EP1253512A1 - Method and apparatus for generating a random signal with controlled histogram and spectrum - Google Patents
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Abstract
Procédé et dispositif de génération d'un signal aléatoire comportant : une première étape (a) de génération d'un signal pseudo-aléatoire, une deuxième étape (b) de filtrage (F1) du signal issu de l'étape (a) pour obtenir un signal x(t) ayant une enveloppe spectrale prédéterminée H(f), une troisième étape (c) où une fonction non-linéaire g est appliquée au signal x(t) de façon à former un signal y(t) et pour créer des remontées ou overshoots sur les bords de l'histogramme du signal y(t), une quatrième étape (d) de filtrage (F2) permettant de lisser les remontées ou overshoots de l'histogramme du signal y(t), de compenser l'effet de la non-linéarité et d'effectuer un complément de filtrage à (F1). Application dans un système de conversion analogique-numérique ou numérique-analogique <IMAGE>Method and device for generating a random signal comprising: a first step (a) of generating a pseudo-random signal, a second step (b) of filtering (F1) the signal from step (a) to obtaining a signal x (t) having a predetermined spectral envelope H (f), a third step (c) where a non-linear function g is applied to the signal x (t) so as to form a signal y (t) and for create lifts or overshoots on the edges of the histogram of signal y (t), a fourth filtering step (d) (F2) making it possible to smooth the lifts or overshoots of the histogram of signal y (t), to compensate the effect of non-linearity and to perform a complementary filtering at (F1). Application in an analog-digital or digital-analog conversion system <IMAGE>
Description
La présente invention concerne un procédé et un dispositif de génération d'un signal aléatoire. L'invention s'applique notamment au domaine de la conversion numérique-analogique et au domaine de la conversion analogique-numérique utilisant un tel système aléatoire.The present invention relates to a method and a device for generation of a random signal. The invention is particularly applicable to digital-analog conversion domain and the domain of analog-to-digital conversion using such a random system.
Elle s'applique par exemple dans le domaine des techniques radar ou dans celui de l'instrumentation ou encore dans le domaine des communications.It applies for example in the field of radar techniques or in that of instrumentation or in the field of communications.
Les dispositifs de conversion, qu'ils soient numérique-analogique ou analogique-numérique sont très largement utilisés dans de nombreux systèmes et leurs performances constituent généralement un point critique de ces derniers, comme l'illustre la synthèse numérique directe.Conversion devices, whether digital-analog or analog-digital are very widely used in many systems and their performance are usually a critical point of these, as illustrated by direct digital synthesis.
La synthèse numérique directe est une technique de synthèse de fréquence qui consiste à élaborer en valeurs numériques les échantillons d'un signal que l'on veut générer et à convertir ces échantillons en signaux analogiques grâce à un convertisseur numérique-analogique. Les synthétiseurs de signaux obtenus par cette technique sont très attractifs en ce qui concerne leur volume, leur poids et leur consommation d'énergie, car ils peuvent bénéficier d'une intégration importante. Leurs autres avantages sont notamment une très grande résolution et des temps de commutation très faibles d'une fréquence à l'autre. Cependant, le passage d'un signal utile dans le convertisseur numérique-analogique s'accompagne de la création de signaux parasites qui sont dus aux non-linéarités de ces convertisseurs. Ces non-linéarités désignent le fait que les marches d'escalier de la fonction de transfert du convertisseur numérique-analogique ne sont pas d'égales hauteurs et que la transition entre marches produit des phénomènes irréguliers.Direct digital synthesis is a synthesis technique of frequency which consists in working out in numerical values the samples of a signal that we want to generate and convert these samples into signals analog thanks to a digital-analog converter. The signal synthesizers obtained by this technique are very attractive in regarding their volume, weight and energy consumption, because they can benefit from significant integration. Their other advantages include a very high resolution and switching times very low from one frequency to another. However, passing a useful signal in the digital-to-analog converter is accompanied by the creation of parasitic signals which are due to the non-linearities of these converters. These non-linearities denote the fact that the stairs of the function of transfer from digital to analog converter are not equal heights and that the transition between steps produces phenomena irregular.
Le même problème se retrouve dans des applications à base de convertisseurs analogique-numérique où le passage des signaux dans ces convertisseurs s'accompagne ici aussi de la création de signaux parasites dus aux non-linéarités.The same problem is found in applications based on analog to digital converters where the passage of signals in these converters is also accompanied here by the creation of spurious signals due to non-linearities.
Il est connu de l'art antérieur d'ajouter un signal aléatoire au signal utile, avant le passage dans le convertisseur, afin de diminuer le niveau des signaux parasites en réduisant l'effet des non-linéarités du convertisseur évoquées précédemment. Ce signal aléatoire est désigné communément par le terme anglo-saxon « dither ». Le signal utile est généralement à bande limitée et la fréquence d'horloge du système, par exemple un synthétiseur numérique, est généralement supérieure à cette bande. Cela laisse un espace spectral vide pour placer le signal aléatoire.It is known in the prior art to add a random signal to the signal useful, before going through the converter, in order to reduce the level of spurious signals by reducing the effect of converter non-linearities previously mentioned. This random signal is commonly referred to as the English term “dither”. The useful signal is generally band limited and the system clock frequency, for example a synthesizer digital, is generally greater than this band. That leaves a empty spectral space to place the random signal.
Pour être pleinement efficace, ce signal aléatoire doit posséder certaines caractéristiques. Tout d'abord, son spectre doit être maítrisé pour qu'il n'empiète pas dans la bande des signaux utiles. En second lieu, il apparaít que la qualité de la linéarisation des convertisseurs dépend de l'histogramme des amplitudes temporelles du signal aléatoire. Par exemple, une loi gaussienne produit une linéarisation moins bonne que celle obtenue par une loi rectangulaire. Il y a donc un réel avantage à pouvoir maítriser pour le signal aléatoire à la fois le spectre et l'histogramme.To be fully effective, this random signal must have certain characteristics. First, its spectrum must be controlled for that it does not encroach on useful signals in the band. Second, it appears that the quality of the linearization of the converters depends on the histogram of the temporal amplitudes of the random signal. For example, a Gaussian law produces a poorer linearization than that obtained by a rectangular law. There is therefore a real advantage in being able to control for the random signal both the spectrum and the histogram.
Des méthodes sont connues pour obtenir un signal aléatoire avec
une enveloppe spectrale donnée. Des méthodes sont aussi connues pour
obtenir un signal aléatoire avec une loi de distribution des amplitudes
donnée. Ces méthodes sont notamment décrites dans les ouvrages traitant
du calcul des probabilités comme par exemple l'ouvrage intitulé:
« Simulation déterministe du hasard » de J.Maurin aux éditions Masson.Methods are known for obtaining a random signal with a given spectral envelope. Methods are also known for obtaining a random signal with a law of distribution of the amplitudes given. These methods are notably described in the works dealing with the calculation of probabilities such as for example the work entitled:
"Deterministic simulation of chance" by J. Maurin, Masson editions.
Le brevet FR 2 783 374 du demandeur enseigne un procédé et
un dispositif de génération d'un signal aléatoire. Il décrit une méthode
permettant de construire un signal aléatoire où l'enveloppe spectrale et la loi
de distribution des amplitudes temporelles sont imposées simultanément.
Pour cela, le procédé met en oeuvre une suite de quatre étapes ou
opérations de traitement du signal, la répétition d'une partie d'entre elles,
notamment les étapes 3 et 4 faisant converger les paramètres du signal
aléatoire vers les lois désirées. L'itération des étapes permet d'approcher
progressivement la loi de distribution fixée, puis de corriger l'enveloppe
spectrale.Applicant's patent FR 2,783,374 teaches a process and
a device for generating a random signal. He describes a method
allowing to build a random signal where the spectral envelope and the law
distribution of the temporal amplitudes are imposed simultaneously.
For this, the method implements a series of four steps or
signal processing operations, repeating part of them,
especially
Malgré toute son efficacité, cette méthode itérative n'est pas adaptée pour tous les types de calcul, notamment pour le calcul en temps réel du signal aléatoire. Elle implique l'utilisation de différentes fonctions non-linéaires pour restaurer l'histogramme visé à chaque itération.Despite all its effectiveness, this iterative method is not suitable for all types of calculation, especially for time calculation real random signal. It involves the use of different non-linear functions to restore the histogram aimed at each iteration.
L'idée de l'invention repose sur une nouvelle approche qui permet de calculer, en temps réel, un signal aléatoire avec une enveloppe spectrale prédéterminée et un histogramme des amplitudes proche d'une loi rectangulaire, c'est-à-dire équirépartie.The idea of the invention is based on a new approach which allows to calculate, in real time, a random signal with a spectral envelope predetermined and a histogram of amplitudes close to a law rectangular, that is to say evenly distributed.
Dans la suite de la description on désigne sous l'expression « signal utile », le signal que l'on souhaite convertir sans distorsion par un CNA ou un CAN. A cette fin, le signal aléatoire ou bruit qui est généré par le dispositif selon l'invention est additionné à ce signal utile de façon à linéariser la caractéristique de transfert du CNA ou du CAN.In the following description, we designate under the expression "Useful signal" means the signal which one wishes to convert without distortion by a CNA or CAN. To this end, the random signal or noise which is generated by the device according to the invention is added to this useful signal so as to linearize the transfer characteristic of the CNA or CAN.
L'invention a pour objet un procédé de génération d'un signal aléatoire. Il est caractérisé en ce qu'il comporte au moins les étapes suivantes :
- une première étape (a) de génération d'un signal pseudo-aléatoire,
- une deuxième étape (b) de filtrage (F1) du signal issu de l'étape (a) pour obtenir un signal x(t) ayant une enveloppe spectrale prédéterminée H(f),
- une troisième étape (c) où une fonction non-linéaire g est appliquée au signal x(t) de façon à former un signal y(t) et pour créer des remontées ou overshoots sur les bords de l'histogramme du signal y(t),
- une quatrième étape (d) de filtrage (F2) permettant de lisser les remontées ou overshoots de l'histogramme du signal y(t), de compenser l'effet de la non-linéarité et d'effectuer un complément de filtrage à (F1).
- a first step (a) of generating a pseudo-random signal,
- a second step (b) of filtering (F 1 ) the signal from step (a) to obtain a signal x (t) having a predetermined spectral envelope H (f),
- a third step (c) where a non-linear function g is applied to the signal x (t) so as to form a signal y (t) and to create lifts or overshoots on the edges of the histogram of the signal y (t )
- a fourth filtering step (d) (F 2 ) making it possible to smooth the ascents or overshoots of the histogram of the signal y (t), to compensate for the effect of the non-linearity and to carry out additional filtering at ( F 1 ).
Les remontées ou overshoots sont plus ou moins prononcés en fonction notamment de la forme de l'histogramme final.Lifts or overshoots are more or less pronounced in depends in particular on the shape of the final histogram.
Selon un mode de réalisation, la fonction non-linéaire est par exemple une fonction à facettes Di et le nombre des segments et le rapport des pentes des différents segments sont choisis en fonction de l'histogramme issu de l'étape de filtrage F1.According to one embodiment, the non-linear function is for example a faceted function D i and the number of segments and the ratio of the slopes of the different segments are chosen as a function of the histogram resulting from the filtering step F 1 .
Le signal pseudo-aléatoire est par exemple un bruit blanc.The pseudo-random signal is for example white noise.
L'invention a également pour objet un dispositif pour la mise en
oeuvre du procédé précité comportant par exemple au moins les éléments
suivants :
Le signal généré est par exemple un bruit blanc.The signal generated is for example white noise.
L'invention a notamment les avantages suivants :
- améliorer la non linéarité des convertisseurs analogique-numérique ou numérique-analogique,
- pouvoir s'appliquer à de nombreux systèmes,
- être économique et simple dans sa mise en oeuvre.
- improve the non-linearity of analog-digital or digital-analog converters,
- be able to apply to many systems,
- be economical and simple in its implementation.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaítront à l'aide de la description qui suit, faite en regard de dessins annexés, à titre illustratif et nullement limitatifs, qui représentent :
- la figure 1, une illustration des étapes possibles du procédé selon l'invention,
- la figure 2, un exemple détaillé d'un générateur de codes pseudoaléatoires,
- la figure 3, un histogramme en sortie de la première étape du procédé selon l'invention,
- la figure 4 un spectre de bruit en sortie de générateur PRN,
- les figures 5 et 6, respectivement un histogramme et le spectre du signal en sortie du premier filtre,
- les figures 7, 8 et 9 une fonction de non linéarité, l'histogramme et le spectre après application de la fonction de non linéarité,
- les figures 10 et 11 un histogramme et un spectre en sortie du deuxième filtre,
- la figure 12 un mode de réalisation possible d'un système de conversion numérique-analogique utilisant un signal aléatoire généré selon l'invention,
- la figure 13 un exemple de système de conversion analogique-nuémrique utilisant un signal aléatoire généré selon l'invention.
- FIG. 1, an illustration of the possible steps of the method according to the invention,
- FIG. 2, a detailed example of a pseudo-random code generator,
- FIG. 3, a histogram at the output of the first step of the method according to the invention,
- FIG. 4 a noise spectrum at the output of the PRN generator,
- FIGS. 5 and 6, respectively a histogram and the spectrum of the signal at the output of the first filter,
- FIGS. 7, 8 and 9 a function of non-linearity, the histogram and the spectrum after application of the function of non-linearity,
- FIGS. 10 and 11 a histogram and a spectrum at the output of the second filter,
- FIG. 12 a possible embodiment of a digital-analog conversion system using a random signal generated according to the invention,
- FIG. 13 an example of an analog-to-digital conversion system using a random signal generated according to the invention.
La figure 1 décrit un exemple possible des étapes mises en oeuvre par le procédé selon l'invention. Ce dernier est composé notamment d'une suite d'étapes ou de traitement du signal qui permet le calcul en temps réel d'un signal aléatoire avec une enveloppe spectrale prédéterminée et un histogramme des amplitudes proches d'une loi rectangulaire, c'est-à-dire équirépartie.Figure 1 describes a possible example of the steps implemented by the method according to the invention. The latter is notably composed of a sequence of steps or signal processing which allows calculation in real time of a random signal with a predetermined spectral envelope and a histogram of amplitudes close to a rectangular law, i.e. equally distributed.
Le procédé selon l'invention comporte une première étape (a)
dans laquelle un code pseudo-aléatoire est généré, par exemple au moyen
d'un générateur, 1, PRN (abrégé en anglo-saxon de Pseudo-Random Noise).
Le générateur PRN est par exemple construit à partir d'un registre à
décalage rebouclé sur lui-même à l'aide d'un ou de plusieurs OU exclusifs.
Ce type de générateur est décrit dans de nombreux articles ou ouvrages
comme par exemple dans l'ouvrage intitulé « Spread Spectrum
Communications » Volume 1 de Simon, Omura, Scholtz et Levitt.The method according to the invention comprises a first step (a)
in which a pseudo-random code is generated, for example by means
a generator, 1, PRN (abbreviated as Pseudo-Random Noise).
The PRN generator is for example constructed from a register with
offset looped back on itself using one or more exclusive OUs.
This type of generator is described in many articles or books
as for example in the book entitled "Spread Spectrum
Communications »
Le signal pseudo-aléatoire généré est par exemple un bruit blanc.The pseudo-random signal generated is for example white noise.
Le générateur PRN délivre à sa sortie des mots numériques sur m
bits, par exemple, dont les valeurs sont équiréparties dans l'intervalle
d'amplitude [-2 m-1, 2 m-1-1] et dont l'enveloppe spectrale est constante entre
la fréquence 0 et la fréquence FH/2 où FH est la fréquence d'horloge qui
cadence les décalages du registre.The PRN generator delivers digital words on m bits at its output, for example, whose values are equally distributed in the amplitude interval [-2 m-1 , 2 m-1 -1] and whose spectral envelope is constant between
A titre d'exemple, la figure 2 donne le schéma synoptique d'un générateur PRN réalisé à partir d'un registre à décalage, 30, de 28 bits.As an example, Figure 2 gives the block diagram of a PRN generator produced from a shift register, 30, of 28 bits.
Les bits N° 3 et 28 sont combinés par un OU Exclusif, 31, dont la sortie est réinjecté à l'entrée, 32, du registre pour donner un cycle de fonctionnement de longueur maximale égale à 2 28 -1 coups d'horloge. Les 28 bits du registre sont ensuite combinés par des OU Exclusifs, 33, pour donner naissance à un signal aléatoire sur m bits avec m = 13 bits dans l'exemple de la figure 2.Bits Nos. 3 and 28 are combined by an Exclusive OR, 31, the output of which is fed back to the input, 32, of the register to give an operating cycle of maximum length equal to 228 -1 clock strokes. The 28 bits of the register are then combined by Exclusive OUs, 33, to give rise to a random signal on m bits with m = 13 bits in the example of FIG. 2.
La figure 3 représente l'histogramme des amplitudes du générateur PRN de la figure 2, la valeur de l'amplitude en abscisse est comprise entre -4096 et +4095, l'ordonnée correspond au taux d'apparition des différentes amplitudes. Il est à noter que ce taux est sensiblement équiréparti.FIG. 3 represents the histogram of the amplitudes of the PRN generator of figure 2, the value of the amplitude on the abscissa is between -4096 and +4095, the ordinate corresponds to the rate of appearance of different amplitudes. It should be noted that this rate is significantly equally distributed.
La figure 4 représente un diagramme de l'amplitude spectrale, exprimée en dB, en fonction de la fréquence du signal s(t) généré par le PRN. L'enveloppe de ce signal est sensiblement constante entre 0 et FH/2.FIG. 4 represents a diagram of the spectral amplitude, expressed in dB, as a function of the frequency of the signal s (t) generated by the PRN. The envelope of this signal is substantially constant between 0 and F H / 2.
L'une des fonctions des filtres F1 et F2 utilisés dans la présente invention est de creuser le spectre du générateur PRN dans la bande de fréquence où sera situé le signal utile tel que défini précédemment, à savoir le signal utile que l'on souhaite convertir sans distorsion par un CNA ou un CAN.One of the functions of the filters F 1 and F 2 used in the present invention is to widen the spectrum of the PRN generator in the frequency band where the useful signal as defined above will be located, namely the useful signal which is wishes to convert without distortion by a DAC or a CAN.
Chaque filtre participe d'une façon différente, les caractéristiques du premier filtre F1 sont optimisées et choisies pour creuser le signal dans une limite où la non-linéarité ne détruise pas trop l'effet du filtrage et celles du deuxième filtre F2 pour recreuser le spectre du nombre de dB nécessaire en fonction de la dynamique recherchée.Each filter participates in a different way, the characteristics of the first filter F 1 are optimized and chosen to dig the signal into a limit where the non-linearity does not destroy the effect of the filtering too much and those of the second filter F 2 to regroove the spectrum of the number of dB required as a function of the dynamics sought.
Pour cela le gabarit pour chacun des filtres F1 et F2 est déterminé de façon telle que le résidu de bruit restant dans la bande utile soit compatible avec la dynamique recherchée pour le signal utile. Le terme dynamique représente dans ce contexte, le rapport entre le niveau du signal utile et le niveau maximum des signaux parasites dans une bande donnée où se trouvent les signaux utiles. Ainsi en fonction de l'application du générateur dans un système de conversion analogique-numérique ou numérique-analogique, le spectre du signal aléatoire ne doit pas empiéter dans la bande des signaux utiles. Le choix du gabarit de filtre est par exemple fonction de la largeur de spectre du signal aléatoire, de la fréquence d'horloge du CNA ou CAN et de la dynamique recherchée pour le système. For this, the template for each of the filters F 1 and F 2 is determined in such a way that the noise residue remaining in the useful band is compatible with the dynamic range sought for the useful signal. The dynamic term represents in this context, the relationship between the level of the useful signal and the maximum level of the spurious signals in a given band where the useful signals are found. Thus, depending on the application of the generator in an analog-digital or digital-analog conversion system, the spectrum of the random signal must not encroach on the band of useful signals. The choice of the filter mask is for example a function of the spectrum width of the random signal, the clock frequency of the DAC or ADC and the dynamics sought for the system.
De plus, afin d'obtenir un histogramme final proche d'une loi rectangulaire, une fonction de non-linéarité est appliquée entre les deux étapes de filtrage.In addition, in order to obtain a final histogram close to a law rectangular, a non-linearity function is applied between the two filtering steps.
Les étapes (b), (c) et (d) permettant d'obtenir de tels résultats sont par exemple décrites ci-après.Steps (b), (c) and (d) for obtaining such results are for example described below.
Une deuxième étape (b) permet de filtrer la bande du bruit ou de limiter cette bande en creusant un trou dans la portion du spectre où sera placé le signal utile.A second step (b) filters the noise band or limit this band by digging a hole in the portion of the spectrum where will placed the useful signal.
Le filtre F1 est par exemple optimisé pour que ce trou soit limité à une profondeur de l'ordre de 10 à 30 dB par rapport au maximum du spectre du bruit dans une bande au moins égale à celle des signaux utiles et de préférence de 15 à 25 dB. En effet, le passage dans la non-linéarité a notamment pour conséquence de tendre à reboucher ce trou à un niveau situé généralement autour de -25 dBc par rapport au maximum du spectre du bruit.The filter F 1 is for example optimized so that this hole is limited to a depth of the order of 10 to 30 dB relative to the maximum of the noise spectrum in a band at least equal to that of the useful signals and preferably 15 at 25 dB. Indeed, the transition to non-linearity has in particular the consequence of tending to plug this hole at a level generally situated around -25 dBc relative to the maximum of the noise spectrum.
La figure 5 montre un histogramme du signal de bruit après le filtre F1, la valeur de l'amplitude étant donnée en abscisse et le taux d'apparition indiqué en ordonnées. Cet histogramme tend vers une loi gaussienne.FIG. 5 shows a histogram of the noise signal after the filter F 1 , the value of the amplitude being given on the abscissa and the rate of appearance indicated on the ordinates. This histogram tends towards a Gaussian law.
La figure 6 donne le spectre du signal x(t) du bruit en sortie du premier filtre F1. On note sur cet exemple un trou creusé de l'ordre de -20 dBc par rapport au maximum du bruit autour d'une fréquence voisine de 0,15 FH. La valeur de -20 dBc n'est qu'un exemple donnée à titre illustratif. Cette valeur peut varier notamment en fonction de l'application. En fait, les caractéristiques du filtre F1 sont choisies afin que la fonction de non-linéarité ne détruise pas trop l'effet de filtrage comme il a été exposé précédemment.FIG. 6 gives the spectrum of the signal x (t) of the noise at the output of the first filter F 1 . We note in this example a dug hole of the order of -20 dBc relative to the maximum noise around a frequency close to 0.15 F H. The value of -20 dBc is only an example given by way of illustration. This value can vary in particular depending on the application. In fact, the characteristics of the filter F 1 are chosen so that the non-linearity function does not destroy too much the filtering effect as it was exposed previously.
Au cours d'une troisième étape (c), le procédé applique une fonction non-linéaire au signal x(t) issu du premier filtre F1 de façon à créer des remontées (terme connu sous le mot anglais overshoots) sur les bords de l'histogramme du signal obtenu en sortie de F1. On cherche à favoriser les amplitudes extrêmes du signal. During a third step (c), the method applies a non-linear function to the signal x (t) from the first filter F 1 so as to create lifts (term known by the English word overshoots) on the edges of the histogram of the signal obtained at the output of F1. We seek to favor the extreme amplitudes of the signal.
La fonction non linéaire est par exemple constituée de facettes, c'est-à-dire de segments linéaires Di présentant des pentes de valeurs différentes. Le rapport des pentes des différents segments crée les remontées ou overshoots. Le nombre de segments et les valeurs des pentes des différents segments dépendent par exemple de l'histogramme obtenu en sortie du filtre F1, donc de l'application.The non-linear function is for example made up of facets, that is to say linear segments Di having slopes of different values. The ratio of the slopes of the different segments creates the lifts or overshoots. The number of segments and the values of the slopes of the different segments depend for example on the histogram obtained at the output of the filter F 1 , therefore on the application.
La figure 7 illustre un exemple d'une fonction non linéaire comportant 5 facettes, D1, D2, D3, D4 et D5, l'abscisse correspondant à la valeur instantanée du signal x(t) et l'ordonnée à la valeur instantanée du signal y(t) obtenu par application de la fonction non linéaire.FIG. 7 illustrates an example of a non-linear function comprising 5 facets, D 1 , D 2 , D 3 , D 4 and D 5 , the abscissa corresponding to the instantaneous value of the signal x (t) and the ordinate to the instantaneous value of the signal y (t) obtained by application of the non-linear function.
L'histogramme du signal obtenu après application de la fonction non-linéaire est représenté sur la figure 8. L'abscisse correspond à la valeur instantanée de l'amplitude du signal et l'ordonnée à son taux d'apparition.The histogram of the signal obtained after application of the function non-linear is represented on figure 8. The abscissa corresponds to the value the signal amplitude and the ordinate at its rate of appearance.
Par rapport à l'histogramme de la figure 5, l'histogramme présente une forme de type rectangulaire plutôt que gaussienne avec des remontées ou overshoots présents sur les deux bords extrêmes du diagramme, la partie centrale correspondant plus à une forme de type rectangulaire.Compared to the histogram of figure 5, the histogram presents a rectangular rather than Gaussian shape with lifts or overshoots present on the two extreme edges of the diagram, the part central corresponding more to a rectangular type shape.
Le spectre du signal y(t) obtenu après application de la fonction non-linéaire est représenté sur la figure 9. On note que le trou obtenu autour des fréquences 0.25 FH a été « rebouché » à une valeur comprise entre -20 et -25 dBc.The spectrum of the signal y (t) obtained after application of the function non-linear is represented on figure 9. We note that the hole obtained around 0.25 FH has been "plugged in" at a value between -20 and -25 dBc.
Toute fonction non-linéaire permettant d'effectuer le passage d'une probabilité gaussienne à une loi rectangulaire avec remontées ou overshoots peut être utilisée pour effectuer la troisième étape du procédé.Any non-linear function allowing the passage to be effected from a Gaussian probability to a rectangular law with lifts or overshoots can be used to perform the third step of the process.
Une quatrième étape (d) consiste à filtrer le signal y(t) de manière à réaliser la partie de filtrage qui n'a pas pu être mise en oeuvre dans F1 compte tenu par exemple des contraintes imposées par la non-linéarité.A fourth step (d) consists in filtering the signal y (t) so as to carry out the filtering part which could not be implemented in F 1 taking into account for example the constraints imposed by the non-linearity.
En effet, afin d'optimiser les rôles de chacun des filtres et en tenant compte des phénomènes résultant de l'application de la non-linéarité, les caractéristiques du filtre F2 sont choisies notamment pour recreuser le spectre du nombre de dB nécessaire, en fonction de la dynamique recherchée et en fonction de l'effet de rebouchage résultant de l'étape ( c) (application de la fonction non-linéaire).Indeed, in order to optimize the roles of each of the filters and taking into account the phenomena resulting from the application of non-linearity, the characteristics of the filter F 2 are chosen in particular to regroove the spectrum by the number of dB necessary, in as a function of the dynamics sought and as a function of the filling effect resulting from step (c) (application of the non-linear function).
De plus, cette étape permet de lisser les remontées ou overshoots de l'histogramme.In addition, this step smooths out the lifts or overshoots. of the histogram.
La partie spectrale supprimée par le filtre F2 représente une partie relativement faible de la puissance globale du bruit avant F2. Ainsi le passage dans le filtre F2 effectue principalement un lissage de l'histogramme obtenu précédemment à l'étape (c). Le fait que la partie supprimée représente une partie faible en puissance est du à l'action de F1 qui a éliminé une grande partie de la puissance de bruit dans la bande de signal utile, même si il n'a creusé le spectre par exemple qu'à -20 dB et que la non-linéarité n'a pas trop dégradé cette valeur.The spectral part removed by the filter F 2 represents a relatively small part of the overall power of the noise before F 2 . Thus the passage through the filter F 2 mainly performs a smoothing of the histogram obtained previously in step (c). The fact that the suppressed part represents a weak part in power is due to the action of F 1 which eliminated a large part of the noise power in the useful signal band, even if it did not widen the spectrum for example that at -20 dB and that the non-linearity has not degraded this value too much.
La figure 10 représente l'histogramme du bruit après le filtre F2. On constate que cet histogramme est proche d'une loi rectangulaire.FIG. 10 represents the histogram of the noise after the filter F 2 . We see that this histogram is close to a rectangular law.
La figure 11 montre dans un diagramme fréquence-amplitude spectrale exprimée en dB, le spectre de bruit obtenu après le filtre F2 et une courbe donnant la réponse théorique de la cascade des deux filtres lorsque l'on n'applique pas la fonction de non-linéarité. L'écart entre ces deux courbes est la contribution de la fonction non-linéaire.FIG. 11 shows in a frequency-amplitude spectral diagram expressed in dB, the noise spectrum obtained after the filter F 2 and a curve giving the theoretical response of the cascade of the two filters when the function of no is not applied -linéarité. The difference between these two curves is the contribution of the non-linear function.
Les filtres F1 et F2 utilisés pour mettre en oeuvre l'invention sont de préférence des filtres à coefficients en puissance de 2 qui ne nécessitent pas de multiplications.The filters F 1 and F 2 used to implement the invention are preferably filters with power coefficients of 2 which do not require multiplication.
Sans sortir du cadre de l'invention, tout filtre permettant de réaliser les gabarits de filtrage F1 et F2 désirés peuvent être utilisés dans le cadre de l'invention.Without departing from the scope of the invention, any filter enabling the desired filtering templates F 1 and F 2 to be produced can be used within the scope of the invention.
Le filtre F1, correspondant par exemple à la courbe obtenue à la
figure 5 a une fonction de transfert H1(z) exprimée par la relation suivante
Le filtre F2 à pour réponse :
Remarquons qu'en changeant les signes négatifs - des coefficients de H1 et de H2 en des signes positifs +, le bruit est alors spectralement situé autour de zéro avec un trou autour de FH/2. Il est également possible d'obtenir un trou autour de FH/4 en faisant travailler les quatre blocs du synoptique à une horloge égale à FH/2 et en suréchantillonnant le signal avec une horloge à FH.Note that by changing the negative signs - coefficients of H 1 and H 2 into positive signs +, the noise is then spectrally located around zero with a hole around F H / 2. It is also possible to obtain a hole around F H / 4 by making the four blocks of the synoptic work at a clock equal to F H / 2 and by oversampling the signal with a clock at F H.
Sans sortir du cadre de l'invention, des trous pour d'autres fréquences du spectre peuvent être générés en utilisant d'autres fonctions de transfert que celles mentionnées ci-dessus.Without departing from the scope of the invention, holes for others spectrum frequencies can be generated using other functions of transfer than those mentioned above.
La réalisation des filtres sera de préférence réalisée dans un circuit numérique de type FPGA ( Field Programmable Gate Array ) ou EPLD ou ASIC. Tout circuit numérique comportant les éléments connus de l'Homme du métier permettant de réaliser des filtres peut aussi être utilisé. Les filtres sont donc des filtres de type numérique.The filters will preferably be produced in a FPGA (Field Programmable Gate Array) or EPLD type digital circuit or ASIC. Any digital circuit comprising the known elements of Those skilled in the art for making filters can also be used. The filters are therefore filters of the digital type.
Sans sortir du cadre de l'invention tout filtre adapté pour obtenir le gabarit de filtrage souhaité et tout dispositif de génération de codes pseudo aléatoires ou de bruits peuvent être utilisés dans la présente invention.Without departing from the scope of the invention, any filter suitable for obtaining the desired filtering template and any pseudo code generation device Random or noises can be used in the present invention.
La figure 12 illustre l'application du procédé selon l'invention à un
système de conversion numérique-analogique, contenu par exemple dans un
synthétiseur numérique. Dans cette application, un signal utile x(t),
numérique, doit être converti en grandeur analogique avec la meilleure
linéarité possible, c'est-à-dire en fait avec le moins de signaux parasites
possibles. Ce signal utile x(t) est donc additionné à un signal aléatoire s(t)
obtenu selon le procédé selon l'invention par des moyens de génération 20
adaptés. Les deux signaux x(t) et s(t) sont combinés par un additionneur 21.
Ces deux signaux sont numériques. Dans un mode de réalisation préférentiel
du système de conversion, le signal aléatoire s(t) possède une amplitude
voisine ou supérieure à celle du signal x(t) et un histogramme et une
enveloppe spectrale obtenus selon les étapes mises en oeuvre dans le
procédé. Des moyens de troncature 22 peuvent éventuellement être utilisés
avant le passage dans le convertisseur 23. FIG. 12 illustrates the application of the method according to the invention to a
digital-analog conversion system, contained for example in a
digital synthesizer. In this application, a useful signal x (t),
digital, must be converted to analog quantity with the best
possible linearity, i.e. in fact with the least amount of spurious signals
possible. This useful signal x (t) is therefore added to a random signal s (t)
obtained according to the method according to the invention by generation means 20
adapted. The two signals x (t) and s (t) are combined by an
La figure 13 présente un exemple d'application du procédé selon
l'invention pour un système de conversion analogique-numérique. Dans ce
cas, le signal utile x(t) et le signal aléatoire s(t) sont des signaux analogiques.
Ces deux signaux sont additionnés par un additionneur analogique 30. Le
signal somme x(t)+s(t) est présent à l'entrée d'un convertisseur analogique-numérique
31 dont la sortie est par exemple codée sur N bits. Le signal
aléatoire présente des caractéristiques sensiblement identiques à celles du
signal décrit à la figure 12. Il peut aussi être généré par des moyens
sensiblement identiques à ceux décrits à la figure 12, puis être converti par
un CNA de manière à obtenir un signal analogique avant de l'additionner.FIG. 13 shows an example of application of the method according to
the invention for an analog-digital conversion system. In this
case, the useful signal x (t) and the random signal s (t) are analog signals.
These two signals are added by an
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