Brevet FR2777727A1 — publié le 19991022

MODEM COMPORTANT UN DISPOSITIF DE DETECTION DE L'OCCUPATION D'UNE LIGNE TELEPHONIQUE L'invention est relative à un dispositif de détection de l'occupation ou de la prise d'une ligne téléphonique sur laquelle est branché un modem. Elle concerne également un modem équipé d'un tel dispositif de détection. Un modem est un dispositif d'émission et de réception de données, en général numériques, transitant par des lignes téléphoniques. Pour l'émission ou la réception des données, il est courant d'utiliser des lignes téléphoniques qui sont par ailleurs utilisées pour d'autres usages tels que les communications téléphoniques habituelles. Il en est ainsi, en particulier, des décodeurs de télévision, tels que ceux utilisant la norme de transmission numérique vidéo par satellite "DVBS" (Digital Video Broadcasting Satellite en langue anglaise). Ces décodeurs peuvent être reliés de façon automatique, par l'intermédiaire du modem, à un fournisseur de programmes sans que l'usager de la ligne téléphonique soit informé du moment de la communication. En général, pour ne pas perturber l'utilisation cou- rante de la ligne téléphonique, le modem doit être tel qu'il donne la priorité aux communications téléphoniques, c'est-à-dire que, si la ligne est occupée, le modem ne doit pas tenter la connexion et, le cas échéant, il doit se déconnecter si l'usager cherche à utiliser la ligne. Le modem doit donc disposer d'un dispositif de détec- tion de prise de ligne ou d'occupation de ligne téléphonique. Pour cette détection, il est connu de disposer un détecteur de variation de courant ou de tension sur la ligne reliée au modem. Mais, souvent, les variations de courant ou de tension provoquées par un combiné téléphonique prenant la ligne sont faibles et donc difficiles à détecter. En outre, le signal détecté doit être appliqué au modem par 1l'intermédiaire d'un séparateur galvanique tel qu'un coupleur optique car les conduc- teurs de lignes téléphoniques ne doivent jamais être mis à la masse, alors qu'une telle condition n'est pas forcément imposée au modem. Ainsi, la détection connue est complexe et onéreuse. L'invention remédie à ces inconvénients. Elle est caractérisée en ce que la détection d'occupa- tion ou de prise de ligne téléphonique est effectuée par une détection de l'énergie fournie par le modem sur son entrée/ sortie, connectée à la ligne téléphonique. En d'autres termes, contrairement aux dispositifs de détection connus qui analysent le signal provenant de la ligne téléphonique, l'invention analyse le signal engendré à l'intérieur du modem. Elle résulte de la constatation qu'à la sortie du modem l'impédance de la ligne téléphonique qui lui est raccordée a une influence sensible sur l'énergie du signal BF fournie par le modenm. Des études ont montré qu'il existe théoriquement une différence de trois décibels sur le signal BF à l'entrée/sortie du modem entre le cas o la ligne raccordée est occupée et le cas o la ligne n'est pas occupée. L'analyse du signal BF à l'entrée/sortie du modem n'im- pose pas nécessairement l'utilisation d'une sonde. Elle peut être effectuée par un programme implanté dans un processeur se trou- vant généralement dans le modem ou dans le décodeur éventuel associé. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront avec description de certains de ses modes de réali- sation, celle-ci étant effectuée en se référant aux dessins ci- annexés, sur lesquels: la figure 1 est un schéma montrant une utilisation d'un modem selon l'invention, la figure 2 est un schéma d'un modem conforme à l'in- vention, la figure 3 est un diagramme sous forme de blocs mon- trant un algorithme de détection pour le modem selon l'invention, la figure 4 aussi est un diagramme, sous forme de blocs, montrant un autre algorithme utilisé par le modem selon l' invention, la figure 5 est un schéma d'un dispositif de détection selon une variante, la figure 6 est un schéma d'une réalisation du détec- teur représenté sur la figure 5, et la figure 7 est un diagramme montrant un signal de détection dans le cas de la réalisation représentée sur la figure 5 ou 6. On a représenté sur la figure 1 un système de téléchar- gement à décodeur 10 de télévision. Pour la réception, le décodeur reçoit les signaux par une antenne 12 captant l'émission fournie par un satellite 14. La réception des émissions de télévision, ou d'autres données fournies par le satellite 14, est soumise à une autorisa- tion qui est communiquée par une ligne téléphonique 16. Cette ligne téléphonique 16 assure une interactivité entre les pro- grammes reçus et l'usager; la ligne met en relation un centre 18 avec le décodeur 10 par l'intermédiaire d'un modem 20. La liaison entre le décodeur 10 et le centre d'autori- sation 18 s'effectue dans les deux sens. Le décodeur 10 peut demander automatiquement une liaison avec le centre 18, par exemple pour demander un programme particulier, et, réciproque- ment, le centre 18 peut envoyer automatiquement des informations au décodeur 10, par exemple pour donner une autorisation de réception. Étant donné qu'en général la ligne téléphonique 16 est utilisée en mnme temps pour d'autres applications, telles que les communications téléphoniques habituelles ou les télécopies, il est nécessaire que la ctommunication automatique entre le centre 18 et le décodeur 10 ne perturbe pas le fonctionnement des com- binés téléphoniques ou autres appareils de l'abonné. A cet effet, on prévoit un détecteur d'occupation ou de prise de ligne télé- phonique et un moyen pour interrompre la commTunication entre le décodeur 10 et le centre 18 quand une autre utilisation de la ligne 16 est demandée, ou on empêche que le décodeur 10 ne prenne ou ne demande la ligne quand cette dernière est occupée. L'invention concerne un moyen de détection d'occupation ou de prise de ligne par le modem 20. Comne représenté sur le schéma de la figure 2, le modem comporte un générateur BF 22, une source 24 de courant continu qui, dans l'exemple, présente une tension de 2,5 V. La borne négative de cette source 24 est connectée à la masse. La borne du générateur basse fréquence 22 qui est oppo- sée à celle connectée à la source 24 est reliée, d'une part, à une impédance de charge ou de transfert 26, de valeur Zm et, d'autre part, à une sonde 30 par l'intermédiaire d'un élément diviseur 32. La sonde 30 est destinée à mesurer le niveau du signal BF produit à l'émission par le xmodem 20. Ce signal est, de façon classique, noté Tx. L'entrée/sortie 34 (appelée ci-après "entrée" ou "sor- tie") du modem 20 est connectée à la borne de l'impédance 26 qui est opposée au générateur 22. La tension à cette entrée/sortie, c'est-à-dire la différence de potentiel (produite par le généra- teur 22) entre la borne 34 et la masse est détectée par une sonde 36. Aux bornes de la sonde 36 apparaît un signal Rx qui est fonction de l'impédance des circuits 38 connectés au modem. Ces circuits 38 comprennent, d'une part, un (ou plu- sieurs) générateur(s) téléphonique(s) 40 de l'abonné qui pré- sente(ent) une impédance 42 de valeur Zt et, d'autre part, le générateur BF de ligne téléphonique 44 présentant une impédance 46 de valeur Z1. Le poste téléphonique, d'impédance Zt, est relié à la ligne 50 par l'intermédiaire d'un interrupteur 52. Cet interrup- teur 52 est ouvert quand l'abonné n'utilise pas sa ligne et est fermé quand il utilise sa ligne téléphonique. La comparaison entre les signaux fournis par les sondes et 36 permet de déterminer de façon sure - corrmme expliquée ci- après - si la ligne est libre ou occupée par un autre appareil que le modem, c'est-à-dire si l'interrupteur 52 est ouvert ou fermé, et cela quel que soit le type de ligne. Si on désigne par U, le niveau de signal fourni par le générateur 22 qui est appliqué à l'entrée 321 de l'élémrent divi- seur 32, le signal Rx détecté par la sonde 36 quand l'interrup- teur 52 est ouvert a pour valeur: u.Izll _ Rx =lZ = U.r1 (1) XIZ+ ZmI Quand l'interrupteur 52 est fermé, le signal Rx a pour valeur: Rx = Zl+Z U.r2 (2) + I Izl +ztl 2 IZî.ZtI Si on suppose que les trois impédances ont la même valeur, par exemple 600 fQ, c'est-à-dire: Z1 = Zt = Zm = 600 n, on constate que le rapport r1 a pour valeur 0,5 et le rapport r2 a pour valeur 0,33 (un tiers). Ainsi, le signal Rx présente, quand la ligne est occupée (interrupteur 52 fermé), une valeur significativement inférieure à sa valeur quand la ligne est libre. De préférence, les mesures sur les sondes 30 et 36 sont effectuées par intégration sur une durée relativement longue. Le facteur de division r de l'élément diviseur 32 est choisi de façon telle que le signal Tx délivré par la sonde 30 soit toujours supérieur au signal Rx fourni par la sonde 36 quand l'interrupteur 52 est fermé. En outre, ce facteur r doit être tel que le signal Tx soit toujours inférieur au signal Rx quand l'in- terrupteur 52 est ouvert. Le facteur r devra donc être compris r2 et r1. Étant donné que la valeur Zm de l'impédance 26 est fixée pour un modem déterminé, le facteur r devra être choisi de façon & tenir compte de toutes les valeurs possibles de Z1 et Zt, c'est-à-dire des dispersions connues sur ces valeurs. On a indiqué ci-dessus que l'impédance du poste télé- phonique 42 présentait une valeur de 600 Q. On a constaté que la précision sur cette valeur est en général de 50 n. Les valeurs Zl d'impédance de ligne 46 dépendent, d'une part, de la longueur de la ligne, et, d'autre part, du signal fourni par le modem, et donc de la modulation, car l'impédance dépend de la fréquence. Dans le tableau 1 ci-dessous, on a indiqué les valeurs moyennes d'imp4édances de lignes pour des longueurs de 1, 2, 3, 4 et 5 kilomètres et pour divers types de modulations indiqués dans la première colonne. Tableau 1 Modulation/Impédance L = 1 Km L = 2 Km L = 3 Km L = 4 Km L = 5 Km Dispersicn moyenne Chm et % FSK (V21) 670 680n 660n 620n 580O 10oQ (15%) FSK (V23) 680O 720h 730e 740 745n 65Q (9%) QML6 (V;2is) Cu QM 4 (V22) 655n 636n 590 540o 500- 155W (26%) QAM16 (V22bis) portion 680Q 710n 700n 670 630n 800 (11%) némise seule V34 spectre réduit à 685n 735n 750 735n 710 65n (9%) lkHz - 400 Hz de BP _ V34 (QMxc) spectre total 650 620n 5902 55SQ 530 120W (20%) La dernière colonne montre que la dispersion en % sur les impédances de ligne est d'au plus 26%. Avec ces dispersions, on peut calculer les rapports r1 et r2 indiqués cidessus et leur dispersion et donc évaluer la possibilité de discriminer entre un signal Rx à l'entrée du modem quand l'interrupteur 52 est ouvert et un signal Rx quand l'in- terrupteur 52 est fermé. Ces évaluations de rapports r1 et r2 sont résumées dans le tableau 2 ci-dessous: Tableau 2 Modulation Zmin Z lmax rlmax rlmin r2max r2min Dmax(dB) rDmin (dB) V21 580 680 0.53 0.49 0.35 0.31 4.4 2.8 V23 720 745 0.55 0.54 0.36 0.34 4.2 3.4 V22bis 500 655 0.52 0.45 0.35 0.30 4.7 2.2 V1;ds à qB e rrlit 630 710 0.54 0.51 0.36 0.32 4.3 3 V34 530 650 0.52 0.46 0.35 0.31 4.5 2.5 V34 spectre réduit 685 750 0.55 0.53 0.36 0.33 4.3 3.2 Dans ce tableau, le suffixe "min", ou "max", signifie valeur minimale ou valeur maximale pour le paramètre auquel il est affecté et, D, en décibels, est le rapport existant entre, d'une part, le niveau du signal délivré par la sonde 36 quand l'interrupteur 52 est ouvert et, d'autre part, le niveau de ce signal quand l'interrupteur 52 est fermé. On voit ainsi que l'écart est au minimum de 2,2 dB, ce qui est suffisant pour effectuer une discrimination aisément mesurable. En outre, il est possible d'améliorer cette discrimina- tion, notamment par réduction du spectre d'analyse. En effet, si le spectre d'analyse, c'est-à-dire le spectre sur lequel est mesuré le signal Rx, est adapté au signal de données provenant du modem présent sur la ligne, les dispersions sur les impédances moyennes de lignes sont réduites et le rapport D peut présenter une valeur minimale plus importante. Dans le tableau 1 on voit ainsi que, dans le cas d'une modulation V22bis, si le spectre est réduit à la partie émise du signal, la dispersion sur les impé- dances est de 11%, alors qu'elle est de 26% pour la totalité du spectre. Dans le cas de la modulation V34, si la moesure est effectuée à 1 kHz avec une bande passante de 400 Hz, la disper- sion sur les impédances de lignes est de 9% alors qu'elle est de % si on effectue les mesures pour le spectre total. Ces données se traduisent, comme le montre le tableau 2, par la constatation que dans le cas de la modulation V22bis pour un spectre total le rapport D a une valeur minimale de 2,2 dB alors qu'avec un spectre réduit comrnme indiqué ci-dessus, la valeur minimale est de 3 dB. De façon analogue pour la modu- lation V34, la valeur minimale de D passe de 2,5 dB pour le spectre total à 3,2 dB pour un spectre réduit. La réduction de spectre est, bien entendu, réalisée par filtrage. Ce filtrage est, par exemple, effectué par programma- tion du processeur de données se trouvant dans le modem ou le décodeur. Dans un mode de réalisation de l'invention la qualité de la détection est encore améliorée en faisant dépendre le fac- teur de division 32 d'une mesure préalable du rapport r1 qui est effectuée, par exemple, à chaque branchement du modem 20. Le branchement n'étant effectué que lorsque l'interrupteur 52 est ouvert le rapport de la puissance collectée sur la sonde 36 (signal Rx)à la puissance totale du modem (puissance connue par construction), fournit le rapport r1: r Zl Z1 + Zm De ce rapport on déduit la valeur de Z1, Zm étant connu par construction. La seule inconnue reste Zt; les dispersions admises sur Zt font que r2 varie, typiquement de 0, 31 à 0,35, ce qui restreint les variations de D de 3,1 à 4. Ceci amène une meilleure discrimination. On va maintenant décrire en relation avec les figures 3 et 4, le fonctionnement de la détection dans le cas o le modem est de type numérique avec un microprocesseur (non montré). Dans ce cas, la détection est essentiellement effectuée grâce à un calcul. Ce calcul est basé sur la formule suivante: T F2eff = - valeur ech2 (nTs) T0 Dans cette formule, F2eff est le carré de la valeur efficace du signal échantillonné suivant une période Ts. Le signal F2eff est l'image de la puissance moyenne du signal sur la sonde 36. La relation ci-dessus est utilisée pour effectuer, par itération, la moesure de la puissance en se basant sur la formule suivante: n.Ts2 y(n 1). Ts + x2(n) y(n) = Ts Td n T+1 Dans cette formule, y(n) est la puissance intégrée à l'étape n, x(n) est le signal Rx à l'étape n, Td est un multiple de la période d'échantillonnage et correspond donc à une fenêtre de mesure. Toutes les T secondes, la valeur y(n) est stockée dans une variable Pmoy (puissance moyenne), T ayant pour valeur: T = N.Ts. La figure 3 est un organigramme (faisant partie de la description) représentant les diverses étapes du calcul corres- pondant à l'équation ci-dessus. Dans un exemple de réalisation, avec une modulation de type V22bis, la période d'échantillonnage Ts a pour valeur: Ts = = 0.14 ms, la variable Pmoy est rafraîchie toutes les T = 50 ms, soit N = 360. Si, sur m échantillons, on ne considère qu'un seul N échantillon, c'est-à- dire, si on ne considère que - échantillons (il s'agit là d'une décimation), l'erreur qui en resulte est pro- portionnelle à m. Toutefois le temps de calcul de y(n) est réduit en proportion. On constate, toutefois, qu'entre m = 5 et m = 1, l'écart est inférieur à 0,1 dB. Le résultat de la moesure effectuée par l'algorithme décrit ci-dessus doit être validé pendant un temps suffisant afin de ne pas tenir compte des coupures de faibles durées et de ne pas détecter des décrochages de postes (fermeture de l'interrup- teur 52) pendant des durées très courtes. La validation est réa- lisée suivant l'organigramme représenté sur la figure 4 qui fait partie intégrante de la présente description. Dans cet organigramme, "Niv Rx Attendu connexion" signifie le niveau de Rx qui est attendu pendant la connexion, "Niv Rx Attendu Échange Données" signifie le niveau de Rx qui est attendu pendant la phase d'échange de données, "Temps Detect Valid connexion" signifie le temps de validation pendant la connexion, et "Temps Detect Valid Échange" signifie le temps de validation au cours de l'échange de données. Les temps de validation indiqués ci-dessus ont les valeurs suivantes: 1 à 2 secondes pour un échange de données et quelques centaines de millisecondes pour la tentative de connexion. Certains modems présentent des bornes permettant d'avoir accès à des variables telles que la puissance moyenne à l'entrée du modem ou le gain variable d'un amplificateur de puis- sance à gain variable qui détermine le niveau du signal d'entrée. Ces bornes peuvent être utilisées pour la détection et notamment pour le calcul des rapports r1 et r2 et/ou le calcul des impé- dances Z1 et Zt. Par exemple, les modems utilisant des composants Rockwell de références RC 2123 DPL, RC 2324 DPL, RC 144, RCV 144, RC 288, RCV 288, RC 56D et RC 336 D présentent des sorties déliv- rant les variables "puissance moyenne" et "gain variable". On va maintenant décrire la relation avec les figures 5 à 7 un mode de réalisation de détecteur de type analogique. Le signal Rx provenant de la sonde 36 est appliqué à l'entrée d'un circuit amplificateur 60 qui comprend, d'une part, un détecteur de crête 62 et, d'autre part, un dispositif 64 de décalage ("offset") fournissant une tension de référence. La sor- tie du circuit 60 est connectée à la première entre 661 d'un con- parateur 66 dont la seconde entrée 662 est reliée à la sortie d'un circuit 70 dont l'entrée reçoit le signal provenant du géné- rateur 22. Ce circuit 70 comporte également un détecteur de crête 72 et l'élément diviseur 32. La sortie du comiparateur 66 est reliée à une entrée de commande d'un circuit 76 de prise de ligne par l'intermédiaire d'un circuit temporisateur 78 de validation du temps minimum de comparaison. La tension de référence fixée par le dispositif 64 per- met qu'en l'absence d'énergie détectée, il n'y ait pas de déclen- chement erratique d'une détection. Dans une réalisation (non montrée), on dispose des fil- tres aux entrées des dispositifs 60 et 70 de façon à ne laisser passer qu'une bande limitée de fréquences, par exemple la bande d'émission de la modulation V 22bis. Cette disposition permet de limiter la dispersion sur l'impédance Z1 comme expliqué ci-dessus. Un mode de réalisation des dispositifs 60 et 70 est représenté sur la figure 6. Dans cette réalisation on prévoit, conme indiqué ci- dessus, un filtre passe bande. Par exemple pour le circuit 60 on prévoit un condensateur 80 et une résistance 82 en série ainsi qu'un condensateur 84 en dérivation. Les détecteurs de crêtes sont réalisés à l'aide d'am- plificateurs opérationnels 90. A l'entrée de l'amplificateur opérationnel 90, on pré- voit une résistance 92 d'une valeur choisie en fonction de la dynamique recherchée sur le signal Rx. Dans le circuit 70, l'élément diviseur comporte une résistance 94 qui se trouve à l'entrée de l'amplificateur opéra- tionnel correspondant 96. Les deux amplificateurs opérationnels 90 et 96 sont reliés par l'intermédiaire d'une résistance 98 dont la valeur fixe le décalage de départ entre les deux informations de niveau d'énergie. Ce décalage permet de différencier l'information en signaux alternatifs de l'information en signaux continus afin de s'affranchir de la tension provenant du générateur 24 (fig. 2). La figure 7 est un diagramme qui représente les niveaux d'énergie des signaux Rx et Tx pendant un établissement de commu- nication et une prise de ligne par un appareil téléphonique en parallèle sur le modem. La courbe 100 représente le signal Rx et la courbe 102 représente le signal Tx. Au cours d'une première séquence 104, après la prise de ligne par le modem, ce dernier engendre des impulsions d'appels. Cette phase 104 d'appel est suivie par une séquence de connexion 106. Lorsque la connexion est établie (séquence 108) les niveaux d'énergie sont sensiblement plus élevés qu'au cours de la séquence de connexion. Quand le poste téléphonique en parallèle est décroché, le signal Rx (courbe 100) descend en dessous du niveau du signal Tx (courbe 102) comme représenté par la période 110. Ainsi, pen- dant la période 110, au cours de laquelle le signal Rx est en dessous du signal Tx, on engendre une impulsion de détection 112. L'invention s'applique de façon générale à un appareil destiné à être branché sur une ligne téléphonique, notamment quand cet appareil présente la plus basse priorité par rapport aux autres appareils sur la même ligne. REVENDICATIONS 1. Modem destiné a être branché sur une ligne télépho- nique comprenant un dispositif de détection de l'occupation, ou de la prise, d'une ligne téléphonique, caractérisé en ce que le détecteur comnporte un moyen sensible à l'énergie fournie par le modem sur son entrée/sortie (34) connectée à la ligne télépho- nique (38). 2. Modem selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comrporte un tmoyen pour comparer à une référence l'énergie fournie sur son entrée/sortie. 3. Modem selon la revendication 2, caractérisé en ce que la référence est fournie par le générateur (22) à basse fré- quence du modem et en ce que ce générateur est relié à son entrée/sortie par l'intermédiaire d'une impédance de charge (26), la référence correspondant à l'énergie en amont de 1' impédance de charge. 4. Modem selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend un élément diviseur (32) du signal en amont de l'impédance de charge (26). 5. Modem selon la revendication 4, caractérisé en ce que le facteur de division de l'élément diviseur (32) est compris entre des valeurs rI et r2 telles que: Z1 r1- =et Zl +ZM r2 = 1 + Zm. i.Zt Z1 étant la valeur de l'impédance (46) de la ligne téléphonique à laquelle est relié le modem, Zt la valeur de l'im- pédance (42) de l'appareil téléphonique branché en parallèle sur le modem, et Zm la valeur de l'impédance de charge. 6. Modem selon l'une quelconque des revendications 3 à , caractérisé en ce que l'impédance de charge est de l'ordre de 600 Q. 7. Modem selon l'une quelconque des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce que le détecteur comporte un mtoyen de filtrage pour limiter le spectre des signaux détectés. 8. Modem selon 1 'une quelconque des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce qu'il coeporte un moyen pour déter- miner la puissance moyenne du signal fourni sur son entrée/sortie dans les conditions nominales d'utilisation du modem et pour mémoriser cette puissance, un moyen étant prévu pour s'affranchir des dispersions sur les impédances de lignes. 9. Modem selon la revendication 8, caractérisé en ce que la mesure de la puissance moyenne et la mrmorisation sont effectuées à chaque mise en route du modem. 10. Modem selon l'une quelconque des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce que la détection est effectuée par une mesure de puissance moyenne, de préférence par échantillon- nage. 11. Modem selon l'une quelconque des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce que la détection est effectuée par une rmesure du gain d'un amplificateur de puissance à gain variable. 12. Modem selon l'une quelconque des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce que la détection est effectuée en permanence tant au cours de la connexion qu'au cours de la phase d'échange des données. 13. Modem selon l'une quelconque des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce qu' il comnporte un moyen pour décon- necter le modem de la ligne, ou empêcher sa connexion, quand le détecteur émet un signal d'indication que la ligne est prise ou est demandée par un appareil branché en parallèle. 14. Modem selon l'une quelconque des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen pour que le modem soit connecté automatiquement à la ligne téléphonique, cette connexion étant interrompue lorsque le dispositif de détec- tion émet un signal d'occupation ou de demande ligne par un autre appareil.