FR2482392A1 - Dispositif de demodulation de signaux numeriques differentiel et pseudo-coherent, et recepteur comportant un tel dispositif - Google Patents

Abstract

L'INVENTION SE RAPPORTE A LA DEMODULATION DE SIGNAUX NUMERIQUES TRANSMIS SUR UNE PORTEUSE MODULEE PAR DEPLACEMENTS DE PHASE A DEUX ETATS. L'INVENTION A POUR OBJET UN DISPOSITIF DE DEMODULATION DIFFERENTIEL ET PSEUDO-COHERENT AYANT UNE ENTREE DE PORTEUSE MODULEE RELIEE A UN FILTRE PASSE-BANDE 10. UN GENERATEUR 20 DE SIGNAL A LA FREQUENCE DE LA PORTEUSE EST RELIE A L'ENTREE D'UN COUPLEUR 21, DELIVRANT DEUX COMPOSANTES EN QUADRATURE DE CETTE PORTEUSE, TRANSMISES AUX PREMIERES ENTREES DE DEUX MELANGEURS LINEAIRES 30 ET 40 RECEVANT SUR LEURS DEUXIEMES ENTREES LE SIGNAL DE SORTIE DU FILTRE PASSE-BANDE 10. DES FILTRES PASSE-BAS 31 ET 41 RELIES AUX MELANGEURS TRANSMETTENT LA BANDE DE BASE DES SIGNAUX ISSUS DES MELANGEURS A DES CIRCUITS A RETARD 32 ET 42. LES SORTIES DES FILTRES 31 ET 41 ET DES CIRCUITS A RETARD 32 ET 42 SONT RELIEES AUX ENTREES D'UN CIRCUIT DE TRAITEMENT 100 DELIVRANT LE SIGNAL DE MODULATION. APPLICATION, NOTAMMENT, A LA DEMODULATION DE SIGNAUX NUMERIQUES TRANSMIS PAR PAQUETS.

Description

L'invention concerne un dispositif de démodulation de signaux numériques transmis sur une porteuse modulée par déplacements de phase à deux états, à la fois différentiel et pseudo-cohérent, et concerne également un récepteur comportant un tel dispositif.

Dans le domaine de la démodulation d'ondes modulées par déplacements de phrase, deux types de démodulation sont actuellement utilisés. Le premier type est la démodulation cohérente, mise en oeuvre dans un dispositif de démodulation qui comporte un oscillateur local synchrone de l'oscillateur utilisé à l'émission, délivrant un signal de référence de phase; le dispositif comporte aussi un multiplicateur du signal incident avec cette référence de phase. Le synchronisme de l'oscilla- teur local du récepteur avec celui de l'émetteur est obtenu en régénérant à partir du signal reçu, la porteuse.

Les systèmes de régénération de porteuse sont en générai assez compliqués et- conduisent a' des dispositifs de démodulation qui ne sont pas tres rapides. L'autre type de démodulation est la démodulation différentielle qui est mise en oeuvre dans un dispositif de démodulation comportant principalement un circuit à retard et un multiplicateur du signal incident et du signal retardé qui sert de référence de phase, le retard étant égal à la durée T d'un élément binaire. Dans ce cas le signal est codé à l'émission par transitions. Un discriminateur de phase fournit alors la différence de phase entre le signal reçu a' l'instant t et celui reçu à l'instant t-T.La démodulation différentielle conduits en général à des dispositifs assez simples dont le princi pal avantage est l'absence de récupération de porteuse, ce qui permet une acquisition plus rapide des signaux numériques, particulièrement adaptée à la démodulation de signaux transmis par paquets. Cependant ces dispositifs imposent un filtrage passe-bande à bande étroite autour de la fréquence intermédiaire correspondant au canal reçu à l'entrée du dispositif et un filtrage passe-bas à la sortie du discriminateur.Le filtre passebande à bande étroite est difficile à réaliser aux fré- quences élevées pour l'adaptation et la correction en phase De plus, Si le dispositif de démodulation doit fonctionner sur plusieurs canaux de transmission, il est nécessaire de prévoir plusieurs filtres de bande et de sélectionner celui qui a la fréquence d'accord correspondant à la fréquence porteuse ou de prévoir un filtre agile en fréquence. De plus la durée de retard introduite par le circuit à retard doit également être ajustée.

Un tel dispositif de démodulation n'est donc pas bien adapté à la réception de signaux numériques transmis par paquets lorsque le récepteur reçoit dc différentes stations des paquets successifs transmis sur des porteuses différentes comme cela peut être le cas par exemple dans un système de réception en multiplexage temporel dans le cadre des transmissions par satellite en mode paquets où se posent les problèmes de sauts de fréquence et donc de temps d'acquisition.

L'invention a pour objet un dispositif de démodulation, adapté notamment à la réception de signaux numériques transmis par paquets provenant de stations différentes et transmis sur des porteuses à fréquences différentes, les paquets étant multiplexés dans le temps
Ce dispositif ne présente pas les inconvénients des dis positifs de démodulation utilisés actuellement qui lorsqu'ils fonctionnent selon le mode cohérent sont trop lents pour les problèmes de transmission par paquets, la synchronisation devant être réeffectuée au début de chaque paquet transmis à une fréquence différente du précédent, et qui, lorsqu'ils fonctionnent selon le mode différentiel, nécessitent des filtres "agiles en fréquence difficiles à réaliser.

Selon l'invention un dispositif de démodulation de signaux numériques, différentiel et pseudo-cohérent, pour la démodulation d'une onde porteuse modulée par déplacements de phase à deux états selon un signal binaire modulant, ayant une entrée de signal destinée à recevoir la porteuse modulée à fréquence intermédiaire, est principalement caractérisé en ce qu'il comporte un générateur d'un signal de référence à la fréquence de la porteuse modulée, un coupleur relié à la sortie de ce générateur dont les sorties délivrent deux composantes en quadrature de ce signal de référence, deux mélangeurs linéaires dont les premières entrées sont couplées respectivement aux deux sorties du coupleur et dont les deuxièmes entrées sont couplées à l'entrée de signal, deux filtres passe-bas dont les entr-ées sont respectivement couplées aux-sorties des mélangeurs, un premier et un second circuit à retard respectivement reliés aux sorties des filtres passe-bas pour retarder les signaux présents à leurs entrées de la période T du signal binaire modulant, et un circuit de traitement ayant deux entrées reliées aux entrées des cir cuits à retard et deux entrées reliées aux sorties des circuits à retard, les signaux présents sur ces quatre entrées à un instant t donne étant les composantes en quadrature du signal modulé transposé à la fréquence zéro à cet instant, Xn+l et Yn+l et à l'instant t-T,
Xn et Yn, ce circuit de traitement effectuant au moins une combinaison de ces quatre composantes pour délivrer un signal résultant caractéristique de la modulation.

Le récepteur comportant un tel dispositif de démodulation est également du domaine de l'invention.

L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaîtront à l'aide de la description qui suit en référence aux figures annexées.

La figure 1 est un schéma synoptique d'un mode de réalisation du dispositif de démodûlation différentiel et pseudo-cohérent selon l'invention
Da figure 2 est un diagramme vectoriel explica relatif tif/a' une modulation par déplacements de phase de la porteuse de + it selon l'état du signal numérique (MDP 2).

La figure 3 est un diagramme vectoriel explicatif relatif à une modulation par déplacements de phase de + g selon l'état du signal numérique (MDP 2-4).

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Un récepteur de signaux modulés comporte de manière générale des etages de réception dans lesquels est effectuée ure-transposition en fréquence du signal reçu, de la fréquence porteuse émise et reçue à une fréquence intermédiaire. Dans les transmissions par satellite, la fréquence émise peut etre au voisinage de 12 GRz et la transposition permet de ramener le signal par exemple dans une bande autour de 1 GHz. Ces étages de réception sont suivis d'un-dispositif de démodulation du signal reçu recevant le signal transposé à fréquence intermédiaire et délivrant le signal de modulation.

La figure 1 représente le dispositif de démodulation de signaux numériques modulant par déplacements de phase à deux états une porteuse.

L'entrée E reçoit le signal modulé à fréquence intermédiaire. Cette entrée E est reliée à l'entrée d'un filtre passe-bande à fréquence intermédiaire 10, dont la bande est telle qu'elle laisse passer le signal à fréquence intermédiaire modulé. Lorsque le dispositif de modulation est conçu pour permettre la démodulation de signaux transmis dans plusieurs canaux de fréquence, la bande du filtre est telle- que les bandes de tous ces canaux transposés-en fréquence intermédiaire soient transmises par le filtre.Par exemple pour un systeme destiné à la réception de signaux dans 6 canaux adjacents susceptibles de transmettre chacun des signaux numériques à 25 M Bits, ce qui correspondrait a' une bande de base minimale de 12,5 MHz, à chaque canal est réservé une bande de base de 15 à 17 MHz,soit de llor- dre de 35 a5z pour une porteuse modulée. Pour 6 canaux, le filtre passe-bande peut donc avoir une bande de l'or drede250MHz centre sur la fréquence intermédiaire moyenne de ces différents canaux. La sortie de ce filtre passe-bande 10 est reliée a' l'entrée d'un amplificateur 11.

Un générateur 20 délivre un signal à la fréquence de la porteuse intermédiaire pour le canal correspondant.

Lorsque le dispositif de modulation est prévu pour fonctionner dans différents canaux, ce générateur 20 est un synthétiseur de fréquences.. La sortie de ce générateur 20 est reliée à l'entrée d'un coupleur 3 dB, 21, fournissant sur ses deux sorties deux composantes de cette porteuse en quadrature. Deux mélangeurs linéaires, 30 et 40, ont leurs premières entrées respectivement reliées aux deux sorties du coupleur et leurs deuxièmes entrées re liées à la sortie de l'amplificateur 11. Du fait des mélanges entre le signal reçu et deux composantes en quadrature d'un signal fourni par un générateur servant de référence de phase, ce dispositif de démodulation est dit "pseudo-cohérent". Cependant, chacune des deux voies ainsi obtenues est alors traitée en différentiel.En effet, les signaux de sortie des mélangeurs 30 et 40 comportent la bande de base du signal modulé, le mélange linéaire du signal reçu avec une composante d'un si gnal de référence à la fréquence porteuse intermédiaire donnant une transposition à la fréquence zéro. Cependant ce signal de référence n'est-pas asservi en phase au signal reçu.

Chacune des voies comporte donc un filtre passebas, respectivement 31 et 41 dont les entrées sont reliées aux sorties des mélangeurs 30 et 40. Les sorties de ces deux filtres sont reliées aux entrées de deux circuits à retard respectivement 32 et 42. Le retard introduit par ces circuits est égal à la période T des éléments binaires du signal numérique de modulation.

Les sorties de ces circuits à retard et les sorties di- rectes des filtres passe-bas sont reliées aux entrées d'un circuit de traitement 100 qui, au moyen des composantes Xnl et Ynl en quadrature obtenues à un ins tant t et a tant tn+1 et au moyen des composantes Xn et Yn en quadrature obtenues a' l'instant t = t - T et retar
n n+l dées par les circuits à retard, délivre le signal de modulation bien que le signal de référence de phase ne soit pas synchronisé sur le signal reçu. Le décalage de phase q superpose au déplacement de phase constituant la modulation étant éliminé par ce traitement différentiel des signaux en bande de base.Ce traitement est différent selon que la modulation par déplacements de phase des signaux émis est du type modula tion de phase à deux états par déplacements de phase 0 ou n suivant l'état du signal modulant (MDP 2) ou du type modulation de phase à deux états par déplacements de phase + 2n ou - 2n suivant l'état du signal modulant
2 2 (MDP 2-4). Les diagrammes vectoriels des figures 2 et 3 illustrent ces deux types de modulation.

Dans le plan de phase, le signal de sortie de l'amplificateur 11 peut être représenté par- un vecteur tournant à la fréquence de la porteuse intermédiaire.

Les sorties des filtres passe-bas 31 et 41 délivrént les deux composantes en quadrature X et Y du vecteur

dont la phase

est la phase modulante augmentée d'un terme dû à l'écart de fréquence éventuel entre le signal de référence et le signal reçu.

Sur la figure 2 représentant un cas de modulation de phase type MDP-2, les deux composantes Xn+1 et Yn+ présentes à la sortie des filtres 31 et 41 à-l'instant t = t + T sont celles du n+l n ce vecteur est égale à celle

<tb> vecteur <SEP> An+l. <SEP> La
<tb> du <SEP> vecteur <SEP> An, <SEP> ,
<tb> phase de
augmentée du déplacement de phase, 0 ou , (choisi égal à # sur la figure) et d'un décalage de phase q représentant le battement entre deux symboles successifs. Compte tenu des différentes stabilités, cet écart de phase reste assez petit. Dans ces conditions, lorsque le déplacement de phase est nul (correspond à un symbole 0) le produit scalaire

est positif, alors que, lorsque le déplacement de phase est égal à # (correspondant à un symbole 1), le produit scalaire

est négatif. Le signe de ce produit scalaire permet donc de donner unie estimation correcte du signal dans le cas d'une modulation MDP 2. Cette fonction produit scalaire est calculée dans le circuit de traitement 100. Pour cela, la sortie du circuit à retard 32 délivrant à un instant tn+1 la composante Xn et l'entrée de ce même circuit délivrant à l'instant tn+1 la composante Xn+1 sont reliées aux entrées d'un circuit mélangeur 101 effectuant le produit Xn Xn+1.De meme, l'entrée et la sortie du circuit à retard 42 délivrant respectivement à l'instant tel les composantes Y et Yn sont reliées aux entrées n+l d'un circuit mélangeur 102 effectuant le produit XnVn+1
Les sorties de ces deux mélangeurs sont reliées aux entrées d'un circuit additionneur 103 délivrant un signal XnXn+1 + Y correspondant au produit scalaire

La sortie de ce circuit 103 est reliée à une première entrée d'un circuit de régénération 120 qui, à partir désigne de ce signal, fournit la suite des symboles formant le signal de modulation S.

Sur la figure .3 représentant un cas de modulation de phase type MDP 2-4, les deux composantes Xn+1 et Y présentes à la sortie des filtres 31 et 41 à l'instant tn+1 = tn +T est égale à la

<tb> sont <SEP> celles <SEP> duvecteur <SEP> An+l <SEP> dont <SEP> la
<tb> phase <SEP> du <SEP> vecteur <SEP> An, <SEP> +, <SEP> augmentée
<tb> phase du déplacement de phase, + 2 ou - 2 (choisi égal à + 2 sur la figure) et d'un décalage de phase # représentant le battement entre deux symbole successifs.Lorsque l'angle

= + #/2 + # +# étant petit par rapport à 'r 2 9 le produit vectoriel

est positif tandis que lorsque l'angle

= - S Z le produit vecto- riel

est négatif. Cette fonction produit vectoriel est calculée dans ce circuit de traitement 100.

Pour cela la sortie du circuit à retard 32 et l'entrée du circuit à retard 42 sont reliées aux entrées d'un mélangeur 111 effectuant le prdduit X nYn+l. De meme, là sortie du circuit à retard 42 et l'entrée du circuit à retard 32 sont reliées aux entrées d'un mélangeur 112 effectuant le produit Xn+1Yn . Les sorties des mélangeurs 111 et 112 sont reliées à un circuit soustracteur 113 délivrant un signal XnYnl - Xn+1 Yn correspondant au produit vectoriel. La sortie de ce circuit est reliée à une seconde entrée du circuit de régénération 120 qui, à partir du signe de ce signal fournit la suite des sym bolet formant le signal de modulation S.Le circuit de régénération est commutable et traite l'un ou lfautre des signaux présents sur ses deux entrées suivant le type de modulation effectué à l'émission. --
De plus, le circuit de traitement comporte, également un mélangeur 130,dont les deux entrées sont reliées aux sorties du -circuit additionneur 103 et du circuit soustracteur 113;dont la sortie est reliée à une entrée de commande automatique de fréquence, CAF, du générateur 20.En effet, le produit de

(produit scalaire) et de

(produit vectoriel) ne contient plus l'in- formation de déplacement de phase (quel que soit la valeur de ce déplacement ) mais contient- par contre une composante continue égale à A2 A2 sin tcos * S étant, comme indiqué ci-dessus, le décalage de phase représentant le battement entre les symboles du à l'écart de fréquence entre lesignal de référence et le signal reçu.

t étant petit, cette composante continue est proportion- nelle à # et permet de réaliser une commande automatique de fréquence du générateur encas d'instabilités importantes de la porteuse reçue ou de la référence.

L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation précisément décrit en référence à la figure 1. En particulier dans ce dispositif de modulation, le circuit de traitement comporte à la fois les circuits- permettant de fournir le produit scalaire

et les circuits permettant de fournir le produit vectoriel

Dans un dispositif de démodulation destiné à la démodulation de signaux d'un type déterminé, par exemple exclusivement de signaux modulés MDP 2 ou exclusivement des signaux modulés MDP 2-4, et dans lequel une commande automatique de fréquence n'est pas nécessaire, le circuit de traitement peut comporter seulement les circuits 101, 102 et 103 et le circuit de régénération 120 ou seulement les circuits 111, 112 et 113 et le circuit de régénération 120.

Le dispositif de démodulation décrit di-dessus assure une acquisition rapide des données reçues du fait qu'il n'y a pas de synchronisation du générateur local 20 sur les données reçues, la démodulation étant effectuée par la technique .différentielle.

De plus, le filtrage par les filtres passe-bas 31 et41 étant effectué-en bande de base, ces filtres sont fixes quelle que soit la fréquence porteuse utilisée. Ce système est donc agile en fréquence, c'est-àdire qu'il peut être mis en oeuvre successivement à plusieurs fréquences sans modification du circuit.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1. Dispositif de démodulation de signaux numériques, différentiel et pseudo-cohérent, pour la démodcl-

lation d'une onde porteuse modulée par déplacements de phase à deux états selon un signal binaire modulant, ayant une entrée-de signal destinée à recevoir la porteuse modulée à fréquence intermédiairef caractérisé en ce qu'il comporte un générateur d'un signal de référence à la fréquence de la porteuse modulée, un coupleur relié à la sortie de ce générateur dont les sorties délivrent deux composantes en quadrature de ce signal de réérence, deux mélangeurs linéaires dont les premières entrées sont couplées respectivement aux deux sorties du coupleur et dont les deuxièmes entrées sont couples à l'entrée de signal, deux filtres passe-bas dont les entrées sont respectivement couplées aux sorties des mélangeurs, un premier et un second circuit à retard respectivement reliés aux sorties des filtres passe-bas pour retarder les signaux présents à leurs entrées de la période T du signal binaire modulant, et un circuit de traitement ayant deux entrées reliées aux entrées des circuits à retard et deux entrées reliées aux sorties des circuits a' retard, les signaux présents sur ces quatre entrées un instant t donné étant les composantes en quadrature du. signal.

quatre composantes pour délivrer un signal résultant ca ractéristique de la modulation.

modulé transposé à la fréquence zéro-à cet instant, Xn+î et Ynl, et à l'instant t-T, Xn et Yn, ce circuit de traitement effectuant au moins une combinaison de ces

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que, les déplacements de phase sur la porteuse modulée étant +s ou -s suivant les deux états du signal

binaire modulant, le circuit de traitement effectue le produit des composantes Xn et Yn, le produit des com posantes X et Yn+l, puis la somme de ces produits,

n+l le signe du s ignal résultant étant caractéristique du déplacement de phase entre les instants t-T et t.

3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en- ce que le circuit de traitement comporte un premier multiplicateur dont les deux entrées sont reliées à l'entrée et à la sortie du premier circuit à retard, un second multiplicateur dont les deux entrées sont reliées à l'entrée et à la sortie du second circuit à retard, et un circuit additionneur dont les entrées sont reliées aux sorties de ces deux multiplicateurs et dont la sortie fournit le signal résultant de la combinaison.

4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les déplacements de phase sur la por teuse modulée étant + - ou - 2 -'r suivant les deux états

2 2 du signal binaire modulant, le circuit de traitement effectue le produit des composantes Xn et Ynl, le produit des composantes Xn+l et Y puis la différence de ces produits, le signe du signal résultant étant caractéristique du déplacement de phase entre les instants t-T et t.

5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que, le circuit de traitement comporte un premier multiplicateur dont les deux entrées sont reliées à l'entrée du premier circuit à retard et à la sortie du second circuit a' retard, un second multipli- cateur dont les deux entrées sont reliées à l'entrée du second circuit à retard et à la sortie du second circuit à retard, et un circuit soustracteur dont les entrées sont reliées aux sorties de ces deux multiplicateurs et dont la sortie fournit le signal résultant de la combinaison.

6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le circuit de traitement effectue une seconde combinaison des qua-tre composantes présentes sur ses quatre entrées, le signal résultant de cette seconde combinaison, disponible sur une sortie du circuit de traitement, ne contenant pas la modulation et étant caractéristique de l'écart entre la fréquence du signal de référence et la fréquence porteuse de la porteuse modulée à fréquence intermédiaire, le générateur de signal de référence comportant une entrée de commande automatique de fréquence reliée à cette sortie du circuit de traitement.

7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la seconde combinaison effectuée par le circuit de traitement est le produit de (X Y - n XnlYn+l)et de(XnYn+l - XnlYn)ce produit étant exempt de modulation et directement lié à l'écart de fréquence

8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que 1'en- trée signal est couplée aux deuxiemes entres des mélangeurs linéaires par l'intermédiaire d'un filtre passebande d'entrée.

9. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que, pour fonctionner dans plusieurs canaux de fréquence, le filtre passe-bande d'entrée est à large bande pour transmettre les bandes à fréquence

intermédiaire-de tous les canaux, les filtres passebas suivant les mélangeurs linéaires transmettant seulement une bande de base fixe invariable d'un canal à l'autre.

10. Récepteur de signaux numériques transmis sur une onde porteuse modulée à deux états par déplacements de phase caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de démodulation selon l'une quelconque des revendications précédentes.