Brevet FR2724512A1 — publié le 19960315

DISPOSITIF D'IDENTIFICATION D'UNE SÉQUENCE PRÉDÉTERMINEE DE SIGNAUX DANS UN MODEM La présente invention concerne le domaine des modulateurs/démodulateurs (modems) numériques et plus particu- lièrement l'opération d'identification de séquences prédétermi- nées de mots de consigne lors de phase de mise en route, ou de phases intermédiaires d'apprentissage durant une même communi- cation. L'invention s'applique plus particulièrement à des modems utilisés pour la transmission de télécopies. Dans un modem utilisant un processeur de signal, les données à transmettre sont codées sous forme numérique à partir d'un certain nombre de symboles possibles puis transmises sous forme d'échantillons de portions d'une porteuse modulée par exemple en phase et en amplitude, puis convertis en signal analogique. Les phases d'apprentissage de communication entre deux modems sont destinées à adapter ces modems essentiellement en fonction de la ligne de transmission qui entraîne des varia- tions dans les signaux transmis que le modem récepteur doit être capable d'identifier comme telles afin de décoder les données. Ces variations peuvent se traduire par exemple, par un décalage de la fréquence porteuse, une distorsion d'ampli- tude du signal modulé, du bruit, une atténuation du signal, une gigue de phase, un décalage temporel des symboles modulés, etc. Pour des transmissions au moyen de modems fonction- nant en mode bidirectionnel à l'alternat (semi-duplex), les échanges d'informations (données ou consignes) s'effectuent alternativement, un modem étant en émission tandis que l'autre est en réception et inversement. Lorsque ces changements de sens de transmission sont fréquents au cours d'une même commu- nication, il est important que les phases d'apprentissage soit les plus courtes possibles pour ne pas nuire à la cadence de transmission des données. Les variations dues à la ligne ne changent que légè- rement pour un modem donné entre deux périodes de réception séparées par une période d'émission. Ce modem peut donc mémori- ser les paramètres correspondants aux variations analysées lors de la période précédente o il était en réception. Ces paramè- tres sont les coefficients de l'égaliseur adaptatif, la fré- quence de décalage pour le rétablissement de la porteuse, le décalage fréquentiel de rétablissement temporel, le gain, etc. Une courte phase d'apprentissage peut donc être uti- lisée entre chaque période d'émission de données pour réadapter les modems en fonction des variations éventuellement interve- nues depuis la phase d'apprentissage précédente. De telles phases d'apprentissage que l'on recherche les plus courtes possibles sont présentent dans les échanges entre deux modems utilisés pour la transmission de télécopies. De tels modems fonctionnent en mode bidirectionnel à l'alternat et sont susceptibles d'émettre et de recevoir des signaux en modulation de phase et d'amplitude (QAM) ou en modulation dif- férentielle de phase (DPH) d'une porteuse pour la transmission des données. Avant chaque transmission de document, une phase d'apprentissage initial est effectuée et, avant chaque trans- mission d'une page de document, une phase d'apprentissage intermédiaire est effectuée. Les recommandations CCITT pré- voient une procédure d'apprentissage déterminée pour chaque norme de transmission en fixant le type de signaux devant être transmis et la durée maximale des procédures d'apprentissage. Dans le cas de la norme V27 ter, par exemple, qui correspond à une des normes utilisées pour la télécopie en modulation QAM, une procédure d'apprentissage se divise en cinq segments. Ces cinq segments correspondent à une émission parti- culière de signaux prédéterminés par le modem appelant qui doi- vent être reconnus et utilisés par le modem appelé pour adapter ses différents modules et les rendre aptes à recevoir correcte- ment des données. Le modem qui reçoit des signaux correspondant à ces segments doit pouvoir les reconnaître à temps pour entamer les différentes adaptations nécessaires à son fonctionnement. Un premier segment consiste en une porteuse pure (dépourvue de modulation) émise à la fréquence de la porteuse de transmission de données. Cette fréquence est par exemple de 1800 Hz pour la norme V27 ter et la durée de ce segment est fixée de 185 à 200 ms. Un deuxième segment consiste en une absence d'émis- sion pendant une certaine durée. Cette durée est par exemple de à 25 ms pour la norme V27 ter. Les deux premiers segments ne sont présents que dans des phases d'apprentissage relatives à des modems pourvus de modules d'élimination d'écho. Un troisième segment consiste en une émission d'un signal modulé par une fréquence donnée, en phase et en opposi- tion de phase. Cette fréquence est par exemple de 1600 Hz pour la norme V27 ter. Ce troisième segment est fondamental. Il sert à ajuster une commande automatique de gain et un module de rétablissement temporel pour rétablir la fréquence et la phase du symbole transmis. Il est essentiel que le modem qui le reçoit identifie ce troisième segment pour pouvoir pendant la période suivante recevoir correctement les données transmises. La durée de ce troisième segment dépend de l'option dans laquelle se trouvent les modems parmi deux options qui corres- pondent respectivement à un apprentissage initial ou un appren- tissage intermédiaire. Pour la norme V27 ter, l'option d'ap- prentissage intermédiaire, dite option a, a une durée de 14 intervalles de symboles. L'option d'apprentissage initial, dite option b, a une durée de 50 intervalles de symboles. Les durées sont exprimées en nombres d'intervalles de symboles, ou bauds, car elles dépendent du débit en bits par seconde de la trans- mission, la norme V27 ter prévoyant deux vitesses de transmis- sion (1200 bauds ou 2400 bits/s et 1600 bauds ou 4800 bits/s). Un quatrième segment consiste en une émission d'un signal embrouillé aléatoire dans une plage de fréquence. Pour la norme V27 ter à 4800 bits/s, cette plage de fréquence est comprise entre 1000 et 2600 Hz. Sa durée est de 58 intervalles de symboles pour l'option a et de 1074 intervalles de symboles pour l'option b. Ce segment quatre sert à régler un égaliseur pour compenser l'atténuation et le temps de propagation de groupe lié à la ligne de transmission et au rétablissement de la porteuse. Un cinquième segment consiste en une émission d'un signal embrouillé encodé de manière prédéterminée. La durée de ce segment est de 8 intervalles de symboles. Ce segment cinq sert à synchroniser un désembrouilleur pour une réception cor- recte des données. L'invention concerne l'identification du troisième segment qui consiste, pour la norme V27 ter à 4800 Bits/s, en une porteuse de 1800 Hz modulée par une fréquence de 1600 Hz en phase et en opposition de phase. Dans le domaine fréquentiel, cela correspond à émettre deux fréquences pures, l'une à 1000 Hz, l'autre à 2600 Hz. Le choix de ce segment trois pour identifier l'appa- rition d'une phase d'apprentissage est motivé par le fait que les deux premiers segments ne sont pas toujours présents. En effet, ils ne sont présents que dans des phases d'apprentissage relatives à des modems pourvus de modules d'élimination d'écho. Par ailleurs, c'est à partir du segment trois que les premières adaptations des algorithmes du récepteur sont effectuées, ce qui interdit le choix des segments ultérieurs. La figure 1 représente un circuit classiquement uti- lisé pour la détection de ce segment trois. Ce circuit comporte un filtre passe-bande 1 et un filtre passe-bas 2 recevant cha- cun le signal Rx émis par le modem émetteur. Le signal Rx que reçoivent les filtres 1 et 2 correspond en fait au signal reçu par le modem récepteur après numérisation dans un convertisseur analogique/numérique (non représenté). Chaque filtre 1 ou 2 est suivi d'un calculateur d'énergie, respectivement 3 et 4. Un comparateur 5 reçoit sur une première entrée, la sortie d'un multiplieur 6 multipliant la sortie du calculateur 3 par un coefficient K0 et, sur une seconde entrée la sortie d'un multi- plieur 7 multipliant la sortie du calculateur 4 par un coeffi- cient K1. La sortie du comparateur 5 fournit un signal DETECT à deux états indiquant la présence ou l'absence du segment trois dans le signal reçu Rx. Le coefficient K0 du multiplieur 6 est approximativement le double du coefficient K1 du multiplieur 7. Pour la norme V27 ter, le filtre passe-bande 1 est un filtre étroit centré sur la fréquence de 1000 Hz et le filtre passe- bas 2 possède une fréquence de coupure de 1760 Hz. Ainsi, lorsque le segment trois est présent, c'est-à- dire deux fréquences pures de 1000 Hz et 2600 Hz, la première entrée du comparateur 5 est à un niveau supérieur à sa seconde entrée. En effet, le double de l'énergie de la sortie du filtre passe-bande 1 est supérieur à l'énergie de la sortie du filtre passe-bas 2. En présence d'un signal modulé (spectre plat entre 1000 Hz et 2600 Hz), de bruit sur la ligne ou d'un autre seg- ment trois correspondant à une autre norme de transmission (par exemple un segment trois de la norme V29 qui correspond à deux fréquences pures de 500 Hz et 2900 Hz), l'énergie de la sortie du filtre passe-bas 2 est supérieure au double de l'énergie de la sortie du filtre passe-bande 1 en raison de l'étroitesse de ce dernier. Si ce type de détecteur fonctionne correctement pour un segment trois de longue durée (par exemple, option b de la norme V27 ter qui correspond à 50 bauds, soit 31,25 ms), il ne permet pas de détecter de manière fiable le segment trois si celui-ci n'est émis que pendant une courte durée (par exemple, option a de la norme V27 ter qui correspond à 14 bauds, soit 8,75 ms). Cela est dû au temps de réponse du filtre passe- bande 1 dont la constante de temps est supérieure à 14 bauds en rai- son de son étroitesse. De fait, un filtre passe-bande numérique est classi- quement un filtre récursif au moins du deuxième ordre constitué à partir d'intégrateurs, de multiplieurs et d'éléments de retard (registres à décalages). La structure et le comportement d'un filtre de ce type ont été décrits par P.-M. BEAUFILS et M. RAMI dans l'ouvrage "Le filtrage numérique", pages 216 à 224. Un inconvénient de ce type de filtre est que l'obten- tion d'un filtre passe-bande étroit qui est nécessaire pour ne pas entraîner de fausses détections de segment trois, conduit à un filtre lent. Une autre méthode classiquement utilisée pour détec- ter le segment trois, consiste à évaluer l'énergie du signal reçu dans une large bande de fréquence (par exemple de 300 Hz à 3200 Hz) et à considérer le segment 3 comme reçu lorsqu'un seuil prédéterminé d'énergie est atteint. Un inconvénient de cette méthode est qu'on observe des déclenchements intempestifs à l'apparition d'autres signaux d'amplitude suffisante apportée par exemple par du bruit. L'invention vise à pallier ces inconvénients en pro- posant un détecteur de segment trois qui soit à la fois fiable et suffisamment rapide, même dans le cas d'une émission de seg- ment trois de courte durée. Pour atteindre cet objet, la présente invention pré- voit un dispositif d'identification d'une séquence prédétermi- née de signaux arrivant sur un modem, cette séquence possédant un spectre fréquentiel de deux fréquences déterminées, le dis- positif comportant un filtre coupe-bande, associé à un premier calculateur d'énergie dont une sortie est envoyée sur une pre- mière entrée d'un comparateur, une seconde entrée du compara- teur recevant la sortie d'un second calculateur d'énergie dont l'entrée reçoit directement les signaux reçus par le modem. Selon un mode de réalisation de l'invention, un mul- tiplieur par un coefficient prédéterminé, est intercalé entre chaque sortie de calculateur d'énergie et l'entrée du compara- teur à laquelle le calculateur est associé. Selon un mode de réalisation de l'invention, le coef- ficient du multiplieur associé au premier calculateur est supé- rieur au coefficient du multiplieur associé au second calcula- teur d'énergie. Selon un mode de réalisation de l'invention, le fil- tre coupe-bande est un filtre numérique non récursif à deux fréquences de coupure. Selon un mode de réalisation de l'invention, le fil- tre coupe-bande est un filtre du quatrième ordre à deux zéros. Selon un mode de réalisation de l'invention, la fré- quence de la porteuse est de 1800 Hz, et les fréquences de cou- pure du filtre coupe-bande sont respectivement 1000 Hz et 2600 Hz. Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures join- tes parmi lesquelles: la figure 1 décrite précédemment est destinée à expo- ser l'état de la technique et le problème posé; la figure 2 représente un mode de réalisation d'un dispositif d'identification selon l'invention; et la figure 3 représente, sous forme de chronogrammes, la forme des signaux les plus significatifs du dispositif selon l'invention. Comme le montre la figure 2, le dispositif de recon- naissance selon l'invention comporte un filtre coupe-bande 8 sur lequel est envoyé le signal reçu Rx par le modem après numérisation. La sortie de ce filtre coupe-bande 8 est envoyée sur un premier calculateur d'énergie 3 dont la sortie est reliée à une première entrée d'un comparateur 5. Le signal reçu Rx est également envoyé directement sur un second calculateur d'énergie 4 dont la sortie est reliée à une seconde entrée du comparateur 5. De préférence, un multiplieur, respectivement 6 et 7, est intercalé entre la sortie de chaque calculateur d'énergie 3 et 4 et l'entrée du comparateur à laquelle il est associé. Ces multiplieurs 6 et 7 affectent chaque sortie de calculateur 3 ou 4 d'un coefficient, respectivement K0 et K1, K0 étant supérieur à K1. Le filtre coupe-bande 8 comporte deux fréquences de coupure qui correspondent aux deux fréquences présentes dans le segment trois, soit pour la norme V27 ter 1000 Hz et 2600 Hz. Un avantage essentiel de l'emploi d'un tel filtre coupe-bande 8 est qu'il est aisément réalisable sous la forme d'un filtre numérique non récursif possédant une faible cons- tante de temps. Cela n'est pas le cas d'un filtre passe-bande dans la mesure o un filtre non récursif ne comporte que des zéros (fréquences pour lesquelles l'atténuation est infinie). Il faudrait donc multiplier le nombre d'éléments de retard du filtre pour entourer la fréquence centrale d'une multitude de zéros (fréquences coupées) dans la mesure o l'on cherche à obtenir une fréquence non coupée déterminée, ce qui conduirait à un temps de propagation très élevé du signal dans le filtre. Par contre, pour un filtre coupe-bande, les fréquences détermi- nées sont précisément des fréquences coupées, donc des zéros. Au moyen d'un dispositif tel que représenté à la figure 2, la présence du segment trois entraîne un niveau d'énergie élevé en sortie du calculateur 4 qui reçoit le signal Rx en direct, et un très faible niveau d'énergie en sortie du calculateur 3 dans la mesure o les deux fréquences ont été coupées par le filtre 8. Le bruit susceptible d'être mélangé au signal reçu Rx est ici sans incidence dans la mesure o sa con- tribution est pratiquement la même sur les deux calculateurs d'énergie 3 et 4 car les filtres coupe-bandes sont relativement étroits. En l'absence du segment trois, c'est-à-dire en pré- sence d'un signal modulé, de bruit ou d'un segment trois d'une autre norme de transmission, les sorties des deux calculateurs 3 et 4 seront sensiblement aux mêmes niveaux. Les coefficients des multiplieurs 6 et 7 sont de pré- férence choisis pour que le niveau de sortie du calculateur 4 soit divisé par deux par rapport au niveau de sortie du calcu- lateur 3. Cela permet de différencier aisément les deux cas possibles au niveau du comparateur 5, une des deux entrées du comparateur (la première en l'absence du segment trois, la seconde en présence du segment trois) ayant alors toujours un niveau supérieur à l'autre. Le dispositif selon l'invention permet ainsi une détection fiable et rapide de l'apparition du segment trois dans une phase d'apprentissage. La constante de temps du dispo- sitif selon l'invention correspond à la constante de temps du filtre coupe-bande 8 majorée de la constante de temps des cal- culateurs d'énergie 3 et 4. Ces calculateurs sont, comme précé- demment, généralement constitués d'un circuit de détermination de valeur absolue et d'un filtre numérique passe-bas récursif du premier ordre à fréquence de coupure nulle. A titre d'exemple, un filtre coupe-bande 8 non récur- sif du quatrième ordre permet une bonne précision du filtre tout en autorisant une détection du segment trois même dans le cas de l'option a de la norme V27 ter. La figure 3 illustre, sous forme de chronogrammes, le fonctionnement du dispositif selon l'invention. Elle représente les niveaux d'énergie en entrée du comparateur 5, c'est-à-dire les niveaux de sortie des multiplieurs 6 et 7 qui représentent les niveaux de sortie des calculateurs 3 et 4 affectés des coefficients multiplicateurs K0 et K1. Les différents segments ont été indiqués en abscisse par des chiffres entourés. Comme on peut le constater, le segment trois est par- faitement identifiable en comparant la sortie du filtre coupe- bande 8 par rapport au signal reçu Rx. Sur la figure 3, on voit clairement que pendant la présence du segment trois, le niveau d'énergie du calculateur 3 (affecté du coefficient K0) est inférieur au niveau d'énergie du calculateur 4 (affecté du coefficient K1) alors que c'est l'inverse dans tous les autres segments. Pendant le segment un, si il existe dans la phase d'apprentissage, le signal reçu Rx est une porteuse pure, par exemple à la fréquence de 1800 Hz. Ainsi, cette fréquence n'est pas coupée par le filtre 8 et les niveaux d'énergie en sorties des calculateurs 3 et 4 sont identiques. La multiplication de ces niveaux par les coefficients, respectivement K0 et K1, con- duit à ce que le niveau de la première entrée du comparateur 5 est supérieur au niveau de sa seconde entrée. Pendant le segment deux, si il existe dans la phase d'apprentissage, aucun signal n'est émis. En conséquence les niveaux de sortie des calculateurs 3 et 4 sont encore identi- ques. Ce qui reste vrai même en présence de bruit dans la mesure o la contribution de ce bruit sera sensiblement la même sur les deux niveaux délivrés par les calculateurs 3 et 4. Pendant le segment trois, le signal reçu Rx corres- pond à deux fréquences pures, par exemple de 1000 et 2600 Hz. Ces fréquences étant coupées par le filtre 8, le niveau d'éner- gie en sortie du calculateur 3 devient nul, au niveau de bruit près, tandis que le niveau de sortie du calculateur 4 corres- pond au niveau total du signal Rx. Ainsi le niveau de la pre- mière entrée du comparateur 5 sera inférieur au niveau de sa seconde entrée. La contribution du bruit éventuel est toujours sensiblement la même sur les deux niveaux d'énergie. Pendant les segments quatre et cinq, le signal reçu Rx est un signal embrouillé. Ainsi, les niveaux de sorties des calculateurs 3 et 4 seront sensiblement les mêmes. La multipli- cation de ces niveaux par les coefficients, respectivement KO et K1, conduit comme pour les segments un et deux, à ce que le niveau de la première entrée du comparateur 5 est supérieur au niveau de sa seconde entrée. Bien entendu, la présente invention est susceptible de diverses variantes et modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, chacun des composants décrits pourra être remplacé par un ou plusieurs éléments remplissant la même fonction. De plus, alors que certaines des explications précé- dentes ont été données par soucis de clarté en utilisant un vocabulaire qui correspond parfois à un fonctionnement analogi- que, il sera clair pour l'homme du métier que tous les éléments du circuit selon la présente invention traitent des signaux numériques et que les constituants du circuit illustrés sous forme matérielle pourront correspondre en pratique à des réali- sations logicielles. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'identification d'une séquence pré- déterminée de signaux arrivant sur un modem, cette séquence possédant un spectre fréquentiel de deux fréquences détermi- nées, caractérisé en ce qu'il comporte un filtre coupe-bande (8), associé à un premier calculateur d'énergie (3) dont une sortie est envoyée sur une première entrée d'un comparateur (5), une seconde entrée du comparateur (5) recevant la sortie d'un second calculateur d'énergie (4) dont l'entrée reçoit directement les signaux reçus (Rx) par le modem. 2. Dispositif d'identification d'une séquence pré- déterminée de signaux selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un multiplieur (6, 7) par un coefficient prédéterminé (K0, K1), est intercalé entre chaque sortie de calculateur d'énergie (3, 4) et l'entrée du comparateur (5) à laquelle le calculateur (3, 4) est associé. 3. Dispositif d'identification d'une séquence pré- déterminée de signaux selon la revendication 2, caractérisé en ce que le coefficient (K0) du multiplieur (6) associé au pre- mier calculateur (3) est supérieur au coefficient (K1) du mul- tiplieur (7) associé au second calculateur d'énergie (4). 4. Dispositif d'identification d'une séquence pré- déterminée de signaux selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le filtre coupe-bande (8) est un filtre numérique non récursif à deux fréquences de coupure. 5. Dispositif d'identification d'une séquence pré- déterminée de signaux selon la revendication 4, caractérisé en ce que le filtre coupe-bande (8) est un filtre du quatrième ordre à deux zéros. 6. Dispositif d'identification d'une séquence pré- déterminée de signaux selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la fréquence de la porteuse est de 1800 Hz, et en ce que les fréquences de coupure du filtre coupe-bande (8) sont respectivement 1000 Hz et 2600 Hz.