositif de récupération de rythme, caractérisé en ce qu'il comprend deux boucles d'asservissement ; la première (10) étant une boucle d'acquisition rapide, et la seconde (11) une boucle de maintien. 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que, lorsque le signal d 'entrée contient une information rythme, la première boucle (10) asservit sur ce signal d'entrée (E), la seconde boucle (11) étant alors asservie sur la première boucle. 3/ Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que, lorsque le signal d'entrée ne contient plus suffisamment d'information rythme, la seconde boucle (11) est libre la première boucle (10) étant alors asservie sur la seconde boucle (11). 4/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit dispositif reçoit un signal d'entrée numérique. 5/ Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que chaque boucle (10, 11) comprend un comparateur de phase (12, 20) un multiplexeur à deux positions (13, 21) ; un convertisseur numérique-analogique (16, 24) un filtre de boucle (17, 25) ; et un oscillateur (18, 26) ; l'oscillateur (18) de la première boucle étant relié aux deux comparateurs de phase (12, 20). 6/ Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que, dans chaque boucle, le filtre (17, 25) est un filtre numérique situé avant le convertisseur numérique-analogique (16, 24). 7/ Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que, dans chaque boucle, le filtre (17, 25) est un filtre analogique situé après le convertisseur numérique-analogique (16, 24). 8/ Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que, dans la première boucle (10), le filtre (17) est un filtre à bande large et en ce que l'oscillateur (18) est un oscillateur à bande large. 9/ Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'oscillateur (18) est de type VCO. 10/ Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que, dans la seconde boucle (11), le filtre (25) est un filtre de boucle à bande étroite, et l'oscillateur (26) est un oscillateur à bande étroite. 11/ Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'oscillateur (26) est un oscillateur de type VCXO. 12/ Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 11, caractérisé en ce que les multiplexeurs (13, 21), pilotés par un circuit de détection de niveau (30), ont une première position (14, 22) telle que, dans chaque boucle (10, 11), le comparateur de boucle (12, 20) a sa sortie reliée au convertisseur numérique-analogique (16, 24) et une seconde position (15, 23) telle que le comparateur de phase (20) de la seconde boucle (11) a sa sortie reliée au convertisseur numérique-analogique (16) de la première boucle, et en ce que le convertisseur numérique-analogique (24) de la seconde boucle (11) est reliée à un signal d'erreur nulle. 13/ Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 12, caractérisé en ce que le comparateur de phase (12) de la première boucle comprend un démodulateur à double échantillonnage. 14/ Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 13, caractérisé en que le comparateur de phase (20) de la seconde boucle comprend un convertisseur analogique-numérique qui reçoit un signal sinusoidal sur son entrée analogique, et un signal rectangulaire sur son entrée horloge ; ces deux signaux étant issus respectivement des oscillateurs des deux boucles.