Brevet FR2724517A1 — publié le 19960315

DÉTECTEUR DE PERTE DE PORTEUSE DANS UN MODEM DE TÉLÉCOPIEUR La présente invention concerne le domaine des modulateurs/démodulateurs (modems) numériques et plus particu- lièrement l'opération de détection de perte de porteuse dans un modem utilisé 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. Dans le cas des télécopieurs, les modems fonctionnent en mode bidirectionnel à l'alternat (semi-duplex) et sont sus- ceptibles d'émettre et de recevoir des signaux correspondant à deux types de modulation. Une modulation en phase et en ampli- tude (QAM) ou une modulation différentielle de phase (DPH) d'une porteuse est utilisée pour la transmission des données. Une modulation par saut de fréquence (couramment appelée modu- lation FSK d'après l'expression anglo-saxonne Frequency Shift Keying) est utilisée pour échanger des informations sur la com- munication, en particulier pour accuser réception de chaque page du document transmis par télécopie. La commutation d'une modulation QAM ou DPH vers une modulation FSK doit donc se pro- duire à chaque fin de page du document transmis par télécopie. La détection d'une fin de page passe par la détection de la perte de la porteuse de la modulation QAM ou DPH. On utilise, côté récepteur, l'énergie du signal reçu pour détecter la perte de porteuse. Un détecteur indique par une sortie à deux états, respectivement ON et OFF, la perte de la porteuse qui se caractérise par une atténuation du niveau du signal reçu. La figure 1 représente un détecteur de perte de por- teuse classique. Ce détecteur comporte un calculateur d'énergie 1 comprenant un circuit de détermination de valeur absolue 2 (fournissant la valeur absolue du signal reçu Rx) dont la sor- tie est envoyée sur un moyenneur 3 constitué d'un filtre passe- bas récursif du premier ordre à fréquence de coupure nulle. Le signal Rx reçu par le calculateur d'énergie 1 correspond au signal reçu par le modem après numérisation. Le moyenneur 3 sert à lisser les ondulations à la sortie du circuit 2 ainsi qu'à éviter une commutation intempestive du détecteur. Un com- parateur 4 du détecteur reçoit sur une entrée positive la sor- tie du moyenneur 3 qui constitue la sortie du calculateur d'énergie 1 du signal reçu Rx. Une entrée négative du compara- teur 4 reçoit une valeur seuil prédéterminée THRSH à laquelle l'énergie du signal reçu doit être comparée. La sortie du com- parateur 4 délivre un signal de détection DETECT à deux états (ON ou OFF) indiquant la présence ou l'absence d'une porteuse. Un inconvénient de ce type de détecteur est que les caractéristiques de la ligne de transmission entre deux modems peuvent faire varier de manière sensible le niveau du signal reçu. Ces variations de niveau du signal reçu peuvent être com- prises par exemple entre 0 dBm et -48 dBm. En utilisant par exemple pour le seuil THRSH, un niveau de -24 dBm, tout signal reçu d'un niveau inférieur à -24 dBm sera interprété comme une perte de porteuse. A l'inverse, si du bruit est mélangé au signal, le détecteur peut ne pas détecter la perte de porteuse. La présente invention vise à pallier ces inconvé- nients en proposant un détecteur de perte de porteuse qui soit à la fois rapide et fiable. Pour atteindre cet objet, la présente invention pré- voit un détecteur de perte de porteuse dans un modem récepteur d'une transmission d'un document par télécopie, du type compor- tant un premier calculateur d'énergie du signal reçu et un pre- mier comparateur de cette énergie par rapport à un seuil, et comportant des moyens pour réaliser une adaptation dudit seuil entre chaque page du document transmis. Selon un mode de réalisation de l'invention, lesdits moyens comportent, un registre de mémorisation d'un seuil d'énergie qui correspond à l'énergie du signal reçu pendant une séquence de signaux déterminés, et un commutateur destiné à commander la mémorisation du niveau d'énergie du signal reçu issu du premier calculateur à l'apparition de la séquence de signaux déterminés, ladite séquence étant choisie pour présen- ter des signaux d'amplitude calibrée. Selon un mode de réalisation de l'invention, le niveau d'énergie devant être mémorisé est affecté d'un coeffi- cient inférieur à l'unité, au moyen d'un premier multiplieur intercalé entre une sortie du premier calculateur d'énergie et une entrée de mémorisation du registre. Selon un mode de réalisation de l'invention, la valeur du coefficient multiplicateur est choisie pour que la valeur du seuil mémorisé soit atténuée par rapport à la sortie du premier calculateur d'énergie d'une valeur correspondant au moins à l'amplitude maximale d'ondulations que peut présenter la sortie du calculateur d'énergie. Selon un mode de réalisation de l'invention, le détecteur comporte un dispositif d'identification de la séquence de signaux déterminés, qui délivre un signal de com- mande audit commutateur, ladite séquence possédant un spectre fréquentiel de deux fréquences déterminées. Selon un mode de réalisation de l'invention, ledit dispositif d'identification comporte un filtre passe-bande, associé à un second calculateur d'énergie dont une sortie est envoyée par l'intermédiaire d'un second multiplieur sur une première entrée d'un second comparateur, et un filtre passe- bas, associé à un troisième calculateur d'énergie dont une sor- tie est envoyée par l'intermédiaire d'un troisième multiplieur sur une seconde entrée du second comparateur. Selon un mode de réalisation de l'invention, ledit dispositif d'identification comporte un filtre coupe-bande, associé à un second calculateur d'énergie dont une sortie est envoyée sur une première entrée d'un second comparateur, une seconde entrée du second comparateur recevant la sortie d'un troisième calculateur d'énergie dont l'entrée reçoit directe- ment 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 du dispositif d'identi- fication et l'entrée du second comparateur à laquelle ledit calculateur est associé. Selon un mode de réalisation de l'invention, le coef- ficient du multiplieur associé au second calculateur est supé- rieur au coefficient du multiplieur associé au troisième calcu- lateur d'énergie. 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 détecteur de perte de porteuse selon l'invention; la figure 3 représente un mode de réalisation d'un circuit de commande d'un commutateur de mémorisation du seuil du détecteur de la figure 2; et la figure 4 représente une variante du mode de réali- sation du circuit de commande représenté à la figure 3. Un détecteur de perte de porteuse selon l'invention, tel que représenté à la figure 2, comporte un comparateur 4 du niveau d'énergie du signal reçu Rx, qui lui est fourni sur une entrée positive par un calculateur d'énergie 1 constitué, comme précédemment, d'un circuit de détermination de valeur absolue et d'un moyenneur. Ce comparateur 4 reçoit sur son entrée néga- tive, une valeur seuil THRSH issue d'un registre 5. Comme le montre la figure 2, le détecteur de perte de porteuse selon l'invention se distingue du détecteur classique par la présence d'un commutateur 6 chargé de provoquer périodi- quement l'enregistrement, dans le registre 5, du niveau d'éner- gie présent en sortie du calculateur d'énergie 1, affecté d'un coefficient K0 au moyen d'un multiplieur 7. La position de repos du commutateur 6 est la position représentée à la figure. Périodiquement pendant la communication, ce seuil THRSH est adapté en prenant pour nouvelle valeur, l'énergie du signal reçu Rx pendant une séquence déterminée qui est choisie pour correspondre à une émission d'une séquence de signaux calibrés en amplitude. Le choix d'une telle séquence est motivé par le fait que le niveau d'énergie du signal reçu Rx pendant cette séquence, affecté du coefficient K0 inférieur à l'unité, peut alors représenter un seuil THRSH qui correspond à une absence de transmission de données. Ceci constitue une caractéristique essentielle de la présente invention qui est de proposer un détecteur de perte de porteuse dont le seuil THRSH soit auto-adaptatif. On utilise pour cela le fait que si des variations importantes peuvent se produire essentiellement entre deux communications en raison de lignes différentes, ces variations sont généralement faibles pendant une même communication. On peut donc prévoir d'adapter le seuil THRSH du détecteur de perte de porteuse entre chaque communication et de préférence entre chaque page transmise. De façon particulièrement avantageuse, on utilise des signaux déterminés qui sont émis pendant une phase d'apprentis- sage, présente entre chaque transmission de page de document, pour effectuer cette adaptation du seuil THRSH. En effet, avant chaque transmission d'une page de document, une phase d'apprentissage intermédiaire est effec- tuée. Les recommandations CCITT prévoient une procédure d'ap- prentissage déterminée pour chaque norme de transmission en fixant le type de signaux devant être transmis et la durée maximale de la procédure d'apprentissage. Dans le cas de la norme V27, par exemple, qui correspond à une des normes utili- sées pour la télécopie, une procédure d'apprentissage se divise en cinq segments. Ces cinq segments correspondent à une émission parti- culière de signaux prédéterminés. Un premier segment consiste en une porteuse pure (dépourvue de modulation) émise à la fréquence de la porteuse de transmission de données, par exemple 1800 Hz pour la norme V27. Un deuxième segment consiste en une absence d'émis- sion pendant une certaine durée. Un troisième segment consiste en un signal modulé par une fréquence donnée, en phase et en opposition de phase. Cette fréquence est par exemple de 1600 Hz pour la norme V27. Dans le domaine fréquentiel, cela correspond à émettre deux fréquences pures, l'une à 1000 Hz, l'autre à 2600 Hz. Un quatrième segment consiste en un signal embrouillé aléatoire dans une plage de fréquence. Pour la norme V27, cette plage de fréquence est comprise entre 1000 et 2600 Hz. Un cinquième segment consiste en un signal embrouillé encodé de manière prédéterminée. L'invention propose d'utiliser le troisième segment pour réaliser l'adaptation du seuil de détection THRSH de perte de porteuse. Le choix de ce segment trois est motivé par le fait que les deux premiers segments ne sont pas toujours pré- sents. En effet, ils ne sont présents que dans des phases d'ap- prentissage relatives à des modems pourvus de modules d'élimi- nation d'écho. Quant aux quatrième et cinquième segments, ils comportent une modulation de la porteuse qui se rapproche d'une modulation par des symboles de données et se distinguent de ce fait difficilement, des signaux reçus pendant la transmission d'une page de document. Par contre, le segment trois présente l'avantage d'être déjà détecté par le modem, notamment pour ajuster une commande automatique de gain. Ainsi on dispose déjà dans le modem d'un signal ENABLE indicateur de la présence de ce seg- ment, provenant d'un dispositif 8 d'identification du segment trois, qui peut alors servir de signal de commande du commuta- teur 6 d'adaptation de seuil. Le choix de la valeur du coefficient K0 du multi- plieur 7 dépend de la norme de transmission. On choisira pour K0, une valeur telle qu'elle représente, pour la valeur du seuil THRSH obtenue en présence du segment trois, une atténua- tion du niveau du signal reçu Rx qui permette de considérer qu'elle correspond à la perte de la transmission. De plus, on veillera à ce que le niveau d'atténuation obtenu soit supérieur à l'amplitude maximale des ondulations que présente la sortie du moyenneur du calculateur d'énergie 1 afin d'éviter des com- mutations intempestives. A titre d'exemple, on pourra choisir une atténuation de l'ordre de 6 dB pour la norme V27 ter, soit un coefficient K0 de l'ordre de 0,5. Pour la norme V27, le coefficient K0 pourra être de l'ordre de 0,25 représentant une atténuation de l'ordre de 12 dB. Pour la norme V17, le coefficient K0 pourra être de l'ordre de 0,125 représentant une atténuation de l'or- dre de 18 dB. La figure 3 représente un mode de réalisation classi- que d'un dispositif 8 d'identification de segment trois dont la sortie ENABLE est utilisée selon l'invention pour commander le commutateur 6. Ce circuit comporte un filtre passe-bande 9 et un filtre passe-bas 10 recevant chacun le signal Rx. Le signal Rx que reçoivent les filtres 9 et 10 correspond en fait au signal reçu par le modem après numérisation dans un convertis- seur analogique/numérique (non représenté). Chaque filtre 9 ou est suivi d'un calculateur d'énergie, respectivement 11 et 12. Un comparateur 13 reçoit sur une première entrée, la sortie d'un multiplieur 14 multipliant la sortie du calculateur 11 par un coefficient K1 et, sur une seconde entrée la sortie d'un multiplieur 15 multipliant la sortie du calculateur 12 par un coefficient K2. La sortie du comparateur 13 fournit un signal ENABLE à deux états indiquant la présence ou l'absence du seg- ment trois dans le signal reçu Rx. Le coefficient K1 du multi- plieur 14 est approximativement le double du coefficient K2 du multiplieur 15. Pour la norme V27 ter, le filtre passe-bande 9 est un filtre étroit centré sur la fréquence de 1000 Hz et le filtre passe-bas 10 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 13 est à un niveau supérieur à sa seconde entrée. En effet, le double de l'énergie de la sortie du filtre passe-bande 9 est supérieur à l'énergie de la sortie du filtre passe-bas 10. En présence d'un signal modulé (spectre plat entre 1000 Hz et 2600 Hz), ou de bruit sur la ligne, l'énergie de la sortie du filtre passe- bas 10 est supérieure au double de l'énergie de la sortie du filtre passe-bande 9 en raison de l'étroitesse de ce dernier. On préférera cependant, selon l'invention, avoir recours à un dispositif d'identification du segment trois qui soit fiable et rapide, même dans le cas d'une émission de seg- ment trois de courte durée. En effet, la durée d'émission du segment trois sur la ligne de transmission dépend de la norme. Plus précisement, la durée de ce troisième segment dépend de l'option dans laquelle se trouvent les modems parmis deux options qui correspondent respectivement à un apprentissage initial ou un apprentissage intermédiaire. Pour la norme V27 ter, l'option d'apprentissage intermédiaire, dite option a, a une durée de 14 intervalles de symboles. L'option d'apprentis- sage 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 transmission, la norme V27 ter prévoyant deux vitesses de transmission (1200 bauds ou 2400 bits/s et 1600 bauds ou 4800 bits/s). Si les détecteurs classiques de segment trois fonc- tionnent 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 raison 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 necessaire pour ne pas entraîner de fausses détections de segment trois, conduit à un filtre lent. Ainsi, selon une variante de l'invention, le disposi- tif d'identification du segment trois, dont le signal de sortie ENABLE commande le commutateur 6 est constitué selon la repré- sentation de la figure 4. Comme le montre la figure 4, le dispositif de recon- naissance selon l'invention comporte un filtre coupe-bande 16 sur lequel est envoyé le signal reçu Rx par le modem apres numérisation. La sortie de ce filtre coupe-bande 16 est envoyée sur un premier calculateur d'énergie 11 dont la sortie est reliée à une première entrée d'un comparateur 13. Le signal reçu Rx est également envoyé directement sur un second calcula- teur d'énergie 12 dont la sortie est reliée à une seconde entrée du comparateur 13. De préférence, un multiplieur, res- pectivement 14 et 15, est intercalé entre la sortie de chaque calculateur d'énergie 11 et 12 et l'entrée du comparateur à laquelle il est associé. Ces multiplieurs 14 et 15 affectent chaque sortie de calculateur 14 ou 15 d'un coefficient, respec- tivement K0 et K1, K0 étant supérieur à K1. Le filtre coupe-bande 16 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 16 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 4, la présence du segment trois entraîne un niveau d'énergie élevé en sortie du calculateur 12 qui reçoit le signal Rx en direct, et un très faible niveau d'énergie en sor- tie du calculateur 11 dans la mesure o les deux fréquences ont été coupées par le filtre 16. Le bruit susceptible d'être mélangé au signal reçu Rx est ici sans incidence dans la mesure o sa contribution est pratiquement la même sur les deux calcu- lateurs d'énergie 11 et 12 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 11 et 12 seront sensiblement aux mêmes niveaux. Les coefficients des multiplieurs 14 et 15 sont de préférence choisis pour que le niveau de sortie du calculateur 12 soit divisé par deux par rapport au niveau de sortie du cal- culateur 11. Cela permet de différencier aisément les deux cas possibles au niveau du comparateur 13, 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. Les calculateurs d'énergie 11 et 12 sont, de manière classique, 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. Ainsi, à chaque apparition d'un segment trois, on adapte le seuil THRSH du comparateur 4 qui servira à détecter la fin de la page suivante du document transmis. On dispose donc d'un détecteur de perte de porteuse particulièrement fia- ble, même en cas de variations des caractéristiques de la ligne durant la transmission d'un document. On veillera cependant à choisir la constante de temps du moyenneur 3 pour qu'elle permette à la fois un calcul suffi- samment rapide de l'énergie du signal reçu pendant que le seg- ment trois est présent et de respecter la contrainte relative à l'amplitude maximale des ondulations de la sortie du moyenneur, afin d'éviter de provoquer une fausse détection. 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. Détecteur de perte de porteuse dans un modem récepteur d'une transmission d'un document par télécopie, du type comportant un premier calculateur d'énergie (1) du signal reçu (Rx) et un premier comparateur (4) de cette énergie par rapport à un seuil (THRSH), caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (5, 6, 7, 8) pour réaliser une adaptation dudit seuil (THRSH) entre chaque page du document transmis. 2. Détecteur de perte de porteuse selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce que lesdits moyens comportent, un registre (5) de mémorisation d'un seuil d'énergie (THRSH) qui correspond à l'énergie du signal reçu (Rx) pendant une séquence de signaux déterminés, et un commutateur (6) destiné à comman- der la mémorisation du niveau d'énergie du signal reçu (Rx) issu du premier calculateur (1) à l'apparition de la séquence de signaux déterminés, ladite séquence étant choisie pour pré- senter des signaux d'amplitude calibrée. 3. Détecteur de perte de porteuse selon la revendi- cation 2, caractérisé en ce que le niveau d'énergie devant être mémorisé est affecté d'un coefficient (K0) inférieur à l'unité, au moyen d'un premier multiplieur (7) intercalé entre une sor- tie du premier calculateur d'énergie (1) et une entrée de mémo- risation du registre (5). 4. Détecteur de perte de porteuse selon la revendi- cation 3, caractérisé en ce que la valeur du coefficient multi- plicateur (K0) est choisie pour que la valeur du seuil (THRSH) mémorisé soit atténuée par rapport à la sortie du premier cal- culateur d'énergie (1) d'une valeur correspondant au moins à l'amplitude maximale d'ondulations que peut présenter la sortie du calculateur d'énergie (1). 5. Détecteur de perte de porteuse selon l'une quel- conque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu'il com- porte un dispositif d'identification (8) de la séquence de signaux déterminés, qui délivre un signal de commande (ENABLE) audit commutateur (6), ladite séquence possédant un spectre fréquentiel de deux fréquences déterminées. 6. Détecteur de perte de porteuse selon la revendi- cation 5, caractérisé en ce que ledit dispositif d'identifica- tion (8) comporte un filtre passe-bande (9), associé à un second calculateur d'énergie (11) dont une sortie est envoyée par l'intermédiaire d'un second multiplieur (14) sur une pre- mière entrée d'un second comparateur (13), et un filtre passe- bas (10), associé à un troisième calculateur d'énergie (12) dont une sortie est envoyée par l'intermédiaire d'un troisième multiplieur (15) sur une seconde entrée du second comparateur (13). 7. Détecteur de perte de porteuse selon la revendi- cation 5, caractérisé en ce que ledit dispositif d'identifica- tion (8) comporte un filtre coupe-bande (16), associé à un second calculateur d'énergie (11) dont une sortie est envoyée sur une première entrée d'un second comparateur (13), une seconde entrée du second comparateur (13) recevant la sortie d'un troisième calculateur d'énergie (12) dont l'entrée reçoit directement les signaux reçus (Rx) par le modem. 8. Détecteur de perte de porteuse selon la revendi- cation 7, caractérisé en ce qu'un multiplieur (14, 15), par un coefficient prédéterminé (K1, K2), est intercalé entre chaque sortie de calculateur d'énergie (11, 12) du dispositif d'iden- tification (8) et l'entrée du second comparateur (13) à laquelle ledit calculateur (11, 12) est associé. 9. Détecteur de perte de porteuse selon l'une quel- conque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que le coef- ficient (K1) du multiplieur (14) associé au second calculateur (11) est supérieur au coefficient (K2) du multiplieur (15) associé au troisième calculateur d'énergie (12).