Brevet FR2690586A1 — publié le 19931029

REGENERATEUR DE SIGNAUX NUMERIQUES FORMES DE TRAMES, NOTAMMENT POUR INSTALLATION DE TRANSMISSION NUMERIQUE PAR VOIE HERTZIENNE L'invention se rapporte à un régénérateur apte à régénérer, sans accumulation de gigue, un signal numérique reçu formé de trames Elle s'applique aux transmissions de signaux numériques sur de longues distances et en particulier aux transmissions numériques par le faisceau10 hertzien. Dans une chaîne de transmission numérique, l'émetteur est souvent associé à des opérations de multiplexage plésiochrone et construit un signal numérique composite formé de trames Chaque trame est classiquement constituée15 d'éléments de trame successifs sous forme d'impulsions émises par l'émetteur à un rythme d'émission Les éléments de trame comprennent classiquement des éléments de charge, des éléments d'indication de justification et au moins un élément d'opportunité de justification. Il est bien connu que les régénérateurs s'interposant entre les extrémités d'une telle chaîne de transmission numérique créent et accumulent de la gigue Un signal numérique idéal reçu par un régénérateur présente des transitions à des instants régulièrement espacés dans le25 temps La gigue apparaît comme une modulation de phase correspondant à un déplacement variable des transitions régénérées par rapport à leur position nominale dans le temps Ce phénomène d'apparition de gigue est causé par l'instabilité dans le temps du circuit d'horloge interne du30 régénérateur commandant la répartition temporelle des impulsions régénérées Dans les transmissions numériques exploitant le faisceau hertzien, il est habituel de récupérer le rythme d'émission du signal incident à régénérer par une boucle à verrouillage de phase35 asservissant le signal d'horloge interne du régénérateur La gigue du signal d'horloge interne s'accumule alors avec la gigue présente dans le signal incident et affecte la boucle à verrouillage de phase Dans une chaîne de transmission comportant plusieurs régénérateurs, la gigue dans le signal numérique transmis par l'émetteur s'amplifie par 5 accumulation au cours du passage du signal numérique dans les régénérateurs successifs. Le but de l'invention est de remédier à cet inconvénient en proposant un régénérateur qui n'accumule pas de gigue.10 A cet effet, l'invention a pour objet un régénérateur pour régénérer un signal numérique reçu formé de trames incluant des éléments de justification, notamment pour installation de transmission numérique par voie hertzienne, caractérisé par un agencement qui fournit des trames15 régénérées au rythme d'un signal d'horloge interne en agissant dans les trames reçues sur les éléments de justification. La transmission des trames régénérées se fait donc au rythme d'une horloge libre non dérivée du signal numérique reçu ce qui permet de supprimer le phénomène d'accumulation de gigue En agissant sur les éléments de justification d'une trame reçue, il est possible d'adapter le débit d'information en sortie du régénérateur imposé par l'horloge locale du régénérateur au débit d'entrée de cette25 information. Selon une autre caractéristique de l'invention, le régénérateur inclut un égaliseur fractionné. Le régénérateur selon l'invention a l'avantage d'être exempt de boucles à verrouillage de phase Il peut donc être réalisé facilement à l'aide de circuits numériques qui ne nécessitent aucun pré-réglage avant leur mise en service. Un exemple de réalisation de l'invention est décrit en détail ci- dessous en référence aux figures. La figure 1 représente schématiquement le régénérateur selon l'invention sous forme de blocs fonctionnels. La figure 2 est une représentation détaillée d'une partie du régénérateur incluant l'égaliseur fractionné. Les figures 3 A et 3 B représentent de façon plus détaillée des éléments de l'égaliseur visible sur la figure 2. La figure 4 représente une trame d'un signal numérique reçu par le régénérateur et/ou régénéré par celui-ci. Le régénérateur conforme à l'invention est adapté pour régénérer un signal numérique incident formé de trames Un exemple de trame 60 formant le signal numérique reçu par le régénérateur est montrée sur la figure 4 Elle est constituée d'éléments de trame 65 successifs comprenant classiquement des éléments de verrouillage de trame 61 regroupés en début de trame pour former un mot de15 verrouillage de trame, des éléments de charge 62 contenant une information utile symbolisée par les lettres CH, et des éléments de justification 63,64 intercalés entre des éléments de charge Les éléments de trame peuvent être vus comme des ensembles de bits Les éléments de justification comprennent des éléments d'indication de justification 63 contenant une information d'indication de justification symbolisée par les signes + ou et des éléments d'opportunité de justification 64 contenant soit une information utile symbolisée par les lettres CH soit une25 information de bourrage symbolisée le signe / Un ou plusieurs éléments d'indication de justification précèdent un élément d'opportunité de justification et indiquent, de par leur contenu, si l'élément d'opportunité de justification contient une information utile ou une30 information de bourrage Dans l'exemple représenté chaque élément d'opportunité de justification est précédé d'un seul élément d'indication de justification A titre d'exemple, et pour faciliter la compréhension de l'invention, le symbole + dans un élément d'indication de justification indique que35 l'élément d'opportunité de justification qui suit contient une information utile tandis que le symbole indique que l'élément d'opportunité de justification est un élément de bourrage Il faut comprendre que toutes les trames formant le signal numérique reçu comprennent le même nombre d'éléments de trame 65 et le même nombre d'éléments de5 justification répartis dans les trames aux mêmes endroits. Ce type de codage, au demeurant classique en soi, permet de réaliser des opérations de multiplexage plésiochrone comme cela est bien connu. En se reportant maintenant à la figure 1, un régénérateur conforme à l'invention comprend un module d'entrée 2 qui reçoit le signal numérique, présent en 1, formé de trames telles que 60 La fonction de ce module d'entrée est d'échantillonner le signal reçu, après démodulation éventuelle, pour fournir une succession15 d'éléments de trame 65 au rythme d'un signal d'horloge interne H Le module d'entrée fournit aussi deux signaux d'erreur d+ et d présents respectivement en 8 et 9, et est sensible à deux signaux de commande c+ et c présents respectivement en 6 et 7 Les deux signaux d'erreur d+ ou d-20 sont chacun représentatifs d'une différence de phase entre le rythme du signal d'horloge interne et le rythme d'émission des éléments de trames reçus par le module d'entrée En réponse à l'un des deux signaux d'erreur, un module de commande 3 fournit l'un des deux signaux de25 commande au module d'entrée 2 En réponse à l'un de ces deux signaux de commande, le module d'entrée agit dans la succession d'éléments de trame sur les éléments de justification 63, 64 comme indiqué ci-dessous. Le régénérateur comprend aussi un module de reconstruction de trames tel que 4, qui est sensible aux signaux de commande Il a pour fonction de reconstruire de nouvelles trames à partir de certains éléments de trame fournis par le module d'entrée et produire en 5 un signal numérique régénéré formé des nouvelles trames.35 Sur la figure 2, le module d'entrée représenté en détail comprend essentiellement un égaliseur fractionné modifié pour produire les signaux d'erreur et réagir aux signaux de commande L'utilisation de cet égaliseur fractionné permet de supprimer toute boucle à verrouillage de phase analogique Il comprend aussi un convertisseur 5 analogique/numérique 20 qui reçoit le signal numérique présent en 1 et l'échantillonne à un rythme multiple du rythme du signal d'horloge interne H, par exemple 2 H, pour produire classiquement des échantillons numériques présents en 10 L'égaliseur fractionné proprement dit se présente10 sous la forme d'un filtre transverse 28 alimenté par les échantillons numériques produits par le convertisseur 20 à raison de deux échantillons par temps symboles Le filtre transverse est composé de prises à retard 21 commandées par le signal d'horloge 2 H pour maintenir plusieurs échantillons15 numériques successifs Le filtre transverse 28 comprend aussi des blocs 22 de calcul de coefficients dont le détail est montré aux figures 3 A et 3 B Les échantillons numériques présents en 10 ou retardés dans les prises à retard 21 sont multipliés par des coefficients dans des multiplieurs 23.20 Les multiplieurs 23 sont reliés à un circuit additionneur 24 qui produit au rythme du signal d'horloge H des symboles Le circuit additionneur 24 est relié à un circuit de décision 25 qui fournit des symboles décidés présents en 11, au rythme du signal d'horloge H, et un signal d'erreur el présent en 26 Les symboles décidés présents en il correspondent à des éléments de trame Le signal d'erreur présent en 26 est fourni aux blocs 22 de calcul de coefficients Le signal d'erreur el représente classiquement la différence entre les échantillons reçus en entrée du30 circuit de décision et les symboles décidés Les coefficients fournis par les blocs 22 sont calculés en appliquant un algorithme dit "du minimum de l'erreur quadratique moyenne, avec force de rappel à zéro" (appelée couramment "Tap leakage algorithm").35 En se reportant aux figures 3 A et 3 B, un bloc 22 de calcul des coefficients reçoit le signal d'horloge H, le signal d'erreur el présent en 26, des échantillons retardés ER, des coefficients C(-2) et C(+ 2) provenant de deux blocs 22 de calcul de coefficients adjacents au bloc 22 en question tels qu'indiqués par la figure 2 Les deux blocs 22 à l'extrémité gauche de la figure 2 reçoivent en tant que coefficients C(-2) des coefficients nuls représentés par la référence 0 et les deux blocs 22 à l'extrémité droite de la figure 2 reçoivent en tant que coefficients C(+ 2) des coefficients nuls représentés aussi par la référence 0 Sur10 la figure 2, on a représenté un exemple de réalisation d'un filtre transverse comprenant neuf prises à retard 22 associées à dix blocs 22 de calcul de coefficients Le nombre de prises à retard peut facilement être modifié par l'homme de l'art en fonction des caractéristiques du canal15 de transmission du signal numérique reçu par le module d'entrée 2 Les blocs 22 reçoivent aussi les signaux de commande c+ et c- Chaque bloc 22 de calcul produit un coefficient C à partir des informations d'entrée citées précédemment.20 Sur la figure 3 B représentant en détail un bloc 22 de calcul d'un coefficient C, le signal d'erreur el est corrélé avec les échantillons retardés ER dans un multiplieur 220. La sortie du multiplieur 220 est pondérée, dans un multiplieur 221, par un facteur m représentatif d'un pas25 d'intégration qui est choisi en fonction de la vitesse de convergence souhaitée des coefficients La sortie du multiplieur 221 alimente un intégrateur 222 Le bloc 22 de calcul d'un coefficient comporte aussi un organe multiplexeur 224 sensible aux signaux de commande c+ et c-,30 et permettant de substituer au résultat de l'accumulateur qui est associé au coefficient C(n), celui associé au coefficient C(n+ 2) ou C(n-2) Un multiplieur 223 est inséré dans la boucle d'intégration pour biaiser l'intégrateur de façon à introduire une force de retour à zéro, nécessaire35 pour le contrôle d'un égaliseur fractionné Le coefficient multiplicateur est 1 eps avec eps proche de O (zéro). Selon un autre aspect de l'invention, le bloc 22 de calcul d'un coefficient C est agencé pour fonctionner de la façon suivante En réponse au signal de commande c+, le bloc 22 de calcul retourne en tant que coefficient C(n) le coefficient C(n-2) ce qui entraîne une première rotation des coefficients C dans l'égaliseur 28 L'effet du signal de commande c+ sur les blocs 22 de calcul est la duplication d'un symbole: le signal numérique d'entrée est "retardé", en sortie de l'égaliseur, d'un temps symbole En réponse au10 signal de commande c-, le bloc 22 de calcul retourne en tant que coefficient C(n) le coefficient C(n+ 2) ce qui entraîne une rotation des coefficients C dans l'égaliseur 28 inverse de la première rotation L'effet du signal de commande c- sur les blocs 22 de calcul est la suppression d'un symbole:15 le signal numérique d'entrée est "avancé", en sortie de l'égaliseur, d'un temps symbole. La valeur des coefficients fournis par les blocs 22 de calcul évoluent en fonction de la différence de phase entre le rythme du signal d'horloge H et le rythme20 d'émission des éléments de trames reçus Les coefficients C comprennent classiquement un coefficient particulier dit coefficient central fournit par le bloc 22 de calcul se situant sensiblement au milieu de la ligne de blocs 22 de calcul Dans le cas d'exemple représenté sur la figure 2, le25 coefficient central peut être délivré par le cinquième bloc 22 de calcul à partir de la gauche sur la figure 2 Les coefficients délivrés par les blocs 22 de calcul placés à droite de ce bloc délivrent des coefficients C symétriques de ceux délivrés par les blocs 22 de calcul placés à gauche30 du bloc 22 en question lorsque le rythme du signal d'horloge H est identique au rythme des éléments de trames reçus. L'instant d'échantillonnage dans le convertisseur 20 est dit "optimal" Lorsque l'instant d'échantillonnage n'est pas optimal, une dissymétrie apparaît sur les coefficients C qui est exploitée par un circuit de détection d'erreur de pointage 27 Le circuit de détection d'erreur de pointage 27 produit les signaux d'erreur d et d+, respectivement présents en 8 et 9, à partir de l'inspection des coefficients C fournis par les blocs 22 de calcul de coefficients L'erreur de pointage peut correspondre à une 5 différence de valeurs de deux coefficients placés de part et d'autre du coefficient central Le signal d'erreur d+ est produit par le circuit 23 lorsque cette différence de valeurs de coefficients est supérieure à une première valeur de seuil positive et le signal d'erreur d est produit par10 le circuit 23 lorsque cette différence de valeurs de coefficients est inférieure à une seconde valeur de seuil négative Tant que la différence de valeurs de coefficients est située entre les valeurs de seuil, le circuit 23 ne produit pas de signal d'erreur Il faut comprendre que le15 signal d'erreur d+ indique un rythme d'horloge interne plus rapide que le rythme d'émission des éléments de trame tandis que le signal d'erreur d indique un rythme d'horloge interne plus lent que le rythme d'émission des éléments de trames Les valeurs de seuil sont chargées dans une mémoire20 du circuit 23 préalablement à la mise en service du régénérateur. En se reportant de nouveau à la figure 1, le module de commande 3 comprend un bloc 35 d'identification de mots de verrouillage de trame qui identifie le début de chaque trame25 reçue à partir de l'inspection du contenu des éléments de trames fournis par le module d'entrée 2 et présents en 11 pour fournir un signal Tc indiquant que l'élément de trame 65 présent en il et référencé par le signal d'horloge X est un élément de charge tel que 62 et un signal Tij indiquant que l'élément de trame est un élément d'indication de justification tel que 63. Le module de commande 3 comprend aussi un bloc d'extraction d'information de justification 36 qui examine le contenu des éléments de trames présents en Il qui sont35 désignés par le signal Tij pour produire un signal anticipé Tb indiquant que l'élément d'opportunité de justification 64 2690586 ' à venir qui suit ces éléments d'indication de justification examinés est un élément de bourrage. Selon un mode de réalisation du régénérateur selon l'invention, le signal d'erreur d+ présent en 8 est directement appliqué en entrée du module d'entrée 2, après adaptation éventuelle, en tant que signal de commande c+ présent en 7 En réponse au signal de commande c+, le module d'entrée duplique un symbole correspondant soit à un élément de charge, soit à un élément d'indication de justification,10 soit à un élément d'opportunité de justification Le bloc , en réponse au signal d'erreur d+, n'engendre pas de signal Tc pour désigner ce symbole décidé dupliqué présent en il comme élément de charge. A la différence du signal d'erreur d+, le signal d'erreur d fourni par le module -d'entrée n'agit pas directement en tant que signal de commande c du fait que la suppression d'un symbole décidé, dans la succession des symbole décidés fournis par le module d'entrée 2, ne peut être appliquée que sur un élément de bourrage Comme visible sur la figure 1, le signal d'erreur d est combiné avec le signal Tb dans une porte ET 32 dont la sortie est fournie en tant que signal de commande c au module d'entrée 2 au travers d'une bascule bistable 31 La bascule bistable 31 est activée par le signal d'horloge H de manière à fournir25 le signal de commande c au module d'entrée pendant un temps symbole En réponse au signal de commande c-, le module d'entrée supprime un élément de bourrage tel que 64 dans la succession des éléments de trame qu'il fournit en sortie. Le module d'entrée 2 agit par conséquent sur la longueur des trames reçues en ajoutant un élément de trame ou en supprimant un élément de trame en fonction du déphasage entre le rythme du signal d'horloge interne et le rythme d'émission des éléments de trames reçus Si N est le nombre d'éléments de trame 65 d'une trame reçue telle que35 60, le module d'entrée 2 restitue une trame contenant soit le même nombre d'éléments de trames que la trame reçue, soit un nombre inférieur (de un élément) ou soit un nombre supérieur (de un élément) Le module de reconstruction de trames 4 a pour rôle de reconstruire des nouvelles trames de longueur constante ayant N éléments de trames. 5 Sur la figure 1, le module de reconstruction de trames 4 comprend une mémoire 49, du type "FIFO" ayant une capacité suffisante pour enregistrer temporairement au moins une succession d'éléments de trame 65 contenus dans une trame reçue La mémoire 49 est commandée en écriture par une10 combinaison du signal d'horloge interne H et du signal Tc dans une porte ET 48 de manière à enregistrer temporairement seulement la succession d'éléments de charge 62 La mémoire 49 est commandée en lecture par une combinaison du signal d'horloge interne H et d'un signal Tc' d'indication d'élément de charge dans la trame reconstruite dans une porte ET 47 de manière à amener les éléments de charge, enregistrés temporairement dans la mémoire 49, en entrée d'un multiplexeur 50 et selon une répartition temporelle désirée Le module de reconstruction de trames 4 reçoit en20 outre du module de commande 3 les signaux d'erreur d+ et d- ainsi que le signal Tb pour comptabiliser, à chaque trame reçue, le nombre d'éléments de bourrage 64 nécessaires pour la nouvelle trame à reconstruire Cette comptabilisation peut être faite, dans un circuit programmable 46, par un25 compteur incrémenté en réponse au signal d'erreur d+ (duplication d'un élément de trame) fourni par le module d'entrée ou en réponse au signal Tb fourni par le bloc d'extraction d'information de justification 36, lorsque ce signal n'est pas associé au signal d'erreur d indiquant que30 l'élément de bourrage incident a été supprimé En outre aux instants d'opportunité de bourrage de la trame sortante, si ce compteur est positif il est décrémenté et un élément de bourrage est introduit Le circuit programmable 46 fournit au multiplexeur 50, soit les éléments de charge 62 lus dans35 la mémoire 49 par l'intermédiaire du signal Tc', soit de nouveaux éléments d'indication de justification 63 ou des il éléments de bourrage 64 reconstitués, ou bien encore des éléments du mot de verrouillage de trame 61. Le multiplexeur 50 fournit en sortie des nouvelles trames présentes en 5 formant un signal numérique régénéré. Le niveau de déphasage entre le rythme du signal d'horloge interne du régénérateur et le rythme d'émission du signal reçu incident accepté par le régénérateur selon l'invention est fonction du nombre d'éléments de bourrage 64 disponibles dans les trames reçues par le module d'entrée 2 du10 régénérateur. Le régénérateur selon l'invention peut être facilement réalisé à partir de circuits numériques traditionnels mettant en oeuvre les fonctions du bloc d'entrée 2, du bloc de commande 3 et du bloc de reconstruction de trames 4.15 Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation ci-dessus décrit, et on pourra prévoir d'autres variantes sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1) Un régénérateur pour régénérer un signal numérique reçu formé de trames incluant des éléments de justification, notamment pour installation de transmission numérique par voie hertzienne, caractérisé par un agencement ( 2,3,4) qui fournit des trames régénérées au rythme d'un signal d'horloge interne en agissant dans les trames reçues sur les éléments de justification.10 2) Le régénérateur selon la revendication 1, dans lequel l'agencement comprend: un module d'entrée ( 2) recevant le signal numérique pour fournir une succession d'éléments de trame ( 65) au rythme d'un signal d'horloge interne et un signal d'erreur représentatif d'une différence de phase entre le rythme du signal d'horloge interne et le rythme d'émission des éléments de trames, les éléments de trame comprenant des éléments de charge ( 61,62), des éléments d'indication de justification ( 63) et des éléments d'opportunité de justification ( 64), le module d'entrée étant agencé pour supprimer dans la succession d'éléments de trame un élément de justification ( 64) ou dupliquer dans la succession d'éléments de trame un élément de trame ( 65) en réponse à un25 signal de commande; un module de commande ( 3) recevant du module d'entrée la succession d'éléments de trame et le signal d'erreur pour produire ledit signal de commande en réponse à la détection d'éléments d'indication de justification dans30 la succession d'éléments de trame; un module de reconstruction de trames ( 4) sensible au signal de commande pour reconstruire de nouvelles trames à partir de ladite succession d'éléments de trame fournis par le module d'entrée. 3) Le régénérateur selon la revendication 2, dans lequel le module d'entrée ( 2) comprend un égaliseur fractionné ( 28) commandé par le signal d'horloge interne, l'égaliseur fractionné commandé par le signal de commande5 acceptant des ordres de rotation de ses coefficients ayant pour effet de décaler lesdits coefficients d'un temps symbole en avant ou en arrière, et le signal d'erreur de phase étant engendré à partir de l'inspection desdits coefficients.10 r