Brevet FR2751152A1 — publié le 19980116

Description La présente invention concerne un système de transmission synchrone de données comportant au moins un émetteur et un récepteur dotés chacun d'une horloge, ledit récepteur étant de plus doté d'un dispositif de récupération, à partir d'un signal reçu, de l'horloge de l'émetteur du signal reçu, ledit dispositif de récupération d'horloge comportant: - des moyens de sur-échantillonnage du signal reçu, - des moyens de filtrage du signal reçu sur-échantillonné pour délivrer un signal représentatif de l'horloge dudit émetteur, appelé signal d'horloge émetteur. L'invention concerne également un récepteur doté d'une horloge propre et d'un dispositif de récupération, à partir d'un signal reçu, de l'horloge de l'émetteur dudit signal reçu, ledit dispositif de récupération d'horloge comportant: - des moyens de sur-échantillonnage du signal reçu, - des moyens de filtrage du signal reçu sur-échantillonné pour délivrer un signal représentatif de l'horloge dudit émetteur, appelé signal d'horloge émetteur. L'invention concerne également un dispositif de récupération de l'horloge, destiné à être utilisé dans un récepteur lui-même doté d'une horloge, pour récupérer, à partir d'un signal reçu, l'horloge de l'émetteur de ce signal reçu, ledit dispositif de récupération d'horloge comportant: - des moyens de sur-échantillonnage du signal reçu, - des moyens de filtrage du signal reçu sur-échantillonné pour délivrer un signal représentatif de l'horloge dudit émetteur, appelé signal d'horloge émetteur, L'invention concerne enfin un procédé de récupération d'horloge destiné à être utilisé dans un récepteur lui-même doté d'une horloge, pour récupérer, à partir d'un signal reçu, l'horloge de l'émetteur de ce signal reçu, ledit procédé comportant les étapes suivantes: - une étape de sur-échantillonnage du signal reçu, - une étape de filtrage du signal reçu sur-échantillonné pour délivrer un signal représentatif de l'horloge dudit émetteur, appelé signal d'horloge émetteur. L'invention a d'importantes applications dans le domaine des transmissions synchrones, notamment pour les modems. I1 est connu d'utiliser de tels dispositifs de récupération d'horloge dans des récepteurs de systèmes de transmission synchrone, et notamment dans des modems. Le brevet américain n 4,747,114 décrit un dispositif de récupération d'horloge qui comporte des moyens de sur-échantillonnage du signal reçu, les échantillons ainsi obtenus étant fournis à un dispositif de filtrage classique. Ce dispositif de filtrage est représenté sur la figure 1 de la présente demande. I1 comporte deux filtres F1 et F2 qui filtrent respectivement autour des fréquences f1/2T et f+1/2T (f étant la fréquence de la porteuse, et 1/T étant la fréquence baud de l'émetteur). Les signaux obtenus en sortie de ces deux filtres sont multipliés pour obtenir la somme et la différence de leur composantes spectrales. Le filtre F3 assure alors un filtrage autour de la fréquence 1/T pour récupérer un signal représentatif du décalage entre les horloges dudit émetteur et dudit récepteur. Ce signal est fourni comme signal de référence à une boucle à verrouillage de phase PLL qui pilote l'horloge CLK du récepteur. Ce brevet soulève également l'un des problèmes qui se pose avec ce genre de dispositif de récupération d'horloge: le signal fourni en référence à la boucle à verrouillage de phase présente une forte distorsion, notamment en amplitude, puisqu'il est dérivé du signal reçu. Pour y remédier, il est suggéré d'introduire dans le dispositif de filtrage décrit ci-dessus des moyens de contrôle du gain du signal de référence, en fonction de l'énergie moyenne de ce signal. Cette solution donne des résultats satisfaisants, mais n'est pas toujours suffisante. L'invention a notamment pour but de proposer une solution qui permettent d'améliorer le système de pilotage de l'horloge du récepteur. La solution apportée par l'invention est utilisable seule ou en combinaison avec la solution antérieure qui vient d'être décrite. Pour cela, un système de transmission selon l'invention et tel que décrit dans le paragraphe introductif est caractérisé en ce que ledit dispositif de récupération d'horloge comporte de plus des moyens de combinaison de plusieurs échantillons dudit signal d'horloge émetteur, prélevés sur une même période, pour former une grandeur (tg(ss)) représentative du décalage entre les horloges dudit émetteur et dudit récepteur, et qui est indépendante de l'amplitude du signal d'horloge émetteur sur cette période. L'invention permet donc de supprimer complètement l'effet de la variation d'amplitude sur la récupération d'horloge. Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux, lesdits moyens de combinaison utilisent un nombre maximum d'échantillons dudit signal d'horloge émetteur. En utilisant le plus grand nombre d'échantillons disponibles sur une période, on limite au maximum l'effet du bruit. Dans un autre mode de réalisation avantageux la grandeur délivrée par lesdits moyens de combinaison est une fonction trigonométrique dudit décalage, obtenue à partir des amplitudes ei(t) des échantillons dudit signal d'horloge émetteur: ei(t)= A(t).sin(+ 2i/N), où: - i est le rang de l'échantillon, compris entre 0 et N-1, - N est le nombre total d'échantillons disponibles, - ss est le décalage entre les horloges de l'émetteur et du récepteur, - et A(t) est l'amplitude du signal d'horloge émetteur sur la période considérée. Lesdits moyens de combinaison comportent alors avantageusement des moyens de choix de l'échantillon de rang 0 pour minimiser le décalage ss, de telle sorte que, la fonction trigonométrique choisie étant la fonction tangente, on tire partie au maximum de la zone de linéarité de la fonction tangente. Dans un autre mode de réalisation avantageux de l'invention, lesdits moyens de récupération d'horloge comportent des moyens pour calculer une grandeur de référence, et des moyens pour comparer la grandeur obtenue par lesdits moyens de combinaison avec cette grandeur de référence. Cela permet d'assurer une convergence plus rapide de la boucle à verrouillage de phase qui pilote l'horloge du récepteur, en évitant de faire des corrections à l'opposé de la dérive d'horloge. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails apparaîtront à la lumière de la description qui va suivre en regard des dessins annexés qui sont donnés à titre d'exemple non limitatif et dans lesquels: - la figure 1 est un schéma représentant une partie du dispositif de récupération d'horloge selon l'art antérieur, - la figure 2 est un schéma d'un système de transmission selon l'invention, - la figure 3 représente un dispositif de récupération d'horloge selon l'invention, - la figure 4 est un schéma représentant le signal d'horloge émetteur en fonction du temps, - la figure 5 est une vue agrandie d'une période du signal d'horloge émetteur représenté sur la figure 3, - la figure 6 est un schéma d'un procédé de récupération d'horloge selon l'invention. La figure 2 représente un système de transmission selon l'invention qui comporte deux modems 1 et 2, respectivement reliés à deux terminaux numériques 3 et 4. Seul le modem 1 est représenté de façon détaillée sur la figure 2. I1 est relié au terminal 3 par l'intermédiaire d'une première interface 5, et à une ligne de transmission analogique 6 par l'intermédiaire d'une seconde interface 7. L'interface 7 reçoit le signal analogique transporté par la ligne 6. Ce signal est sur-échantillonné par un échantillonneur 8 contrôlé par l'horloge 9 du modem 1. Le signal échantillonné est fourni d'une part à l'entrée d'un égaliseur 10 et d'autre part à l'entrée d'un dispositif de récupération d'horloge 11. Le signal issu de l'égaliseur 10 est fourni à un discriminateur 12 qui détermine le symbole le plus proche du symbole reçu dans la constellation utilisée pour la modulation. La sortie du dispositif de récupération d'horloge est appliquée à un module 13 de gestion de l'horloge 9. Ce module permet d'avancer ou de reculer l'instant d'échantillonnage en fonction du décalage qui a été déterminé par le dispositif de récupération d'horloge. Le dispositif de récupération d'horloge va maintenant être décrit en se référant à la figure 3. I1 comporte en entrée deux filtres 14 et 15 qui filtrent respectivement le signal reçu autour des fréquences f-1/2T et f+1/2T (f étant la fréquence de la porteuse du signal reçu, et 1/T étant la fréquence baud de ltémetteur). Les signaux obtenus en sortie de ces deux filtres sont multipliés pour obtenir la somme et la différence de leur composantes spectrales. Le filtre 16 assure alors un filtrage autour de la fréquence 1/T pour récupérer un signal représentatif du décalage entre les horloges de l'émetteur et du récepteur. En sortie de ce filtre 16, on obtient donc, pour chaque période baud, une suite de N échantillons dont l'amplitude s'écrit: ei(t)= A(t).sin(ss+ 2in/N), où: - i est le rang de l'échantillon, compris entre O et N-1, - ss est le décalage entre les horloges de l'émetteur et du récepteur, - et A(t) est l'amplitude du signal d'horloge émetteur sur la période baud considérée. Ces N échantillons sont stockés dans une mémoire 17 où ils sont lus par un dispositif de calcul 18 qui les combine pour délivrer en sortie une grandeur, notée tg(ss), qui est représentative du décalage ss entre les horloges de l'émetteur et du récepteur. Cette grandeur tg(ss) est délivrée sur une première entrée d'un comparateur 19. Une seconde entrée de ce comparateur reçoit une grandeur de référence notée tgREF, stockée dans la mémoire 17, de telle sorte que le comparateur délivre un signal de différence tg(ss)-tgREF. Ce signal de différence sert de référence à une boucle à verrouillage de phase 20 qui pilote le module 13 de gestion de l'horloge 9. Dans l'exemple qui va maintenant être décrit, la grandeur calculée par le dispositif de calcul 18 est l'image du décalage ss par la fonction trigonométrique tangente. A titre d'exemple, on suppose que la fréquence d'échantillonnage Fe du signal reçu est égale à 4 fois la fréquence baud 1/T. On dispose alors de quatre échantillons pour chaque période baud. Leurs amplitudes s 'écrivent: e0 el(t) = A(t).sin (ss+#/2) = A(t)cos(ss), e2(t) = A(t).sin(ss+#) = -A(t)sin(ss), e3(t) = A(t).sin(ss+3n/2) = -A(t)cos(). Sur la figure 4 on a représenté le signal d'horloge émetteur S(t) en fonction du temps. L'amplitude A(t) de ce signal varie très faiblement sur la durée d'une période baud. En combinant de façon adéquate les quatres échantillons eO(t), el(t), e2(t) et e3(t), on obtient donc une expression de la grandeur tg(ss) qui est indépendante de l'amplitude A(t). Dans l'exemple qui a été choisi, la grandeur tg(ss) est obtenue en combinant les échantillons e0(t) et e1(t), ou en combinant les échantillons eO(t), el(t), e2(t) et e3(t): tg(ss) = e0(t)/e1(t) ou tg(ss) = [e0(t) - e2(t)]/[e1(t) - e3(t)]. Pour minimiser l'erreur due au bruit, il est avantageux d'utiliser le plus grand nombre d'échantillons possibles. Dans ce cas, c'est donc la seconde expression de tg(ss) qui est utilisée. On va maintenant décrire à titre d'exemple le mode de combinaison des échantillons du signal d'horloge émetteur pour des rapports différents entre la fréquence d'échantillonnage Fe du signal reçu et la fréquence baud 1/T. Pour Fe=R/T: e0(t) = A(t). sin(ss), el(t) = A(t).sin(ss+2#/3) = A(t).[-1/2.sin(ss) + /3/2.cos(ss)], e2(t) = A(t).sin(ss+4#/3) = A(t).[-1/2.sin(ss) - #3/2.cos(ss)]. et tg(ss) = [e0(t)-el(t)-e2(t)]/[el(t)-e2(t)] à un facteur k près. Ce facteur k est alors compensé par la boucle à verrouillage de phase d'ordre 2 dans laquelle on remplace les facteurs gl et g2 par gl/k et g2/k. pour Fe=6/T: e0(t) = A(t).sin(ss), e1(t) = A(t).sin(ss+#/3) = A(t).[1/2.sin(ss) + #3/2.cos(ss)] e2(t) = A(t).sin(ss+2n/3) = A(t).[-1/2.sin(ss) + #3/2.cos(ss)] e3(t) = A(t).sin(ss+#) = -A(t).sin(ss) e4(t) = A(t).sin(ss+4#/3) = A(t).[-1/2.sin(ss) - #/3/2.cos(ss)] e5(t) = A(t).sin(ss+5#/3) = A(t).[l/2.sin(ss) - /3/2.cos(ss)]. et tg(ss)=[e0(t)+e1(t)-e2(t)-e3(t)-e4(t)+e5(t)/[e1(t)+e2(t)-e4(t)e5(t)] à un facteur k près. t > our Fe=8/T: e0(t) = A(t).sin(ss). e1(t) = A(t).sin(ss+#/4) = A (t).[#2/2.sin(ss) + #2/2.cos(ss)] e2(t) = A(t).sin(ss+#/2) = A(t).cos(ss) e3(t) = A(t).sin(ss+3#/4) = A(t).[-#2/2.sin(ss) + #2/2.cos(ss)] e4(t) = A(t).sin(ss+#) = -A(t).sin(ss) e5(t) = A(t).sin(ss+5#/4) = A(t).[-#2/2.sin(ss) - #2/2.cos(ss)] e6(t) = A(t).sin(ss+3#/2) = -A(t).cos(ss) e7(t) = A(t).sin(ss+7#/4) = A(t).[#2/2.sin(ss) - /2/2.cos(ss)], et tg(ss)=[e0(t)+e1(t)-e3(t)-e4(t)-e5(t)+e7(t)]/[e1(t)+e2(t)+e3(t)-e5(t)e6(t)-e7(t)] à un facteur k près. On va maintenant décrire les conditions d'initialisation du processus de récupération d'horloge. A l'instant initial t0, il est essentiel de choisir correctement l'échantillon d'origine eO(t0) à partir duquel les échantillons suivants seront numérotés e0(t) à eN-1(t). Les N échantillons d'origine servent également à calculer la grandeur de référence tgREF à laquelle seront comparées les grandeurs tg(ss) calculées par la suite. Ce choix doit prendre en compte les deux critères suivants: - d'une part, on cherche à tirer partie de la zone de linéarité de la fonction tangente pour assimiler la grandeur tg(ss) à la valeur du décalage ss. Cette approximation étant possible lorsque ss est compris entre -W/6 et +#/6, il convient donc de choisir comme échantillon eO(t0) de rang zéro l'échantillon dont l'amplitude est la plus proche de zéro, - et d'autre part, pour obtenir la grandeur tg(ss) (et non -tg(ss)), il faut choisir un échantillon correspondant à une alternance positive du signal. Sur la figure 5 on a représenté à titre d'exemple une période du signal d'horloge émetteur, avec les quatres échantillons prélevés qui sont notés a, b, c et d. Dans cet exemple l'échantillon de rang zéro est l'échantillon d, et on a donc eO(t+T)=d, el(t)=a, e2(t)=b et e3(t)=c (où T est la période du signal S(t)). Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux, on attend quelques périodes baud pour valider le choix de l'échantillon initial eO(t0) et de la grandeur de référence tgREF, et commencer les corrections. On va maintenant décrire le procédé de récupération d'horloge selon l'invention en se reportant à la figure 6. A l'étape S0 le signal reçu est sur-échantillonné. Puis à l'étape S1, le signal obtenu est filtré comme cela à déjà été décrit. Le signal résultant de ces filtrages est représentatif du décalage entre les horloges de l'émetteur et du récepteur. A l'étape S2, un compteur CPT est initialisé. Puis, à l'étape S3, le compteur CPT est incrémenté d'une unité et l'échantillon initial et la grandeur de référence tgREF sont déterminés. Tant que le compteur CPT est inférieur à une valeur CPTMAX les échantillons obtenus à partir du signal reçu par sur-échantillonnage et par filtrage sont utilisés pour modifier ou valider les choix qui ont été faits pour ltéchantillon initial et la grandeur de référence. Quand le compteur CPT atteint la valeur CPTMAX, les échantillons obtenus pour chaque période baud sont combinés à l'étape S4 pour former la grandeur tg(ss). A l'étape S5 la différence tg(ss)-tgREF est formée. A l'étape S6, enfin, cette différence est appliquée à la boucle à verrouillage de phase 20. L'invention ne se limite pas au mode de réalisation qui vient d'être décrit. Des modifications peuvent lui être apportées sans que l'on sorte pour cela du cadre de la présente invention. En particulier, bien que l'invention ait été décrite pour un modem, elle est applicable à tout type de récepteur d'un système de transmission synchrone. Par ailleurs, pour calculer la grandeur représentative du décalage, on peut utiliser une autre fonction que la fonction tangente, et lorsqu'on utilise la fonction tangente, on peut choisir de combiner les échantillons d'une façon différente de celles qui ont été décrites. Des exemples ont été donnés pour différents rapports entre la fréquence d'échantillonnage Fe du signal reçu et la fréquence baud 1/T. Ces exemples ne sont pas limitatifs. Il est également possible d'utiliser directement la grandeur obtenue sans la comparer à une grandeur de référence. Toutefois une telle comparaison permet d'assurer une convergence plus rapide de la boucle à verrouillage de phase qui pilote l'horloge du récepteur, en évitant de faire des corrections à l'opposé de la dérive d'horloge. REVENDICATIONS 1. Système de transmission synchrone de données comportant au moins un émetteur (2) et un récepteur (1) dotés chacun d'une horloge, ledit récepteur étant de plus doté d'un dispositif (11) de récupération, à partir d'un signal reçu, de l'horloge de l'émetteur du signal reçu, ledit dispositif de récupération d'horloge comportant: - des moyens de sur-échantillonnage (8) du signal reçu, - des moyens de filtrage (14, 15, 16) du signal reçu sur-échantillonné pour délivrer un signal représentatif de l'horloge dudit émetteur, appelé signal d'horloge émetteur, caractérisé en ce que ledit dispositif de récupération d'horloge comporte de plus des moyens (18) de combinaison de plusieurs échantillons dudit signal d'horloge émetteur, prélevés sur une même période, pour former une grandeur (tg(B)) représentative du décalage entre les horloges dudit émetteur et dudit récepteur, et qui est indépendante de l'amplitude du signal d'horloge émetteur sur cette période. 2. Système de transmission selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de combinaison utilisent un nombre maximum d'échantillons dudit signal d'horloge émetteur. 3. Système de transmission selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la grandeur délivrée par lesdits moyens de combinaison est une fonction trigonométrique dudit décalage, obtenue à partir des amplitudes ei(t) des échantillons dudit signal d'horloge émetteur: ei(t)= A(t).sin(ss+ 2in/N), où: - i est le rang de l'échantillon, compris entre 0 et N-1, - N est le nombre total d'échantillons disponibles, - ss est le décalage entre les horloges de l'émetteur et du récepteur, - et A(t) est l'amplitude du signal d'horloge émetteur sur la période considérée. 4. Système de transmission selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de combinaison comportent notamment des moyens de choix de l'échantillon initial de rang zéro pour minimiser le décalage ss. 5. Système de transmission selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que ladite fonction trigonométrique est la fonction tangente. 6. Système de transmission selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que lesdits moyens de récupération d'horloge comportent des moyens pour calculer une grandeur de référence et des moyens (19) pour comparer la grandeur obtenue par lesdits moyens de combinaison avec cette grandeur de référence. 7. Récepteur (1, 2) doté d'une horloge propre et d'un dispositif de récupération (11), à partir d'un signal reçu, de l'horloge de l'émetteur (2,1) dudit signal reçu, ledit dispositif de récupération d'horloge comportant: - des moyens (8) de sur-échantillonnage du signal reçu, - des moyens (14, 15, 16) de filtrage du signal reçu sur-échantillonné pour délivrer un signal représentatif de l'horloge dudit émetteur, appelé signal d'horloge émetteur, caractérisé en ce que ledit dispositif de récupération d'horloge comporte de plus des moyens (18) de combinaison de plusieurs échantillons dudit signal d'horloge émetteur prélevés sur une même période, pour former une grandeur (tg(ss)) représentative du décalage entre les horloges dudit émetteur et dudit récepteur, et qui est indépendante de l'amplitude (A(t)) du signal d'horloge émetteur sur cette période. 8. Dispositif de récupération d'horloge (8), destiné à être utilisé dans un récepteur (1, 2) lui-même doté d'une horloge, pour récupérer, à partir d'un signal reçu, l'horloge de l'émetteur (2, 1) de ce signal reçu, ledit dispositif de récupération d'horloge comportant: - des moyens (8) de sur-échantillonnage du signal reçu, - des moyens de filtrage (14, 15, 16) du signal reçu sur-échantillonné pour délivrer un signal représentatif de l'horloge dudit émetteur, appelé signal d'horloge émetteur, caractérisé en ce que ledit dispositif de récupération d'horloge comporte de plus des moyens (18) de combinaison de plusieurs échantillons dudit signal d'horloge émetteur, prélevés sur une même période, pour former une grandeur (tg(B)) représentative du décalage entre les horloges dudit émetteur et dudit récepteur, indépendante de l'amplitude (A(t)) du signal d'horloge émetteur sur cette période. 9. Procédé de récupération d'horloge destiné à être utilisé dans un récepteur (1, 2) lui-même doté d'une horloge, pour récupérer, à partir d'un signal reçu, l'horloge de l'émetteur (2, 1) de ce signal reçu, ledit procédé comportant les étapes suivantes: - une étape (S0) de sur-échantillonnage du signal reçu, - une étape (S1) de filtrage du signal reçu sur-échantillonné pour délivrer un signal représentatif de l'horloge dudit émetteur, appelé signal d'horloge émetteur, caractérisé en ce qu'il comporte de plus une étape (S4) de combinaison de plusieurs échantillons dudit signal d'horloge émetteur, prélevés sur une même période, pour former une grandeur représentative du décalage entre les horloges dudit émetteur et dudit récepteur, indépendante de l'amplitude du signal d'horloge émetteur sur cette période.