CA2510697A1

CA2510697A1 - Modulation d'un signal numerique dans une bande de frequences affectee par le fading

Info

Publication number: CA2510697A1
Application number: CA002510697A
Authority: CA
Inventors: Bruno Le Breton; Pierre Vasseur; Patrick Bureau
Original assignee: Individual
Current assignee: PL TECHNOLOGIES AG
Priority date: 2002-12-17
Filing date: 2003-12-15
Publication date: 2004-07-01
Anticipated expiration: 2023-12-15
Also published as: EP1573996B1; FR2848751A1; US7697616B2; WO2004056059A1; FR2848751B1; US20060133520A1; CA2510697C; EP1573996A1

Abstract

La diffusion sur la bande FM présente un inconvénient majeur pour la transmission numérique en raison d'un problème de propagation appelé évanouissement (fading en anglais) spatial ou évanouissement plat. L'inventi on propose un procédé de modulation d'un signal numérique de largeur L en fréquence sur une bande de fréquences utile donnée caractérisé comportant le s étapes suivantes Une séparation du signal numérique en N bloc bn (1 <= n >= N), Un découpage de la bande de fréquences utile donnée en N parties Pn contiguës, Une définition de canaux Cn, de largeur ln en fréquence, compris dans une partie Pn associée, les canaux Cn étant séparés, Une répartition de chaque bloc de signaux numériques bn sur le canal Cn associé.

Description

MODULATION D'UN SIGNAL NUMERIQUE DANS UNE
BANDE DE FREQUENCES AFFECTEE PAR LE FADING
L'invention concerne la modulation de signaux numériques sur une bande de fréquences utile donnée, notamment la bande FM, et la démodulation associée.
Les deux dernières décennies ont vu (apparition de moyens de stockage audio d'excellente qualité. Cette qualité sonore a été obtenue, notamment, en stockant non plus le signal analogique mais sa version numérique. Ainsi, fes disques compact numériques ont écrasés la radiodiffusion existante en terme de qualité du son reproduit. Cette différence de qualité sonore est si importante qu'elle a entraïné une modification du marché : les auditeurs préférant écouter des disques compacts audio à la radio.
Plusieurs normes de diffusion numériques ont alors été mise au point afin d'améliorer la qualité sonore du signal diffusé : DAB, DRM... La 2o diffusion DAB (Digital Audio Broadcasting) mise au point pour remplacer à
terme la la diffusion en FM office l'avantage d'une grande robustesse au phénomène de multi-trajetset est particulièrement bien adaptée à la réception en mobile. Mais, elle présente plusieurs inconvénients majeurs, le coût de déploiement en particulier pour un rëseau à large couverture 25 géographique, la nécessité de créer un bouquet de programmes ou de s'associer avec d'autres radio diffuseurs et enfin un coût relativement élevé des récepteurs.
La bande FM analogique étant saturée, la première idée pour 3o augmenter la capacité de couverture locale fut d'utiliser en mode numérique DRM des émetteurs de faible puissance soit en onde moyenne soit dans le haut de la bande onde courtes (26 MHz) peu sollicitée par les radio diffuseurs internationaux.. Pour cela, la bande AM de moins en moins écoutée en raison de la qualité médiocre du son reproduit devait 35 ëtre revalorisée. La solution proposée par la radiodiffusion DRM est la

2 transmission du signal sous forme numérique dans la bande AM. La qualité sonore de la réception d'un système de diffusion numérique utilisant la bande AM selon la norme DRM en est considérablement améliorée : qualité sonore proche de celle de la difFusion FM analogique voire supérieure dans des conditions de réception soumises à des multi trajets avec des possibilité de services de données assocïés ou non au programme audio..
Comme tous les opérateurs de diffusion le savent, les ressources allouées à la radiodiffusion sont limitées. La bande AM, même utilisé en numérique, viendra vite à saturation. De plus, si l'utilisation de ces bandes AM pour de la couverture locale se revèle très efficace de jour, il est très difficile d'éliminer tout risque de propagation ionosphërique pouvant créer des interférences indésirables sur d'autres zones de couverture même ~5 très lointaine. II serait donc intéressant de profiter des techniques de diffusion existantes en bande AM et de les transposer en bande FM.
Malheureusement, la bande FM présente un inconvénient majeur pour la transmission numérique. If s'agit d'un environnement sévère sujet 2o aux multi trajets. Donc, le problème principal de la bande FM est un problème de propagation appelé évanouissement (fading en anglais) spatïal ou évanouissement plat. Cet évanouissement du signal est lié à
un phénomène d'interférences locales et dépend de l'endroit où se trouve le récepteur et de la fréquence.
La présente invention permet de palier ces inconvénients en utilisant le principe que l'évanouissement est différent suivant la fréquence utilisé. Le signal numérique est divisé en plusieurs blocs, chacun étant transmis sur la bande dans un canal séparé des canaux de transmission 3o des autres blocs. Ainsi, lorsque le signal s'évanouit sur une fréquence, seul un bloc est affecté : il n'y a pas de perte brutale de l'information.
L'invention a pour objet un procédé de modulation d'un signal numérique de largeur L en fréquence sur une bande de fréquences utile donnée comportant !es étapes suivantes

3 - Une séparation du signal numérique en N bloc b" (1 <_ n <- M, - Un découpage de la bande de fréquences utile donnée en N parties P"
contiguës, - Une définition de canaux C", de largeur !" en fréquence, compris dans une partie P" associée, - Une répartition de chaque bloc de signaux numériques b" sur le canal Cn aSSOCié.
Ce procédé de modulation peut définir les canaux C" en tenant compte d'une distance minimale prédéterminée entre ces canaux. Cette distance minimale entre les canaux peut être déterminée en fonction du nombre N de canaux, de leur largeur I" de telle sorte qu'une minorité de canaux soient afFectée par ie phénomène de fading plat.
Un autre objet de l'invention est le modulateur de signaux ~5 numériques sur une bande de fréquences utile donnée mettant en oeuvre ce procédé de modulation et comportant - des moyens de séparation du signal numérique en N bloc b"
(1 _<- n < M
- des moyens de découpage de la bande de fréquences utile donnée en 2o N parties P" contiguës, - des moyens de dëfinition de canaux C", de largeur I" en fréquence, compris dans une partie P" associée, - des moyens de rëpartition de chaque bloc de signaux numériques b"
sur le canal C" associé.
En outre, (invention propose un démodulateur de signaux numériques transmïs sur une bande de fréquences utile donnée par un émetteur comportant un modulateur tel que décrit ci-dessus. Le démodulateur comporte:
- des moyens de balayage des N canaux C" permettant de lire les N
blocs b" de signaux répartis sur ces canaux, - des moyens de recombinaison des N blocs lus bn dans les N canaux C" en un signal numérique s"[m] .

4 De plus, l'invention a pour objet un émetteur de signaux numériques sur une bande de fréquences utile donnée comportant au moins une chaîne d'émission comportant un modulateur tel que celui décrit ci-dessus. La chaîne d'émission comporte un codeur correcteur s d'erreurs transmettant au modulateur le signal numérique codé.
Selon l'invention, il est aussi proposé un récepteur de signaux numériques transmis sur une bande de fréquences utile donnée par cet émetteur. Le récepteur comporte un démodulateur tel que celui décrit ci-dessus et un décodeur associé au codeur correcteur d'erreurs de l'émetteur recevant le signal numérique recombiné s[m] par le démodulateur.
Dans une variante de l'invention est proposé (utilisation de l'émetteur et du récepteur décrits ci-dessus pour la transmission de ~5 signaux numériques dans la bande FM.
Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description, faite à titre d'exemple, et des 2o figures s'y rapportant qui représentent - Figure 1, une représentation fréquentiefle générale de l'utilisation de la bande de fréquences utile donnée lors de l'émission d'un signal numérique selon l'invention, - Figure 2, une représentation fréquentielle d'un exemple 25 d'utilisation de la bande FM lors de l'émission d'un signal numérique sur deux canaux distincts selon l'invention, - Figure 3, une représentation fréquentielle générale de l'utilisation de la bande de fréquence utile donnée lors de l'émission de plusieurs signaux numériques selon l'invention, 30 - Figure 4, un schéma simplifié d'un modulateur de signaux numériques sur une bande de fréquences utile donnée selon l'invention, - Figure 5, un schéma simplifié d'un démodulateur de signaux numériques transmis sur une bande de fréquences utile donnée selon 35 l'invention, - Figure 6, un schéma simplifié d'un émetteur de signaux numériques sur une bande de fréquences utile donnée comportant plusieurs chaine d'émission selon l'invention, - Figure 7, un schéma simplifié d'un récepteur de signaux s numëriques transmis sur une bande de fréquences utile donnée selon l'invention . ' La figure 1 représente l'utilisation de la bande de fréquences utile donnée 8" par le signal numérique lors de son émission. Le procédé de 1o modulation selon l'invention divise le signal numérique s(mj en N blocs b~
à bN. Le signal numérique s(m) ayant une largeur en fréquence égale à L, chacun des N blocs {b"}t~ s" sN~ a une largeur en fréquence respective I"
telle que leur somme soit égale à celle du signal s[mj : ~ln = L . La bande n=1 de fréquences utile donnée est quant à elle divisée en N partie P". Dans, ~5 chacune de ces parties P" est définie un canal C" de largeur I" dans lequel sera répartie le signal du bloc b" associé.
Les largeurs I" des canaux C" peuvent ëtre tous différents ( l, ~ l2 ~ - ~ ~ ~ l~, ), égaux ( l, = l2 = ~ . ~ = ZN ) ou encore certains peuvent ëtre 2o égaux et d'autres différents ( l~. = lg = ~ ~ - = Ih , ...It = l~ _ . = lk et h ~ lb ~ ... ~ h I~I~...~I9, 1 <_ a, ~, c, f, g, h, I, !, k _< M. Si les N
canaux C"
sont de largeurs identiques, leur largueur est égale à un N ième de la largueur du signal numérique L : I"= L l N, b' 1 5 n _< N.
25 Lors de la définition des canaux C ", ceux-ci sont séparés. Cette séparation est égale à une distance minimale prédéterminée. La distance minimale entre les canaux C, et C,+~ peut âtre différente de celle prédéterminée entre les canaux C~ et C~+~. La distance minimale peut ëtre déterminée en fonction du nombre N de canaux {C"}, de leur largeur I", et 3o de la largeur moyenne de bande de fréquences affectée par le phénomène de fading plat. Cette distance minimale permet qu'un nombre prédéterminé maximum de blocs {b") soit affecté par le phénomène d'évanouissement plat (« fading » plat selon la terminologie anglo-saxonne). Ainsi, la perte d'information n'est pas brutale. Ce nombre maximum peut étre déterminé tel qu'une minorité de canaux C~/blocs b"
soit affectée.
Ce procédé de modulation peut donc être utilisé pour la transmission sur toutes bandes de fréquences susceptibles d'être affectées par le phénomène de fading plat, en particulier la bande FM.
La figure 2 représente (utilisation de la bande FM B" par le signal numérique lors de son émission. Dans le cas illustré par la figure 2, la modulation proposée est une version simplifiée du procédé de modulation selon l'invention. En effet, le procédé de modulation divise le signal numérique s[mj en deux blocs b~ et b~. Le signal numérique s[mj ayant une largeur en fréquence égale à L, chacun des deux blocs b~ et b2 a une largeur en fréquence respective h et 12 telle que leur somme soit égale à
~5 celle du signal s[mJ : 1, +12 = L . Dans 1e cas de la figure 2, les largeurs des deux blocs b~ et 62 sont égales h = l2 = I = L / 2. La bande FM est quant à
elle divisée en deux parties P7 et P2. Dans, chacune de ces parties P9 et P2 est définie un canal C~, respectivement C2, de largeur L dans lequel sera répartie le signal du bloc b~, respectivement b2, associé. Afin de 2o transposer la norme DRM â la bande FM, les blocs br et b2 pourront étre de I = 20 kHz de largeur.
La bande de fréquences, quelle que soit son utilisation peut étre occupée par plusieurs signaux numériques provenant d'un ou plusieurs 25 opérateurs. Par exemple, plusieurs opérateurs se partage la bande FM
pour diffuser des émissions radiophoniques.
La figure 3 illustre ce partage de la bande FM par plusieurs signaux numériques. Chacun des Q signaux {sq(m)ft~ s g s al est divisé en deux 3o blocs b; et b2 . Comme sur la figure 2, la bande FM est découpée en deux parties P~ et P2. Dans, chacune de ces parties P~ et P2 sont définis Q
canaux C; , respectivement CZ , de largeur ~. Dans chaque canal Cn est réparti le signal du bloc bn associé. Lorsqu'une ou plusieurs distances minimales sont déterminées pour les canaux {Cn}, sur lesquels sont répartis les blocs bn d'un signal s'(m], elles sont identiques pour les canaux (Cn 3, sur lesquels sont répartis les blocs bn de tous les signaux sq(m].
s Le nombre de parties P " n'est pas limité à deux, mais peut dépendre de la largeur moyenne de bande de fréquences affectée par le fading plat. Par exemple, la bande de fréquences utile donnée peut être divisé en partie ayant une largeur égale à la largeur moyenne de bande de fréquences affectée par le fading plat.
La largeur des canaux Cn n'est pas nécessairement identique dans toutes les parties P". Mais, la largeur de tous les canaux Cn d'une partie P, donnée est identique ( 1~ =I; =...=lQ ).
La figure 4 propose un schéma bloc simplifié du modulateur selon l'invention. Le modulateur 30 reçoit un signal numérique sjmj à l'entrée de ses moyens de séparation 31 du signal numérique en N blocs b ". Le modulateur 30 reçoit les caractéristiques de la bande de fréquence utile donnée B" dans laquelle le signal s[mJ doit être émis. La connaissance 2o par ces caractéristiques de la bande de fréquence utile donnée B" permet aux moyens de découpage 32 de diviser la bande B" en N parties P". Les caractéristiques des N parties P" sont transmises par les moyens de découpage 32 aux moyens de définition 33. Les moyens de définition 33 détermine le canal C" de largueur I" correspondant à chacune des N
parties P". A chaque canal C" correspond un bloc b" de même largeur I".
Ainsi, les N blocs de signaux b" en sortie des moyens de séparation et les caractéristiques des N canaux C" en sortie des moyens de définition 33 sont transmis à l'entrée des moyens de répartition 34. Les moyens de répartition 34 affectent chaque bloc b" au canal C" associé permettant 3o d'obtenir une répartition du signal sur la bande de fréquence utile donnée B" tel que représenté par la figure 1.
La figure 5 propose une représentation sous la forme d'un schéma blocs simplifié d'un démodulateur 80 de signaux numériques transmis sur une bande de fréquences utile donnée par un émetteur comportant un modulateur tel que celui illustré par la figure 4. Le signal reçu rjmj est de la forme de celui représenté par la figure 1. Ce signal reçu rjm) est transmis à des moyens de balayage 81 des N canaux C". Les moyens de balayage 81 extraient de chacun de ces N canaux C" le bloc bn reçu correspondant au bloc b ~ émis. Les N blocs bn lus sont transmis aux moyens de recombinaison 82. Ces moyens de recombinaison 82 reconstitue à partir des N blocs bn lus dans les N canaux C" un signal numérique s[m] correspondant au signal sjmJ émis sous la forme des N blocs b".
La figure 6 illustre un émetteur selon l'invention. L'émetteur proposé
comporte Q chaïnes d'émission, une par signal à émettre dans la bande de fréquences utile donnée. Chaque chaïne reçoit les données à émettre dQ[m]. Ces données dq[rn]peuvent, par exemple, être codées par un code correcteur d'erreurs 10q . Les données codées cQ[m] peuvent être mélangées, notamment, à l'aide d'un entrelaceur 20q. Le signal sq[m] est obtenu en sortie de tous les pré-traitements de la chaine d'émission, tels que le codage correcteur d'erreur, (entrelacement..., est alors traité par le modulateur 30q selon l'invention.
Si l'émetteur (telle que celui illustré par la figure 6) comporte, plusieurs chaïne d'émission, les blocs bn de chacune des Q chaïnes d'émission peut être transmis à un multiplexeur 40 relié à une antenne 50.
Lorsque la bande de fréquences utile données est divisée en deux parties, la répartition des signaux émis par l'antenne 50 peut être représentée telle que sur la figure 3.
Si l'émetteur ne comporte qu'une chaîne d'émission, le modulateur peut être relié directement à l'antenne 50. La répartition des signaux 3o par les différents émetteurs sur la bande de fréquence utile donnée peut être effectuée en allouant aux émetteurs utilisant cette bande : le nombre N de parties, la ou les distances minimales entre les canaux et une fréquence à partir desquels l'émetteur sera capable de définir grâce aux moyens de définition 33 du modulateur 30 les canaux sur lesquels ils peut émettre sans interFérer avec les autres émetteurs partageant cette bande.
La figure 7 illustre un récepteur selon l'invention. Ce récepteur de signaux numériques est adapté à la réception de signaux numériques transmis sur une bande de fréquences utile donnée par un émetteur tel que celui de la figure 6.
L'antenne 60 transmet les signaux reçus sur la bande de fréquence utile donnée à des moyens de sélection 70. Ces moyens de sélectïon transmettent au démodulateur 80 le signal reçu r[m] et les caractéristiques des canaux C~ comportant les blocs bn du signal sq[m) que le récepteur doit reproduire. Le démodulateur 80 recombine ainsi les blocs bn lus dans les N canaux Cn en un signal sq[m] correspondant au signal s°[m] émis, ~5 Si l'émetteur comporte un entrelaceur 20, le récepteur comportera un désentrelaceur 90 associé afin de remettre en ordre le signal démodulé
sq[m] . Le signal désentrelacé cq[m] est transmis à un décodeur 100 lorsque l'émetteur comporte aussi un codeur de canal 10. Le décodeur 100 est associé au codeur de canal 20. En sortie du décodeur 100, le 2o récepteur fournit les données dQ[m] correspondant aux données émises d q[m] .
Le récepteur peut aussi âtre envisagé avec un décodeur 100 et sans désentrelaceur 90, lorsque l'émetteur comporte un codeur 10 mais 25 pas d'entrelaceur 20. La sortie du démodulateur 80 est alors relié
directement à l'entrëe du décodeur 100.
L'ensemble des dïspositifs décrits par les figure 4 à 7 peuvent âtre utilisé pour la transmission numërique dans la bande FM , notamment 3o pour la radiodifFusion. La qualité sonore ainsi obtenue avoisine celle des moyens de stockages audio numériques telle que celle du disque compact. En outre, fa bande FM à l'avantage de permettre la difFusion de programme focaux : programmes musicaux régionaux, retransmission focale de concerts.,.

Claims

1. Procédé de modulation d'un signal numérique de largeur L en fréquence sur une bande de fréquences utile donnée caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes:
- Une séparation du signal numérique en N bloc b n (1 <= n <= N), - Un découpage de la bande de fréquences utile donnée en N parties P n contiguës, - Une définition de canaux C n, de largeur I n en fréquence, compris dans une partie P n associée, les canaux C n étant séparés, - Une répartition de chaque bloc de signaux numériques b n sur le canal C n associé.

2. Procédé de modulation selon la revendication précédente caractérisé
en ce que les canaux C n sont définis en tenant compte d'une distance minimale prédéterminée entre les canaux.

3. Procédé de modulation selon la revendication précédente caractérisée en ce qu'il comporte une étape de détermination de la distance minimale entre les canaux, la distance minimale étant déterminée en fonction du nombre N de canaux, de leur largeur I n, et de la largeur moyenne de bande de fréquences affectée par le phénomène de fading plat.

4. Procédé de modulation selon la revendication précédente caractérisé
en ce que la distance minimale est déterminée de telle sorte qu'une minorité de canaux C n soient affectée par le phénomène de fading plat.

5. Procédé de modulation selon l'une quelconques des revendications précédentes caractérisé en ce que les canaux C n sont de largeurs identiques et égales à un Nième de la largueur du signal numérique L:
I n=LIN, ~1<= n<=N.

6. Procédé de modulation numérique selon l'une quelconques des revendications précédentes caractérisé en ce que:
- Le signal numérique est séparé en N = 2 blocs b n, - La bande de fréquences utile donnée est découpée en N = 2 parties P n, - Le premier bloc b1 est répartie sur un canal C1 de largueur L I 2 compris dans la première partie P1 de la bande de fréquences utile donnée et le deuxième bloc b1 est répartie sur un canal C2 de largueur L / 2 compris dans la deuxième partie P2 de la bande de fréquences utile donnée.

7. Procédé de modulation selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la bande de fréquences utile donnée est la bande FM.

8. Modulateur de signaux numériques sur une bande de fréquences utile donnée mettant en oeuvre le procédé de l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce qu'il comporte :
- des moyens de séparation (31) du signal numérique en N bloc b n (1 <= n <= N), - des moyens de découpage (32) de la bande de fréquences utile donnée en N parties P n contiguës, - des moyens de définition (33) de canaux C n, de largeur I n en fréquence, compris dans une partie P n associée, - des moyens de répartition (34) de chaque bloc de signaux numériques b n sur le canal C n associé.

9. Démodulateur de signaux numériques transmis sur une bande de fréquences utile donnée par un émetteur comportant un modulateur selon la revendication 8 caractérisé en ce qu'il comporte :
- des moyens de balayage (81) des N canaux C n permettant de lire les N
blocs b n de signaux répartis sur ces canaux, - des moyens de recombinaison (82) des N blocs lus ~n dans les N
canaux C n en un signal numérique ~[m].

10. Émetteur de signaux numériques sur une bande de fréquences utile donnée comportant au moins une chaîne d'émission comportant un modulateur selon la revendication 8 caractérisé en ce que la chaîne d'émission comporte un codeur correcteur d'erreurs (10) transmettant au modulateur (30) le signal numérique codé c q[m].

11. Émetteur selon la revendication précédente caractérisé en ce que la chaîne d'émission comporte un entrelaceur (20) placé entre le codeur correcteur d'erreurs (10) et le modulateur (30).

12 12. Emetteur selon l'une quelconque des revendications 10 ou 11 caractérisé en ce que à chacune des Q chaînes d'émission est associée un ensemble de canaux {C~} distinct.

13. Récepteur de signaux numériques transmis sur une bande de fréquences utile donnée par un émetteur selon la revendication 10 comportant un démodulateur selon la revendication 9 en ce qu'il comporte un décodeur (100) associé au codeur correcteur d'erreurs (10) de l'émetteur recevant le signal numérique recombiné ~[m] par le démodulateur (80).

14. Récepteur de signaux numériques transmis sur une bande de fréquences utile donnée par un émetteur la revendication 11 comportant un démodulateur selon la revendication 9 en ce qu'il comporte :

- un désentrelaceur (90) associé à l'entrelaceur (20) de l'émetteur recevant le signal numérique recombiné ~[m] par le démodulateur (80), - un décodeur (100) associé au codeur correcteur d'erreurs (10) de l'émetteur recevant le signal numérique recombiné désentrelacé ~[m] par le désentrelaceur (90).

15. Utilisation de l'émetteur selon l'une quelconques des revendications à 12 et du récepteur selon l'une quelconque des revendications 13 ou 14 pour la transmission de signaux numériques dans la bande FM.