CH629632A5 - Dispositif de controle automatique du gain d'une voie de reception d'une installation de transmission comportant des liaisons optiques. - Google Patents
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Description
La présente invention concerne un dispositif de contrôle automatique du gain d'une voie de réception d'une installation de transmission comportant des liaison optiques.
Il est des domaines, principalement celui connu sous le nom d'électronique rapide, dans lesquels on est amené à traiter, après qu'ils aient été détectés puis transmis, des signaux impulsionnels de très faible durée, de récurrence également très faible et dont la forme initiale peut ne pas être connue, mais qu'il faut néanmoins pouvoir retrouver avec une certaine précision lors du traitement. Ceci peut être le cas dans des transmissions de signaux numériques de l'ordre de la centaine de mégabits à très large bande passante de l'ordre par exemple de 500 Me/s.
Dans de telles transmissions, les signaux captés sont transformés en signaux optiques à l'aide d'émetteurs optiques rapides du type diodes laser et photodiodes à avalanche à la réception, permettant d'obtenir des liaisons à large bande pouvant aller de 100 Mhz à 1 Ghz environ. Ces liaisons optiques sont faites par des fibres optiques qui présentent par rapport à des liaisons électriques l'avantage d'un isolement galvanique et d'une bande passante étendue. Par contre, ces liaisons par fibres optiques présentent l'inconvénient d'apporter une atténuation aux signaux transmis pouvant varier notablement au cours de la transmission. Ceci est dû au fait que les connecteurs optiques utilisés sont extrêmement sensibles aux tolérances mécaniques et à la poussière, et également au fait que les fibres optiques, du type généralement multi-brins, peuvent avoir un nombre variable de fibres cassés qui atténuent encore la transmission de la lumière. A ces variations de niveau, viennent s'ajouter les variations produites par les éléments d'émission et de réception.
L'élément d'émission est le transducteur qui recevant du capteur le signal à traiter, le transforme en un signal optique. D'une façon générale, cet élément d'émission peut être un laser solide ou une diode électroluminescente qui présente une pente de conversion courant-puissance optique variable dans le temps. Le récepteur optique, recevant les signaux transmis par les fibres constituant la liaison optique émetteur-récepteur, peut utiliser deux types de diodes, PIN ou à avalanche. Les diodes PIN sont stables en température et en fonction de la tension de polarisation. Les photodiodes à avalanche qui présente une sensibilité environ 100 fois plus grande à la lumière, sont en revanche très sensibles aux variations de température et de tension.
Cette revue des inconvénients présentés par les installations de transmission utilisant des liaisons optiques, opposés aux avantages que comporte l'utilisation de telles liaisons, impose que l'on se soucie de la stabilité des installations.
Dans les installations, les éléments d'émission et de réception sont généralement stabilisés par des boucles de régulation. Les variations de niveaux encore existantes proviennent alors presque exclusivement des liaisons optiques.
Suivant l'art antérieur, où l'on veut connaître avec une plus ou moins bonne précision suivant le cas, les pertes subies par les signaux dans la liaison optique pour pouvoir, en jouant sur le gain, rétablir le niveau du signal à sa valeur à l'entrée de la liaison, on superpose au signal à traiter appelé signal utile, un signal pilote de niveau déterminé et connu, situé en dehors de la bande passante du signal utile. Les atténuations subies par le signal pilote étant identiques à celles subies par le signal utile, il est possible à la réception de rétablir le niveau du signal utile.
A la réception le signal pilote est extrait du signal composite qui comprend le signal utile et le signal pilote, et après détection commande un élément à gain variable.
La figure 1 représente de façon schématique, un dispositif suivant l'art antérieur.
Le signal utile combiné au signal pilote après transmission dans la liaison optique considérée, est reçu sur la photodiode 1 dont la sortie est connectée à un amplificateur 3, comprenant un atténuateur. La sortie de cet amplificateur est connectée d'une part à la sortie 9 du dispositif où est recueilli le signal utile Su, à travers un filtre passe-haut 8, et d'autre part, à un ensemble de circuits constiuant une boucle qui se referme sur l'amplificateur 3. Cette boucle comprend un filtre passe-bande 4 qui isole le signal pilote, un circuit redresseur 5 sans seuil, qui délivre le signal pilote avec son amplitude et un amplificateur opérationnel 6, qui reçoit le signal pilote issu du circuit redresseur 5 et un signal de référence 7. Le signal de sortie de l'amplificateur 6 commande le gain de l'amplificateur.
Ce dispositif de contrôle automatique du gain est réalisé suivant l'art antérieur de façon analogique, utilisant des diodes PIN, des transistors MOS à double porte, etc. Toutefois, ces réalisations analogiques présentent l'inconvénient
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d'être limitées en bande passante vers les fréquences faibles ou les fréquences fortes suivant les composants qui sont utilisés. Elles présentent aussi l'inconvénient de produire des distorsions et surtout de faire varier la courbe de réponse en fréquence en même temps que le gain. Par ailleurs, la fonction de commande de gain n'étant pas linéaire, il est nécessaire d'utiliser une boucle fermée pour commander l'amplificateur, ce qui dans certains cas peut poser des problèmes de stabilité.
Le but de l'invention est de fournir un dispositif de contrôle automatique du gain d'une voie de réception d'une installation de transmission comportant des liaisons optiques et dans laquelle un signal électrique utile de niveau inconnu est transmis à la voie de réception à travers une liaison optique où ce signal utile préalablement mélange à un signal pilote de niveau connu, situé à l'extérieur du spectre du signal utile, subit une atténuation que l'on veut corriger, qui ne présente pas les inconvéniens de l'art antérieur.
Le dispositif objet de l'invention est caractérisé par le fait qu'il comporte un filtre passe-bande isolant le signal pilote du signal composite transmis, un circuit redresseur, un circuit convertisseur analogique-numérique, un transcodeur délivrant un mot numérique représentant l'atténuation subie par le signal composite dans la liaison optique et un circuit d'atténuation, commandé par le dit mot numérique, inséré entre un amplificateur d'entrée et la sortie délivrant le signal utile ramené à son niveau initial.
La présente invention a également pour objet une installation de transmission comportant ce dispositif, installation définie dans la revendication 8.
Le dispositif de contrôle objet de l'invention présente l'avantage d'être particulièrement adapté à fonctionner à grande vitesse et en numérique, permettant d'utiliser dans le circuit d'atténuation des relais présentant une grande bande passante compatible avec celle des signaux traités.
D'autres avantages et particularités de l'invention ressorti-ront de la description d'exemples de réalisation donnés à l'aide des figures qui représent, outre la figure 1 qui se rapporte à une réalisation de l'art antérieur,
la figure 2, une première variante du dispositif de contrôle automatique du gain,
la figure 3, une deuxième variante du dispositif de contrôle automatique du gain,
la figure 4, une série de courbes montrant les signaux en différents points du dispositif de contrôle automatique du gain;
la figure 5, une cellule d'atténuation utilisée dans le dispositif, et la figure 6, un groupement de cellules d'atténuation.
Ainsi que cela a été déjà expliqué dans l'introduction à la présente description, le traitement de signaux de très faible durée, donc exigeant une très grande bande passante, qui sont transmis pour des raisons de commodité apportant des avantages certains, par des liaisons optiques, nécessite de connaître ces signaux dans leur amplitude initiale, sinon dans leur forme et donc de prévoir des moyens pour rétablir à leur niveau initial, ces signaux qui ont subi généralement des pertes pouvant être sensibles au cours de leur transmission par liaison optique généralement constituée par des fibres optiques.
On sait que l'information à transmettre sur fibres optiques peut être codée de façon différente, en amplitude, en fréquence, en numérique, etc. Dans le cas d'un codage en modulation d'amplitude, il est indispensable de connaître avec précision les différentes pertes subies par les signaux afin de rétablir le niveau correct, au niveau de la réception, réception signifiant ici réception à la sortie de la liaison optique, c'est-à-dire avant le traitement du signal. Dans le cas d'une modulation de fréquence ou de transmission numérique, le niveau doit être rétabli sans toutefois que la précision à atteindre soit celle dans le cas de la modulation d'amplitude.
On rappelle que le signal utile de très faible durée et de niveau inconnu est tout d'abord capté par un capteur qui le délivre sous forme de signal électrique modulant un transducteur, une diode électroluminescente par exemple qui le transforme en un signal lumineux qui est transmis par liaison optique, à un transducteur de réception, une photodiode par exemple qui le transforme à nouveau en un signal électrique. Pour avoir une connaissance des pertes subies par le signal pendant sa transmission optique, on lui a superposé avant qu'il soit émis, un signal pilote de niveau connu situé en dehors de la bande passante du signal utile. C'est donc un signal composite, formé du signal utile et du signal pilote qui est transmis optiquement et il est admis que les atténuations subies par le signal pilote sont identiques à celles subies par le signal utile. Dans la voie de réception, le signal composite est appliqué à un amplificateur suivi d'un atténuateur numérique et à cet ensemble de circuit est connecté un circuit de commande de gain, traitant le signal pilote qu'il a isolé et commandant l'atténuateur de façon que le signal utile qu'il délivre, soit seul, soit encore mélangé au signal pilote ait le niveau requis.
La figure 2 représente un dispositif de contrôle de gain suivant l'invention, dans lequel le réglage se fait très rapidement. Ce dispositif comprend un circuit filtre passe-bande 11, isolant du signal composite Se délivré par l'amplificateur 10, le signal pilote Sp, un redresseur 12 sans seuil, donnant le signal pilote sous forme d'une tension continue, un convertisseur analogique numérique 13 transformant le signal pilote en un mot numérique à plusieurs bits suivant la précision requise, un registre tampon 14 et un transcodeur 15. Celui-ci et connecté à l'atténuateur 16, dont il règle l'atténuation. Un filtre passe-haut 8 connecté en sortie de l'atténuateur délivre en 9 le signal utile Su. On notera que ce circuit passehaut peut être connecté en amont à l'atténuateur sans qu'il soit rien changé aux principes de l'invention. Le convertisseur 13 et le registre tampon 14 sont commandés à partir d'une horloge 17, ou à partir d'une commande extérieure 18, suivant la position du commutateur 19.
On rappellera pour mémoire que le signal composite Se sous sa forme optique, frappe la photodiode 1 qui délivre aux bornes de la résistance 2 une tension proportionnelle au signal Se. Ce signal est amplifié dans l'amplificateur 10 à gain fixe. Le signal Se et représenté sur la figure 4.1, le signal pilote Sp étant un signal sinusoïdal. Le filtre passe-bande 11 isole le signal pilote Sp du signal composite, le signal Sp étant représenté sur la figure 4.2. Le circuit de redressement 12, sans seuil, connceté au circuit 11 délivre le signal pilote Sp sous forme d'une tension continue, de valeur v (figure 4.3). Le signal pilote Sp est appliqué ensuite à un convertisseur analogique numérique 13 qui le transforme en un mot numérique à plusieurs bits suivant la précision désirée. La numérisation du signal pilote est commandée par une impulsion d'horloge H1 (figure 4.4) provenant soit d'une source extérieure 18, soit d'une horloge 17 interne. L'une ou l'autre des possiblités est obtenue par manœuvre du commutateur 19. La figure 4.5 représente de façon schématique l'état des conducteurs de sortie du convertisseur, sur lesquels apparaissent les bits constitutifs du mot, après un temps te pendant lequel s'est effectué la conversion du signal analogique en son correspondant en numérique. La ligne verticale VI marque la fin de l'opération de la conversion analogique-numérique. Un signal d'horloge H2 (figure 4.6) provoque l'enregistrement du mot numérique représentant le signal pilote dans un registre
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L'atténuateur 16 comporte un nombre plus ou moins grand de cellules d'atténuation suivant les signaux que l'on a à traiter. Chaque cellule présente une atténuation bien définie, en décibels, par exemple. On peut de la sorte constituer un atténuateur avec des cellules donnant des atténuations en décibels en progression géométrique. Un atténuateur à cinq cellules comporterait par exemple une cellule à 8 dB, une à 4 dB, une à 2 dB, une à 1 dB et une cellule à 0,5 dB.
Chaque cellule devant pouvoir être mise en service et hors service à l'aide d'une commande unique par un niveau haut ou par un niveau bas, une réalisation avantageuse en est représentée figure 5, de façon schématique.
Sur cette figure, la cellule d'atténuation est une cellule en T constituée par trois résistances RI, R2, R3, commandée par un relais à deux constacts C1 et C2. Elle pourrait être en T1.
Le contact C1 est un contact travail tandis que le contact C2 est un contact repos. En l'absence de commande, lorsque le niveau est «0», le contact C2 reste fermé et le contact Cl est ouvert. La cellule d'atténuation est hors service et l'atténuation entre son entrée E et sa sortie S est nulle, la résistance par rapport à la masse étant infinie.
Lorsque la commande Cd est au niveau logique « 1 », le contact travail Cl se ferme tandis que le contact repos C2 s'ouvre; la cellule est en service et le signal sortant de la cellule en S présente par rapport au signal à l'entrée E une atténuation déterminée.
La figure 6 montre une cellule d'atténuation légèrement différente de la précédente avec les contacts du relais disposés de façon différente, permettant la connexion en série de plusieurs cellules.
Les cellules LI et L2 sont supposées identiques, quant aux valeurs données aux résistances qui les composent. Il est toutefois évident que ces valeurs peuvent être différentes. Les contacts C10, Cl 1, C20, C21 sont disposées de façon que, quelles que soient leurs positions, mettant les cellules correspondantes en ou hors service, un signal peut transiter à travers elles, en subissant ou non l'atténuation correspondante. Les positions des contacts représentées sur les figures idi-quent que la cellule Ll est hors service, tandis que la cellule L2 est en service.
Il est possible également d'utiliser un atténuateur en T commuté sur le même principe que précédemment, ou associer des cellules dont les atténuations se succèdent suivant un code binaire quelconque, comme par exemple, des cellules donnant une atténuation de 0 à 10 dB par pas de 1 dB avec quatre cellules en série d'atténuation 4 dB, 3 dB, 2 dB, 1 dB.
On notera que ces atténuateurs étant commutés à l'aide de relais, on peut obtenir des atténuations constantes allant actuellement de façon aisée du continu aux alentours du giga-hertz.
Le réglage de la commande de l'atténuateur s'explique de ,aeor. simple.
Or. peut supposer que !e signal pilote arrive normalement à un niveau Vmax. L'atténuateur est alors réglé pour donner un ma"ir.ium c'-itténuation.
A la sortie on a donc Vmax. Kmax, Kmax étant le coefficient d'atténuation maximale.
Si après dégradation dans la liaison optique, la tension reçue passe de Vmax, à une tension Vmax. Kl, où Kl est un facteur d'atténuation quelconque, pris pour exemple, l'atténuateur est placé dans une position K2 telle que l'on obtient à la sortie: Vmax. K1 K2 = Vmax Kmax, ceci à un pas de quantification près. A la sortie de l'atténuateur, et ce quelle que soit l'atténuation globale qui garantit la conservation de l'échelle pour le signal utile Su qui, après séparation dans le filtre passe-haut 8, apparaît à la borne 9.
On a indiqué dans ce qui précède que le convertisseur analogique numérique devait avoir une précision déterminée. En fait le convertisseur doit avoir une résolution suffisante pour permettre d'apprécier la plus faible des variations de tension continue correspondant à une variation de gain égale au pas de quantification choisi.
Si le convertisseur analogique numérique est linéaire, il faut pouvoir apprécier la variation de tension continue entre l'atténuation maximale admise et celle-ci diminuée du pas de quantification choisi.
A titre d'exemple, si l'on désire corriger une atténuation pouvant varier entre 0 et 16 dB avec un pas de quantification de 0,5 dB, il faut apprécier la variation de tension continue résultant d'une variation d'atténuation de 16 dB à 16 dB - 0,5 dB = 15,5 dB soit en pourcentage:
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100 (10 20 -10 20 ) = 0,939%
de la tension maximale, correspondant à une atténuation de 0 dB. Pour l'exemple ci-dessus, il faut envisager un convertisseur analogique numérique à 7 bist donnant une résolution de 0,79% de la pleine échelle.
La figure 3 représente un autre dispositif suivant l'invention. Alors que dans le dispositif suivant la figure 2 on agit de façon rapide sur l'atténuateur dans le dispositif suivant la figure 3 on a une boucle de contre réaction qui élimine les erreurs dues à l'imprécision de l'atténuateur à commande numérique, au prix d'une perte légère de rapidité.
Cependant il faut noter que le dispositif de contrôle du gain dans ce cas ne diffère pas essentiellement de celui de la figure 2.
Il comprend en effet des circuits qui se retrouvent dans le dispositif de la figure 2 et qui de ce fait portent les mêmes références. Le dispositif comprend donc, en sortie de l'atténuateur 16, un filtre passe-bande 11 isolant le signal pilote du signal composite Se, un circuit redresseur 12, un convertisseur analogique numérique 13 suivi d'un étage tampon 14 et d'un transcodeur 15. Cependant dans le cas de la figure 3, le transcodeur n'agit pas directement sur l'atténuateur, mais à travers une mémoire 21 qui emmagasine l'état précédent de l'atténuateur dont il faut tenir compte. Le fonctionnement de ce dispositif n'est pas essentiellement différent de celui de la figure 2. La présence de la mémoire 21 enregistrant l'état précédent de l'atténuateur se justifie par le fait que le signal pilote étant prélevé après qu'il soit passé dans l'atténuateur, y a subi une atténuation supplémentaire s'ajoutant à celle subie dans la liaison optique.
On notera que dans ce cas de la figure 3, tout comme dans celui de la figure 2, le circuit de conversion 13, le registre tampon 14 et également la mémoire 21 sont commandés par des impulsions d'horloge marquées Hl, H2 et H3 sur la figure.
On a ainsi décrit deux variantes d'un dispositif de contrôle automatique du gain, plus particulièrement utilisées dans des installations dans lesquelles se propagent des signair" en général très brefs, se répétant avec une récurrence faible.
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Claims (8)
1. Dispositif de contrôle automatique du gain d'une voie de réception d'une installation de transmission comportant des liaisons optiques et dans laquelle un signal électrique utile de niveau inconnu est transmis à la voie de réception à travers une liaison optique où ce signal utile préalablement mélangé à un signal pilote de niveau connu, situé à l'extérieur du spectre du signal utile, subit une atténuation que l'on veut corriger, caractérisé par le fait qu'il comporte un filtre passe-bande isolant le signal pilote du signal composite transmis, un circuit redresseur, un circuit convertisseur analogique-numérique, un transcodeur délivrant un mot numérique représentant l'atténuation subie par le signal composite dans la liaison optique, et un circuit d'atténuation, commandé par ledit mot numérique, insérée entre un amplificateur d'entrée et la sortie délivrant le signal utile ramené à son niveau initial.
2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend un circuit tampon connecté entre le circuit convertisseur analogique-numérique et le transcodeur.
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REVENDICATIONS
3. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte, connecté au transcodeur, un circuit mémoire enregistrant l'état précédent du circuit d'atténuation.
4. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le circuit d'atténuation comprend une ou plusieurs cellules d'atténuation constituées par des éléments à grande bande passante et commandées par le mot numérique délivré par le transcodeur.
5. Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé par le fait qu'une cellule d'atténuation consiste en des résistances disposés en T ou en II, dont la mise en ou hors service est déterminée par un relais commandé par le mot numérique.
6. Dispositif suivant l'une des revendications 4 et 5, caractérisé par le fait que le circuit d'atténuation comporte plusieurs cellules d'atténuation en T ou en II, mises en série, commandées par le mot numérique délivré par le transcodeur.
7. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le transcodeur est constitué par une mémoire morte programmée dont l'adresse de lecture est constituée par la valeur numérique du singal pilot délivrée par le circuit convertisseur analogique-numérique.
8. Installation de transmission d'information à très large bande à liaisons optiques, comportant un dispositif de contrôle automatique du gain d'une voie de réception conformément aux revendications 1 à 7.
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