CA1065510A - Regulateur de niveau de type numerique - Google Patents

Abstract

ABREGE DESCRIPTIF
Régulateur de niveau pour système multiplex de fréquence, à amplificateur à gain variable commandé à partir d'une observation de l'amplitude d'une onde pilote présente dans le système multiplex, caractérisé en ce qu'il comporte un filtre numérique précédé d'un échantillonneur et d'un convertisseur analogique-numérique pour extraire l'onde pilote du système multiplex en aval du réseau à gain variable, un circuit de calcul relié au filtre numérique pour déterminer un nombre fonction du niveau de l'onde pilote en sortie du filtre. et un organe de comparaison numérique qui compare ce nombre à une valeur de référence en vue d'engendrer une commande dudit réseau. Dans une réalisation particulière le système multiplex est transposé
vers les basses fréquences avant d'être traité numériquement.

Description

L'invention est du domalne des équipementa pour la transmisslon de signaux au moyen de systèmes à multlplexa~e en fr~quenoe. Elle concerne un r~gulateur de niveau de transmisslon pour système multlplex dans lequel la r~gulatlon pour un système est commandé à partlr d'une observatlon de l'amplitude d'une onde pilote achemln~e par ce système. Elle s'applique notamment, dans les transmlssions tél~phonlques par groupes multiplex de fréquence, pour r~guler à la reception le niveau des groupes primaires -~formés de douze voies téléphoniques).
Il est connu poUr 3Juster auto~atlquement le niveau de trans-mission d'un système multiplex de fréquence à partir d'une onde pllotecontenue dans ce systèma, d'utiliser un régulateur dans lequel l'onde pilote est extraite du systèms multiplex en sortie du régulateur à l'aide d'un filtre analogique, le nlveau de cette onde étant ensuite détecté dans un détecteur de nlveau en vue d'etre comparé à un nlveau de référence. Le résultat de la comparalson est appllqu~ en commande d'un r~seau à galn varlable qul a~uste le nlveau de transmisslon du système multlplex à la valeur d~sirée. L'extraction de l'onde pllote n~cessitant en général un flltre passe-bande très étrolt, le co~t d'un tel régulateur est élevé.
Il est connu, pour abaisser ce coût, dans le cas où un grand nombre de systèmes multlplex doivent ~tre régulés, d'utiliser un régulateur du type précédent dans lequel le filtre, le détscteur de niveau et l'organe de comparalson sont communs aux différents syst~mes multiplex à tralter.
Les réseaux 3 gain variable permettant respectivement d'a~uster 18 niveau d e shacun des systàmss multiplex sont, dans ce cas, connectés de façon cyclique au filtre, et la commande de chaque réseau se fait pendant le temps de cycle imparti au système multiplex associé à ce réseau qu'un commutateur parmst, pour ce faire, de relier à la sortie de l'organe de comparalson.
Un tel rsgulateur à fonctlonnement cyclique présente toutefois l'inconv~nient d'un temps de cycle trop long. Le temps de cycle est en effet impose principalement par le temps de reponse du filtre, ce temps de réponse étant d'autant plus long que le iltre est a bande étroite. Ainsi dans le cas d'une application a la regulation de groupes primaires de voies telephoniques, ce temps de reponse est generalement de l'ordre de 200 ms pour chaque groupe: si l'on veut traiter par exemple 50 groupes, chaque groupe ne sera pris en compte que toutes les dix secondes. Un temps de cycle aussi long ne permet pas de detecter les phenomenes transitoires qui peuvent se produire. En outre lorsque la regulation se fait par i 10 pas sur des liaisons comportant plusieurs étages de régulation en série, ce qui est préferable pour eviter des suroscillations importantes, la reponse d'un tel regulateur a un saut important de niveau demande plusieurs cycles et peut durer quelques minutes.
Selon l'invention on remedie a ces inconvenients en utilisant un filtrage numerique permettant de traiter en temps partage une pluralite de systemes multiplex de frequence.
La presente invention a pour objet un regulateur de niveau pour n systemes de transmission a multiplexage en frequen-ce, a n réseaux a gain variable pour ajuster le niveau respecti-vement des n systemes multiplex a partir de l'amplitude de n ondespilotes présentes respectivement dans les systemes, caractérise en ce qu'il comporte un echantillonneur relié aux n reseaux a gain variable et cadence par un horloge, pour delivrer multiplexes dans le temps les echantillons concernant les n systemes multi-plex, un convertisseur analogique-numerique pour delivrer les valeurs numeriques des echantillons issus de l'echantillonneur, un moyen de filtrage numerique a bande etroite travaillant en temps partage pour les n systemes et délivrant, a chaque periode d'echantillonnage, en reponse aux valeurs numeriques des échantil-lons, des valeurs numeriques yl a yn representant respectivementles valeurs instantanees de l'amplitude des ondes pilotes extrai-tes des systemes multiplex en aval desdits reseaux, un circuit de

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10655~0 calcul recevant les valeurs yl à yn et travaillant également en temps partagé pour les n systemes pour élaborer de nouvelles valeurs zl a zn fonction respectivement des niveaux des ondes pilotes extraites des n systemes multiplex en aval des n réseaux sur un intervalle de plusieurs périodes d'échantillonnage, un organe de comparaison traitant de façon séquentielle les valeurs zl a zn issues du circuit de calcul concernant les différents sys-temes et les comparant chacune a une valeur de référence, et un circuit de démultiplexage qui délivre sur n sorties les résultats des comparaisons effectuées par le comparateur appliqués en com-mande desdits n réseaux a gain variable respectivement.
Dans un premier mode de réalisation préféré de l'inven-tion l'échantillonneur recoit directement le systeme multiplex issu du réseau a gain variable.
Dans un second mode de réalisation préféré de l'inven-tion, le systeme multiplex issu du réseau à gain variable est transposé en fréquence avant d'etre échantillonné, de façon que l'onde pilote soit amenée à une fréquence basse.
Des modes de réalisation préférés de la présente inven-tion sont décrits ci-apres avec référence aux dessins annexés, dans lesquels:
- la figure 1 représente un schéma synoptique d'ensemble d'un régulateur selon le premier mode de réalisation de l'inven-tion, - la figure 2 représente un schéma synoptique d'ensemble d'un régulateur selon le second mode de réalisation de l'invention.
Les régulateurs illustrés assurent, sur la base de la division temporelle, la régulation de niveau de n systemes a mul-tiplexage en fréquence; a titre d'exemple on a consid~ré des grou-pes primaires de voies téléphoniques.
Dans la figure 1, n groupes primaires Gl a Gn contenantchacun une onde pilote, soient Ml a Mn respectivement, sont appli-~ 3 10~;55~(~
qués sur les entrées respectives de n réseaux à gain variable alà an. Pour fixer les idées, chaque groupe primaire Gl à Gn occupe la ballcle de ~rcquellce ~Okllz - ]O~kllz, l'onde pilote correspondante étant située a 84,140kHz.
Les réseaux al à an sont respectivement commandés par des signaux Cl à Cn dont nous verrons plus loin le mode de g~né-ration. Les groupes multiplex, soient G'l à G'n, délivrés sur les sorties respectives des réseaux al à an sont envoyés respec-tivement d'une part sur n sorties sl à sn du régulateur représenté
et d'autre part sur n entrées d'un échantillonneur 1. L'échantil-lonneur 1 échantillonne de façon séquentielle les groupes G'l à G'n, chaque groupe étant ausculté à une fréquence Fe 106551(~

et l'~chantillonneur 1 fonctlonnant donc ~ la cad~ncs n~Fe, Dana l'exemple consldér~ o~ chaque groupe occupe la bande de ~réquence 60kHz ~ 10BkHz, la largeur de bande des s1gnaux à ~chantlllonner est inférieure à la plus falbl~ fr~qusnce de la bande : on donne alors avantageusement 3 la frequence Fe une valeur comprlse entre la plus haute fréqusnce de la bande tsolt 108kHz~ et deux fols la plus falble fréquence de la bande ~solt 2 x 60kHz). Pour flxer les ldées on prendra Fe 114 kHz, C8 qui correspond 3 une psrlode d'échantlllonnage Te de ~,75 ~s.
L'échantlllonneur 1, qul est de type connu, déllvre successlvement pendant chaque pérlode d'échantillonn 4 e les éohantlllons concernant les n groupes G'1 à G'n. Un convertisseur analoglque-numérlque 2 code ces échantlllons sous forme de mots blnalres x1 à xn respectlvement. On choislt avantageusement dans l'exempla consldér~ un codage à 14 blts.
Les mots x1 3 xn délivres à chaque période d'échantlllonnage sont appliqués à un flltre numérique 3. Le filtrs 3 est un filtre passs-bande qui a pour role d'extraire de chacun des groupes G'1 à G'n l'onde p ilote qu'il contient, ~oient M'1 à M'n respectlvement.
Ce filtre est utlllsé en temps partagé pour tralter les différents groupes à chacun desquels est donc asslgné, à chaque période d'échantillon-nage, un temps de caloul égal à n1Fe . Il est avantageusement constitué,dans l'exemple considéré, par un flltre récursif à huit poles ayant une largeur de bande de 30Hz. La r~alisation de ce filtre implique la mise en osuvrs de circuits pour effectuer des additions et le~ multiplications sur des nomhres binaires ainsi que de mémoires pour emmagasiner temporairement les informations concernant les groupes qui ne sont pas en cours de traitement I cette réallsatlon étant de type connu, nous ne la décrirons pas de façon plus détaillée.
En r~ponse aux mots x1 à xn, le filtre 3 déllvre successlvement

3 chaqu~ période d'échantlllonnage des mots binalres y1 à yn reprssentant respectlvsment lss valeurs instantanées de l'amplitude des ondes pllot8s 10~55~0 M'1.3 M'n.sxtraitss dea groupqs.G'1 à G'n rsspqctivement~ Uns information sur le nlveau de chacune des ondes M'1.à M'n, qui sont des onde~ sinuso~dales, est obtsnus dans un clrcult de calcul 4 qul d~termlne pour chacune d'elles une valeur proportlonnslls au carré de la valeur sfflcace de cette onde.
Pour ce falre, le clrcult 4 calcule le carré des valsurs fournles par le flltre 3 et effectue, pour chacune des ondes M'1 à M'n, sur une période Tc dlte psrlode de calcul et égale à un nombre p de pérlodes d'échan-tlllonnage, la somme du carré des valeurs concernant cette onde I chacune de ces sommes ast td'aprss le théorème de Perceval~ proportlonnelle à la valeur quadratlque moyenne sur la pérlode Tc de l'onde correspondants pour l'onde M'l, i étant comprls sntre 1 et n, cette somme sst égals à
K.Ai , où k est un facteur de proportionalit~ et Ai la valeur efficace de l'nde M'i sur une p~rlode Tc.
Pour effectucr ces calculs, le circult 4 comporte un circuit d'élévation au carré traitant à chaque pérlode d'échantillonnage les mots y1 à yn, st un accumulateur travaillant en temps partagé pour les onde5 M'1 à M'n pour effectuer, à chaque périods d'échantillonnage et pour chaque onde, la ~omme des p dernlères valeurs concernant cette onde calculées dans le clrcuit d'élévation au carré. Le résultat de ces zO sommes e5t déllvré à chaque pérlode d'schantillonnage SOU9 forme de nombres binairss z1 3 zn respectivement.
Les mots z1 3 zn sont appliqu~s successlvement pendant chaque p~rlode d'~chantillonnags 3 un organe de comparalson 5 qul es$ rellé
par allleurs à un~ m~moirB 6. Dans la msmolrs 6 est inscrlt un nombre binaire zo représentant la valeur efficace nominale des ondes pllotes des groupes 3 réguler, cette valeur étant la m~ms pour 1B5 differents groupes dans l'sxemple consldérs. Ao deslgnant cstts valeur sfflcacs : communs, le nombre zo correspond à la valeur K.Ao2.
Pendant chaque pérlode d'échantillonnags, l'organe ds comparaison 5 compare successivemsnt chacun dss nombres z1 à zn au nombre zo et le 10~;5Sl(~

résultat de ces comparaisona apparatt sn sortie du comparateur sous forms d~ mots binairas successlfs v1 à vn rsspectlvsment. Les mots v1 à
vn sont appliqués à l'sntrée d'un clrcuit de démultiplexage 7. Les slgnaux C1 à Cn ds commands des réseaux a1 à an, constltu~s respectlvement par les mots v1 à vn émis pendant les périodes d'échantillonnags successives, ~ont dslivrés sur n sorties du circuit ds démultiplexags 7 respectlvement. Les élémsnts 1, Z, 3, 4, 5 et 7 du régulateur illustré sont bien sûr reliés à une base de temps générel0, non représentée, qui commande leur~ cadences de trevail respectives.
Les rsseaux à ~ain variable a1 à an n'ont pas ~té illustrés de façon détaillée ~ lls peuvent etre de tout typs connu. Par exempls ils peuvsnt 8tre constitués chacun par un amplificateur 3 gain variable comportant un rsseau de résistances présentant une valsur de réaistance ou une autre, parmi un ensemble ds valeurs possibles, en fonction d'infor-mations binalr~s de commande J l'ensemble des valeurs de rsslstance d'un réseeu corrsspondent blen évldemment à un ensemble de vAleurs posslbles pour le galn de l'ampllficateur concerné. Le signal Ci appllqué en commende des réseaux de réslstances de l'ampliflceteur ai, permet donc einsi de déterminer à cheque pérlode d'~chantillonnage la valeur du gain de l'amplificateur ai sn fonction de l'écart du niveau da l'onde pilote M'1 par rapport à sa valeur nominale ~le niveau étant ici évalué au moyen du carré de la valsur efflcace~ de façon à diminuer puis à annuler cet écart. Lorsqus cet écart est nul, le nlveau de l'onde pilote M'i et donc celui du groupe primaire G'i sont a~ust~s aux valeurs désirées.
L~ temps de réponse du régulateur pour l'ensembl~ des n groupes primaires G1 à Gn est senslblement le m~me que pour un aeul d'entre eux.
Il est donns par le temps de réponse du flltrs numérlque 3 auquel s'a~oute la durss d'une période d'échantillonnage. Avec les valeurs numériques donn~es préc~demment ~ titrs lllustratif le temps de réponse du filtre 2st très voisin ds 150 millisecondes 5 on a vu que 13 période d'échantillonnage pouvait etrq prise égale ~ A,75 ~s~
~ ans le cas o~ 50 groupqs primalres sont traites par le ré-~ulateur illustré dans lequel l'~chantillonnage s'effectue à 114kHz et le codage se fait sur 14 bits, la vitesse maximale de travall de ce rsgulateur est volsine de 80Mbits~ seconde.
En vue d'abaisser la fréquence d'échantlllonnage pour travailler avec des dsbits binaires moins élevés pour traiter un m~me nombre de groupes multiplex, ou encore pour augmenter le nombre de groupes pouvant 8tre traités par un meme régulateur, selon le deuxlème mode de réalisatlon de l'lnvention on effectue avant l'schantlllonnage une transposltion basse fréquence des groupes multiplex lssus des réseaux à gain variable.
La figure 2 représente un schéma génsral d'un régulateur selon ce second mode de réalisation I on a conservé les memes références pour les éléments identiques à ceux apparalssant dans la figure 1. La description compl~te de la figure 2 ne sera pas falte ci-après, seules les modifications par rapport à la figure 1 seront décrites.
Les groupes primalres G'1 à G'n, contenant les ondes pilotes M'1 à M'n respectivement, sont appllqués à l'éohantillonneur 1 3 travers respectivement n circuits de transposition b1 ~ bn suivis chacun d'un filtre analoglque, solent f1 à fn respectivement. Chacun des circuits de transposltion b1 3 bn reçoit par ailleurs une onde de transposition P
dont la fréquence est choisie de façon à permettre une transposition des ondss pilotes M'l à M'n vers une mame fréquence basse ~ pour que cetta dernisre fréquence soit tras basse on-donnq à l'onde P uns frqquence voisine de celle co~mune auxdites ondes pilotes. Les filtres fl 3 fn, qui sont tous identiques, sont des filtres passe-bas qui déllmitent le spectre de fréquence des signaux, goient G~l 3 G~n, sortant des circuits b1 3 bn respectivement, en VUB de leur échantillonnage. Les signaux en 30 sortie des filtrss f1 à fn, soiqnt L1 3 Ln respectivsment, et contenant les ondes pilotss tran9posées, soient M~1 à M~n respsctivsment, sont alors chantillonnées séquentiellsment par l'échantillonneur 1 sn vue de leur lO~SS10 t raitsment numérlqun qul. est analogue ~ celul aubit par lqs groups-~ G'1 3 G'n.dans le prem~er mode de réalisatlon de l'invention et décrit en regard de la figure 1.
Pour fixer les idées~ le groups G'i.occupant la bande de fréquence 60kHz - 10~kHz dans laquslle l'onde pilote M'l est située 3 ~4,140kHz, on choisit par 0xemple la fréquence de l'onde de transposlton P sgale 3 84kHz, ce qui am~ne l'onde pilote 3 140Hz apr~s transposltion.
La répartitlon 9pectrale du groupe G~l au voisinage de l'onde M~l est modlflée par rapport à la répartition spectral~ du groupe G'l au voislnage de l'onde M'l, la tranaposition étant falte par l'onde P
dont la frquence, proche de celle ds l'onde M'l, est située à l'intérieur de la bands de frsquence du groupe G'i. En effet, en reprenant l'exemple chlffré mentlonné ci-dessus, après transposltlon, on retrouve dans la bande 0-24kHz non seulement les voles ~de conversatlon) du groupe G'i situ~es dans la bande 34hHz - 106hHz mais également les voies qui étalent sltuées dana la bande 60kHz - a4kHz, et qul se retrouvent lnversées par la transposltlon.
Un flltrage plus ~évère que dans le premier mode de réalisation est donc nécessaire pour lsoler les ondes pilotes J en vue d'eff3ctuer ce filtrage plus sévère, on donne avantageusement aux filtres f1 à fn une bande pasaante sufflsamment étroite pour permettre un préflltrage du spectrs envlronnant les ondes M~l 3 M~n respsctivement, avant l'action du flltrs numérique 3.
La transposltin décrlte ci-dessus permet d'ahalsser très senslblement la valsur de la fréquence d'échantlllonnage Fe, qul peut etrs pri-~e par exemple égale 3 4kHz. En outre, du fait du préfiltrage exercé par les flltres f1 ~ fn~ les signaux 3 traiter num~riquement mettent en ~eu dRs pulssances plus falbles ce qui permet de réduire le nombre de bits n~csssaires au coda~e des échantillons. Oans l'exsmpls 3~ c hiffr~ considér~, pour un fIltre fl de fréquence de coupure 200Hz et ~06S5~0 ayant uns psnts de 24da~octave, on code avantage4ssm~nt l~s ~chantillons sur 10 bits. La vitease maximale de travall du régulateur, pour l~ traltement en temps partagé de 50 groupes prlmalres, est alors de 2 Mblts~seconde.
L'inventlon a ~te décrite en regard d'exemples partlculler3 de rsalisatlon mals il eat blen évldent que l'on peut y opporter dss modlflcatlons et/ou remplacer certalns moyens par d'autres technlquement équivalents. Notamment, le clrcult de calcul t4) pourralt atra conçu pour calculer uns moyenne des valeurs absolues des nombres, concernant une meme onde pllote, qui lul sont appllqués sur une période oe calcul Tc, ou tout autre fonctlon de ces nombres donnant une lndicatlon sur le niveau de l'onds pilote concernée, la mémolre t6l reliée à l'organe de c omparaison m~morisant alors la valeur nomlnale de la fonctlon correspon-dante. En outre, dans le deuxlame mode de réalisatlon de l'lnvention que l'on a décrlt, blsn qu'on ait représenté un exemple préféré de mlse en oeuvre, il seralt possible que les flltres analoglques tf1 3 fn) solent conçus uniquerent en vue de limiter le spectre des fréquences 3 échantillonner et n'agissent pas en préfiltrage des ondes pilotes trans-posées ~ l'extraction de celles-ci serait alors assurée entièrement par le filtre numérique dont l'ordre seralt plus élevé.
Il est bien entandu, d'autre part, que les syst~mes multiplex appliqu~s dans le premier mode ds rsalisatlon à l'échantillonneur t1~
et dans le second mode de réalisation aux circuits de transposition (b1 à bn) peuvent ne pas etre pris directement en sortie des réseaux 3 gain v arlable ta1 3 an) mais en aval ds ces réseaux le long dz la cha~ne de transmission.
De plus, il est bisn évident que l'lnvention n'est pas limitée à la régulation ds groupes primaires de voies téléphonlques et que les valeurs numériques lndlquées ns l'ont étfi qu'à tltre lllustratlf J elle s'appliqus de façon gfin~rale pour réguler des syst~mes multiplex ds fr~quence 3 partlr de l'observatlon ds l'amplitude d'ondes pllotes contenues 10~;5510 dans C8S syt~mes. On notera qu'un r~gulateur selon l'lny~ntlon pourrait tralter en temps partagé des systèmes multiplex ayant des ondes pllotes de n ivsaux nominaux dlfférents J dans ce ces, la mémoire t6~ reli~s ~
l'organe de comparaison t5) contlsndrait autant de valeurs dlfférentes qu'il y a de niveaux nominaux dlfférents, et ces valeurs seralent appllqufies de façon séquentlelle audit organe t5). Un régulateur selon l'invention pourralt également traiter en temps partag~ des systèmes multlplex couvrant des bandes de fréquences différentes J dans ce cas, le deuxlème mode de réalisatlon décrlt, dans lequel les circults de transposltlon recevralent les ondes de transpositions de frfiquences dlfférentes cholsles de façon 3 amener toutes les ondes pilotes 3 une meme frfiquence, serait préférable car le flltre numfirlque t3~ pourrait alors effectuer l'extractlon des ondes pllotes alnsi transposées sans changer de coefflcients d'une onde 3 u ne autre.

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Claims (4)

Les réalisations de l'invention au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit:

1. Régulateur de niveau pour n systèmes de transmission à multiplexage en fréquence, à n réseaux à gain variable pour ajus-ter le niveau respectivement des n systèmes multiplex à partir de l'amplitude de n ondes pilotes présentés respectivement dans les systèmes, caractérisé en ce qu'il comporte un échantillonneur relié aux n réseaux à gain variable et cadencé par une horloge, pour délivrer multiplexés dans le temps les échantillons concer-nant les n systèmes multiplex, un convertisseur analogique-numéri-que pour délivrer les valeurs numériques des échantillons issus de l'échantillonneur, un moyen de filtrage numérique à bande étroite travaillant en temps partage pour les n systèmes et délivrant, à
chaque période d'échantillonnage, en réponse aux valeurs numériques des échantillons, des valeurs numériques yl à yn représentant res-pectivement les valeurs instantanées de l'amplitude des ondes pilo-tes extraites des systèmes multiplex en aval desdits réseaux, un circuit de calcul recevant les valeurs yl à yn et travaillant éga-lement en temps partagé pour les n systèmes pour élaborer de nou-velles valeurs zl à zn fonction respectivement des niveaux des ondes pilotes extraites des n systèmes multiplex en aval des n réseaux sur un intervalle de plusieurs périodes d'échantillonnage, un organe de comparaison traitant de façon séquentielle les valeurs zl à zn issues du circuit de calcul concernant les différents systèmes et les comparant chacune à une valeur de référence, et un circuit de démultiplexage qui délivre sur n sorties les résul-tats des comparaisons effectuées par le comparateur appliqués en commande desdits n réseaux à gain variable respectivement.

2. Régulateur de niveau selon la revendication 1, ca-ractérisé en ce qu'il comporte n circuits de transposition rece-vant chacun une onde de transposition et étant insérés respecti-vement entre les n réseaux et l'échantillonneur pour transposer respectivement les n systèmes multiplex de façon à amener chacune des n ondes pilotes correspondantes à une fréquence basse, chaque circuit de transposition étant suivi d'un filtre délimitant le spectre des fréquences à échantillonner.

3. Régulateur de niveau selon la revendication 2, carac-térisé en ce que les fréquences des ondes de transposition sont choisies respectivement voisines des fréquences des ondes pilotes et en ce que le filtre disposé à la suite de chaque circuit de transposition et délimitant le spectre des fréquences à échantil-lonner est un filtre passe-bas qui agit en préfiltrage de l'onde pilote transposée concernée.

4. Régulateur de niveau selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérise en ce que ledit circuit de calcul comporte un circuit d'élévation au carré et un accumulateur travaillant en temps partagé et délivre une valeur zi, 1 ? i ? n, proportionnelle à la somme du carré des valeurs yi sur ledit intervalle de plu-sieurs périodes d'échantillonnage.