FR2755556A1 - Modulateur de frequence, emetteur et emetteur-recepteur incorporant ce modulateur de frequence - Google Patents
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Abstract
Un modulateur de fréquence (50) servant à moduler un signal de porteuse en fonction d'un signal de données de modulation afin de produire un signal de sortie modulé (RFout) comprend un générateur de signal de référence (54) couplé de façon à recevoir le signal de données de modulation et servant à produire un signal de référence (Fr) qui est modulé en fonction du signal de données de modulation, et un synthétiseur principal (52) couplé de façon à recevoir le signal de référence modulé (Fr) et le signal de données de modulation et servant à produire le signal de sortie modulé sur une sortie. De préférence, le signal de référence modulé (Fr) possède un premier gain de modulation (Kr) et le signal de sortie modulé (Rfout) possède un gain de modulation (KV) qui est sensiblement proportionnel au premier de gain de modulation.
Description
La présente invention concerne un modulateur de fréquence ainsi qu'un émetteur et un émetteur-récepteur incorporant un modulateur de fréquence destinés à un dispositif de radiocommunications numérique.
De nombreux systèmes de radiocommunications numériques, par exemple des systèmes cellulaires, sans cordon et de transmission de données, utilisent des techniques de modulation telles que la technique dite FSK, GFSK ou
GMSK. Ces types de techniques de modulation sont en fait, tout simplement, des techniques de modulation de fréquence (FM) où l'enveloppe du signal de radiofréquence (RF) est constante.
GMSK. Ces types de techniques de modulation sont en fait, tout simplement, des techniques de modulation de fréquence (FM) où l'enveloppe du signal de radiofréquence (RF) est constante.
Puisqu'il n'intervient pas de modulation d'amplitude (AM) dans ces types de modulation, la fréquence de l'oscillateur commandé par tension (vCO) des émetteurs peut être directement modulée par le signal de la bande de base, comme cela est typique dans les émetteurs FM analogique usuels, par exemple dans les systèmes cellulaires analogiques. On peut obtenir des réductions de coût importantes en modulant directement la fréquence du VCO, de sorte que ces montages sont particulièrement souhaitables dans les applications numériques, où un coût bas est un facteur stratégique. Par exemple, le coût global d'une solution numérique telle que celle connue sous l'appellation DECT doit être bas pour pouvoir concurrencer des systèmes analogiques bien connus tels que Cil).
Pour les systèmes analogiques, le spectre vocal, de 300 à 3 000 Hz ou plus, est compatible avec le temps de synchronisation du synthétiseur à boucle à phase asservie (PLL) lorsque la modulation est appliquée au VCO. Ce temps de synchronisation n'est généralement jamais inférieur à 5 ou 6 ms. Toutefois, lorsqu'on applique cette technique peu coûteuse à des systèmes numériques, le signal de la bande de base, qui module le VCO, est le flux de données NRZ (sans retour à zéro) filtré qui vient de la section logique du dispositif émetteur. Ce signal de bande de base présente en son spectre un contenu à très basse fréquence (à partir de quelques hertz). Puisque le temps de synchronisation voulu pour le synthétiseur à PLL est de quelques microsecondes environ, il n'est pas compatible avec le spectre du signal de la bande de base. Les basses fréquences de la modulation sont considérées comme des dérives du VCO et sont donc corrigées par la boucle PLL.
Ce problème d'incompatibilité signifie que la partie basses fréquences du signal de la bande de base est perdue ou bien que la vitesse de la boucle PLL, qui détermine la vitesse de sélection des voies, est compromise.
Ainsi, avant de pouvoir appliquer avantageusement cette technique peu onéreuse dans des systèmes numériques, il faut résoudre le problème consistant à assurer la compatibilité avec le temps de synchronisation du synthétiseur à PLL et prendre en considération d'autres exigences.
Par exemple, pour éviter toute interférence intersymbole (ou longitudinale) qui pourrait altéter le diagramme en oeil et dégrader le "taux d'erreurs sur les bits" de la transmission dans le système numérique, il faut maintenir constant le retard de groupe sur le trajet de modulation pour la totalité du spectre du signal de la bande de base.
De plus, pour satisfaire les spécifications d'applicabilité radio, il faut maintenir la pureté spectrale de la source de signaux RF à émettre aussi près que possible du signal de porteuse pour le bruit de phase et la précision de la modulation et aussi loin que possible du signal de porteuse pour les harmoniques, le bruit de fond, les signaux parasites discrets. Si cette dernière exigence était satisfaite à un degré suffisant, les filtres et les duplexeurs ne seraient plus nécessaires, ce qui amènerait une réduction notable du coût de l'émetteur. Le fait de pouvoir réduire les filtres et les duplexeurs est important pour maintenir bas le coût global du système numérique, d'une manière qui améliore la compétitivité de la solution numérique par rapport à la solution analogique.
On connaît diverses techiques de modulation permettant de moduler le
VCO dans un système numérique.
VCO dans un système numérique.
Par exemple, un modulateur UQ (c'est-à-dire phase/quadrature) a été utilisé dans une architecture de mode direct ou de mode hétérodyne. Ce type de modulateur est excité par deux signaux RF en quadrature provenant d'un oscillateur externe qui est accordé sur la fréquence émise (architecture directe) ou sur une fréquence intermédiaire (architecture hétérodyne) et par deux signaux complexes de la bande de base, calculés à partir du flux de données (signaux I et
Q). Avec de semblables architectures, le ou les synthétiseurs ou bien le ou les oscillateurs RF sont indépendants du processus de modulation, de sorte que le temps de synchronisation peut être choisi indépendamment du spectre des signaux de la bande de base. Toutefois, ces architectures sont complexes et demandent une interface "VQ" coûteuse dans la bande de base, ce qui peut se justifier pour des systèmes GMSK très précis, comme le GSM (Global System for Mobile
Communications), mais pas dans des normes du type DECT ou CI2, où l'indice de modulation peut varier de quantités importantes et où le coût est un facteur stratégique. Un autre inconvénient de ces techniques est qu'elles sont source de bruit et, de ce fait, ne permettent pas de supprimer les filtres et les duplexeurs.
Q). Avec de semblables architectures, le ou les synthétiseurs ou bien le ou les oscillateurs RF sont indépendants du processus de modulation, de sorte que le temps de synchronisation peut être choisi indépendamment du spectre des signaux de la bande de base. Toutefois, ces architectures sont complexes et demandent une interface "VQ" coûteuse dans la bande de base, ce qui peut se justifier pour des systèmes GMSK très précis, comme le GSM (Global System for Mobile
Communications), mais pas dans des normes du type DECT ou CI2, où l'indice de modulation peut varier de quantités importantes et où le coût est un facteur stratégique. Un autre inconvénient de ces techniques est qu'elles sont source de bruit et, de ce fait, ne permettent pas de supprimer les filtres et les duplexeurs.
Une technique différente, mais bien connue, utilise une structure hétérodyne avec un oscillateur local modulé fixe. Un synthétiseur de voies qui satisfait les exigences relatives au temps de synchronisation est mélangé avec un oscillateur à cristal ou un synthétiseur très lent susceptible de traiter la modulation.
Ce type de montage est très efficace et robuste et il permet qu'il n'y ait pas de tranches de temps neutralisées puisque le synthétiseur de voies est suffisamment rapide. En d'autres termes, avec ce type de montage, toutes les tranches de temps peuvent être utilisées. Toutefois, il produit toujours un grand nombre de produits de mélange situés hors de la largeur de bande du signal à émettre, qui doivent être fortement filtrés, ce qui augmente le coût du trajet d'émission.
Une autre technique, appelée la "technique de la boucle ouverte", a été utilisée avec des normes pour dispositifs sans cordon telles que DECT ou CI2.
Comme ci-dessus mentionné, un problème lié à l'application de la modulation au
VCO est que la partie basses fréquences de la modulation FM subira la correction de la boucle du synthétiseur comme s'il s'agissait de la dérive de fréquence du
VCO. Pour éviter cela, la technique dite en boucle ouverte ouvre la boucle pendant une tranche de temps d'émission, de sorte que le VCO fonctionne en oscillations libres sans aucune rétro-action et peut être modulé sans aucune correction venant de la boucle. Après la tranche de temps d'émission, la boucle se ferme de nouveau et le VCO se resynchronise. La resynchronisation est toutefois difficile à obtenir.
VCO est que la partie basses fréquences de la modulation FM subira la correction de la boucle du synthétiseur comme s'il s'agissait de la dérive de fréquence du
VCO. Pour éviter cela, la technique dite en boucle ouverte ouvre la boucle pendant une tranche de temps d'émission, de sorte que le VCO fonctionne en oscillations libres sans aucune rétro-action et peut être modulé sans aucune correction venant de la boucle. Après la tranche de temps d'émission, la boucle se ferme de nouveau et le VCO se resynchronise. La resynchronisation est toutefois difficile à obtenir.
De fait, elle est si difficile à obtenir que, typiquement, le VCO doit fonctionner à la moitié de la fréquence finale et doit être suivi par un doubleur de fréquence pour présenter un effet correct de tampon vis-à-vis des signaux transitoires et des dérives de fréquence. Ceci exige de nombreux filtres, et augmente par conséquent le coût global du dispositif émetteur. Un autre inconvénient de la technique de la boucle ouverte est qu'elle ne permet pas l'absence de tranches de temps neutralisées, en raison de la dérive de fréquence qui est due au fonctionnement en oscillations libres.
De plus, le détecteur de phase du synthétiseur associé à la technique de la boucle ouverte est très difficile à concevoir du fait du faible courant de fuite exigé.
De plus, la technique de la boucle ouverte ne peut pas être utilisée dans les normes "haut de gamme", comme GSM ou MOBITEX, où des dérives parasites résultant des périodes de fonctionnement en oscillations libres ne sont pas autorisées par les spécifications respectives. La technique de la boucle ouverte peut être mise en oeuvre pour des normes telles que DECT et Cor2, mais, en raison des difficultés de resynchronisation, seule une moitié des tranches de temps disponibles peut être utilisée. Ceci pose un problème pour les stations de base publiques ou pour l'amélioration de la gamme de fonctionnement.
Le besoin existe donc d'un modulateur de fréquence à coût réduit amélioré destiné à un dispositif de radiocommunications numérique, qui surmonte les problèmes ci-dessus décrits.
Selon la présente invention, il est proposé un modulateur de fréquence permettant de moduler un signal de porteuse en fonction d'un signal de données de modulation afin de produire un signal de sortie modulé, le modulateur de fréquence comprenant:
un générateur de signal de référence couplé de façon à recevoir le signal de données de modulation et servant à produire un signal de référence modulé en fonction du signal de données de modulation ; et
un synthétiseur principal couplé de façon à recevoir le signal de référence modulé et le signal de données de modulation et servant à produire le signal de sortie modulé sur une sortie.
un générateur de signal de référence couplé de façon à recevoir le signal de données de modulation et servant à produire un signal de référence modulé en fonction du signal de données de modulation ; et
un synthétiseur principal couplé de façon à recevoir le signal de référence modulé et le signal de données de modulation et servant à produire le signal de sortie modulé sur une sortie.
Par conséquent, en modulant le signal de référence qui est fourni au synthétiseur principal à l'aide du signal de données de modulation et en appliquant le signal de données de modulation au synthétiseur principal, la présente invention assure que le processus de modulation visant à produire le signal de sortie modulé est indépendant de la vitesse du synthétiseur principal. Ceci signifie que les composantes de basses fréquences du signal de données de modulation ne sont pas perdues, de même que la vitesse du synthétiseur principal n'est pas compromise.
De préférence, le signal de référence modulé possède un premier gain de modulation et le signal de sortie modulé possède un gain de modulation qui est sensiblement proportionnel au premier gain de modulation. Ceci entraîne que le signal de sortie modulé RFout présente une réponse qui est plate en ce qui concerne l'amplitude et le retard de groupe et qui est indépendante de la fréquence de modulation.
Dans un montage préféré, le synthétiseur principal servant à produire le signal de sortie modulé et à commander la fréquence du signal de porteuse comprend:
un détecteur de phase qui possède un première entrée destinée à recevoir le signal de référence modulé, une deuxième entrée et une sortie destinée à produire un signal d'erreur représentant la différence de phase entre le signal de référence modulé et un signal appliqué sur la deuxième entrée;
un oscillateur commandé par tension (qu'on apellera VCO) couplé de façon à recevoir le signal d'erreur et le signal de données de modulation et servant à produire le signal de sortie modulé sur une sortie du VCO ; et
un diviseur variable couplé entre la sortie du VCO et la deuxième entrée du détecteur de phase et servant à diviser le signal de sortie modulé par une valeur pouvant être sélectionnée afin de faire varier la fréquence du signal de porteuse. Avec ce montage, le premier gain de modulation est de préférence destiné à être sensiblement égal au gain du signal de sortie modulé divisé par la valeur, pouvant être sélectionnée, du diviseur variable.
un détecteur de phase qui possède un première entrée destinée à recevoir le signal de référence modulé, une deuxième entrée et une sortie destinée à produire un signal d'erreur représentant la différence de phase entre le signal de référence modulé et un signal appliqué sur la deuxième entrée;
un oscillateur commandé par tension (qu'on apellera VCO) couplé de façon à recevoir le signal d'erreur et le signal de données de modulation et servant à produire le signal de sortie modulé sur une sortie du VCO ; et
un diviseur variable couplé entre la sortie du VCO et la deuxième entrée du détecteur de phase et servant à diviser le signal de sortie modulé par une valeur pouvant être sélectionnée afin de faire varier la fréquence du signal de porteuse. Avec ce montage, le premier gain de modulation est de préférence destiné à être sensiblement égal au gain du signal de sortie modulé divisé par la valeur, pouvant être sélectionnée, du diviseur variable.
Dans un premier mode de réalisation de l'invention, le générateur de signal de référence comprend un oscillateur à cristal qui est couplé de façon à recevoir le signal de données de modulation pour ainsi produire le signal de référence modulé.
Dans un deuxième mode de réalisation de l'invention, le générateur de signal de référence comprend un synthétiseur auxiliaire qui possède un temps de synchronisation notablement supérieur à celui du synthétiseur principal, le synthétiseur auxiliaire comprenant:
un détecteur de phase auxiliaire qui possède une première entrée destinée à recevoir un signal de référence fixe, ayant une fréquence fixe, une deuxième entrée et une sortie destinée à produire un signal d'erreur représentant la différence de phase entre le signal de référence fixe et un signal appliqué sur la deuxième entrée ; et
un VCO auxiliaire couplé de façon à recevoir le signal d'erreur et le signal de données de modulation et servant à produire le signal de référence modulé sur une sortie, la sortie du VCO auxiliaire étant couplée au synthétiseur principal et à la deuxième entrée du détecteur de phase auxiliaire.
un détecteur de phase auxiliaire qui possède une première entrée destinée à recevoir un signal de référence fixe, ayant une fréquence fixe, une deuxième entrée et une sortie destinée à produire un signal d'erreur représentant la différence de phase entre le signal de référence fixe et un signal appliqué sur la deuxième entrée ; et
un VCO auxiliaire couplé de façon à recevoir le signal d'erreur et le signal de données de modulation et servant à produire le signal de référence modulé sur une sortie, la sortie du VCO auxiliaire étant couplée au synthétiseur principal et à la deuxième entrée du détecteur de phase auxiliaire.
La description suivante, conçue à titre d'illustration de l'invention, vise à permettre une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages ; elle concerne deux modes de réalisation de modulateur de fréquence ainsi qu'un émetteur-récepteur et un émetteur incorporant tous deux des modulateurs de fréquence selon l'invention et elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels:
- la figure 1 est un schéma fonctionnel simplifié d'un émetteurrécepteur incorporant un modulateur de fréquence selon l'invention;
- la figure 2 est un schéma fonctionnel simplifié d'un premier modulateur de fréquence selon l'invention;
- la figure 3 est un schéma fonctionnel simplifié d'un deuxième modulateur de fréquence selon l'invention;
- la figure 4 est un schéma simplifié montrant les composantes de fréquence d'une boucle à phase asservie (PLL) dans laquelle l'oscillateur commandé par tension (VCO) est modulé;
- la figure 5 est un schéma simplifié montrant les composantes de fréquence d'une boucle PLL dans laquelle le signal de référence est modulé ; et
- la figure 6 est un schéma simplifié montrant les composantes de fréquence d'une boucle PLL dans laquelle le VCO et le signal de référence sont modulés par le signal de données de modulation selon l'invention.
- la figure 1 est un schéma fonctionnel simplifié d'un émetteurrécepteur incorporant un modulateur de fréquence selon l'invention;
- la figure 2 est un schéma fonctionnel simplifié d'un premier modulateur de fréquence selon l'invention;
- la figure 3 est un schéma fonctionnel simplifié d'un deuxième modulateur de fréquence selon l'invention;
- la figure 4 est un schéma simplifié montrant les composantes de fréquence d'une boucle à phase asservie (PLL) dans laquelle l'oscillateur commandé par tension (VCO) est modulé;
- la figure 5 est un schéma simplifié montrant les composantes de fréquence d'une boucle PLL dans laquelle le signal de référence est modulé ; et
- la figure 6 est un schéma simplifié montrant les composantes de fréquence d'une boucle PLL dans laquelle le VCO et le signal de référence sont modulés par le signal de données de modulation selon l'invention.
On se reporte tout d'abord à la figure 1, qui représente une partie 2 d'un dispositif émetteur-récepteur incorporant un modulateur de fréquence 3 selon l'invention, cette partie comprenant un trajet d'émission TX et un trajet de réception RX couplés par l'intermédiaire d'un commutateur 4 et d'un filtre passebas 8 à une antenne 6.
Le modulateur de fréquence 3 possède une entrée 5 destinée à recevoir un signal de données de modulation qui est produit à partir d'un flux de données utilisant une technique de modulation, telle que FSK, GFSK ou GMSK, comme cela est bien connu dans l'art. Le flux de données peut comporter des informations vocales. Dans la modulation GMSK, le signal de données de modulation ou le signal de la bande de base est une tension analogique produite par un filtre analogique GMSK (non représenté). Le modulateur de fréquence 3 produit un signal de porteuse possédant une fréquence qui peut être sélectionnée et il module le signal de porteuse à l'aide du signal de données de modulation de façon à produire un signal de sortie modulé RFout sur une sortie. Le signal de sortie modulé RFout est ensuite amplifié par un amplicateur de puissance de radiofréquence (RF) désigné par la référence 10, avant d'être appliqué à l'antenne 6.
la structure et la fonction du modulateur de fréquence 3 seront décrits ci-après de façon plus détaillée.
Le trajet de réception RX comporte un premier filtre passe-bande 12, un amplificateur à faible bruit (appelé LNA) 14, un deuxième filtre passe-bande 16, un mélangeur 18 et un filtre à fréquence intermédiaire (IF) 20. Le mélangeur 18 mélange le signal RF reçu sur l'antenne 6 avec un signal de référence qui peut être produit par un oscillateur local (non représenté) ou par le modulateur de fréquence 3, comme représenté sur la figure 1, de façon à produire un signal de fréquence intermédiaire IF. En utilisant le signal produit par le modulateur de fréquence 3, on évite de devoir faire appel à un oscillateur local supplémentaire.
Alors que le modulateur de fréquence 3 selon l'invention a été représenté sur la figure 1 comme faisant partie d'un émetteur-récepteur, on aura compris que le modulateur de fréquence 3 selon l'invention peut être utilisé dans un émetteur.
On va maintenant présenter et décrire deux modes de réalisation du modulateur de fréquence 3 selon l'invention.
On se reporte tout d'abord à la figure 2. Un premier modulateur de fréquence 50 selon un premier mode de réalisation de l'invention comprend un synthétiseur principal 52 et un générateur de signal de référence 54. Le signal de données de modulation reçu sur une entrée 51 du modulateur de fréquence 50 est couplé au synthétiseur de fréquence 52 et au générateur de signal de référence 54.
Le synthétiseur principal 52 produit sur une sortie le signal de sortie modulé RFout et le générateur de signal de référence 54 produit un signal de référence modulé Fr qui est fourni au synthétiseur principal 52.
Le générateur de signal de référence 54 comprend un oscillateur à cristal 64 et un dispositif de commande de gain variable 66. Le signal de données de modulation est appliqué directement à l'oscillateur à cristal de façon à produire le signal de référence modulé Fr. Le dispositif de commande de gain variable 66 est réglé de façon que le signal de référence Fr possède un premier gain de modulation Kr.
Le synthétiseur principal 52 comprend un détecteur de phase 56, un filtre de boucle 58, un oscillateur commandé par tension (VCO) 60 et un diviseur variable 62 disposés suivant une boucle à phase asservie (PLL) typique. Le diviseur variable 62 divise le signal de sortie modulé RFout présent sur une sortie du VCO 60 par une valeur n pouvant être sélectionnée, de façon à produire un signal de sortie modulé divisé. La valeur'l sélectionnable détermine la fréquence du signal de porteuse qui est produit par le VCO 60. En d'autres termes, le diviseur variable 62 est le sélecteur de voie du synthétiseur principal 52.
Le détecteur de phase 56 possède une première entrée destinée à recevoir le signal de référence modulé Fr, une deuxième entrée destinée à recevoir le signal de sortie modulé divisé, et une sortie destinée à produire un signal d'erreur qui représente la différence de phase entre le signal de référence modulé et le signal de sortie modulé divisé. Le signal d'erreur est ensuite filtré par le filtre de boucle 58 avant d'être appliqué au VCO 60.
Normalement, le signal d'erreur filtré, qui est un signal de tension, est appliqué directement au VCO 60 de façon à produire un signal de porteuse dont la fréquence dépend du signal d'erreur filtré. Toutefois, dans le mode de réalisation préféré, le signal de données de modulation, en plus du signal d'erreur filtré, est appliqué au VCO 60, par exemple par combinaison du signal de données de modulation, lequel, comme ci-dessus mentionné, est une tension de la bande de base analogique, avec le signal d'erreur filtré, de façon que la tension de la bande de base analogique et la tension d'erreur déterminent le signal de sortie du VCO 60.
Pour appliquer le signal d'erreur filtré et le signal de données de modulation au VCO 60, il peut exister deux entrées de commande ou une seule entrée de commande sur le VCO. De préférence, le signal d'erreur filtré et le signal de données de modulation sont combinés par application du signal de données de modulation à une diode varicap, ou à capacité variable, de modulation du VCO 60 et le signal d'erreur filtré à une diode de réglage d'accord du VCO 60. Dans un autre mode de réalisation, le signal de données de modulation et le signal d'erreur filtré peuvent être tous deux appliqués à la diode varicap de réglage d'accord, par exemple la diode 68.
Le gain de modulation KV du VCO 60 dépend du couplage de la ou des diodes à capacité variable avec le circuit oscillant (non représenté) du VCO 60.
De préférence, on peut ajuster le gain KV du VCO 60 grâce à un atténuateur (non représenté) qui est couplé entre l'entrée 51 du premier modulateur de fréquence 50 et une entrée du VCO.
On se reporte maintenant à la figure 3. Un deuxième modulateur de fréquence 150 selon un deuxième mode de réalisation de l'invention comprend un synthétiseur principal 152 et un générateur de signal de référence 154. Le signal de données de modulation reçu sur une entrée 151 du modulateur de fréquence 150 est couplé au synthétiseur principal 152 et au générateur de signal de référence 154. Le synthétiseur principal 152 produit sur une sortie le signal de sortie modulé
RFout et le générateur de signal de référence 154 produit un signal de référence modulé Fr, qui est fourni au synthétiseur principal 152.
RFout et le générateur de signal de référence 154 produit un signal de référence modulé Fr, qui est fourni au synthétiseur principal 152.
Le deuxième modulateur de fréquence 150 est analogue au premier modulateur de fréquence 50 à l'exception du fait que le générateur de signal de référence 154 comprend un synthétiseur auxiliaire 155 couplé à un oscillateur à cristal 164 et de façon à recevoir le signal de données de modulation sur l'entrée 151 de sorte que le signal de données de modulation module un VCO auxiliaire
170 du synthétiseur auxiliaire 155. La sortie du VCO auxiliaire 170 fournit le signal de référence modulé au synthétiseur principal 152.
170 du synthétiseur auxiliaire 155. La sortie du VCO auxiliaire 170 fournit le signal de référence modulé au synthétiseur principal 152.
En modulant le VCO 170 plutôt que l'oscillateur à cristal, le deuxième mode de réalisation offre l'avantage selon lequel un signal de fréquence de référence Fr' produit par l'oscillateur à cristal 164 peut être réutilisé dans des buts différents à l'intérieur de ltémetteur-récepteur. Ceci n'est pas possible avec le premier modulateur de fréquence, puisque le signal de référence de l'oscillateur à cristal est modulé directement. De plus, dans des applications identiques, notamment dans des applications où l'indice de modulation est élevé, comme par exemple dans des systèmes DECT, il peut survenir des problèmes en ce qui concerne la modulation de la fréquence de l'oscillateur à cristal. Le fait d'utiliser un synthétiseur auxiliaire pour établir une copie du signal à partir de l'oscillateur à cristal 164 évite ce problème.
Sur la figure 3, les composants qui sont semblables à des composants de la figure 2 sont désignés par les mêmes numéros de référence, augmentés d'une centaine.
Le synthétiseur auxiliaire 154 comprend un détecteur de phase auxiliaire 174, un filtre de boucle auxilaire 176, le VCO auxiliaire 170 et un diviseur 172 disposés dans un montage en boucle à phase asservie (PLL) typique.
Le diviseur 172 divise le signal de référence modulé Fr présent sur une sortie du
VCO auxiliaire 170 par une valeur fixe de façon à produire un signal de référence modulé divisé.
VCO auxiliaire 170 par une valeur fixe de façon à produire un signal de référence modulé divisé.
Le détecteur de phase auxiliaire 174 possède une première entrée destinée à recevoir le signal de référence F? produit par l'oscillateur à cristal 164, une deuxième entrée destinée à recevoir le signal de référence modulé divisé, et une sortie destinée à produire un signal d'erreur représentant la différence de phase entre le signal de référence Fr' et le signal de référence modulé divisé. Le signal d'erreur est ensuite filtré par le filtre de boucle auxiliaire 176 avant d'être appliqué au VCO auxiliaire 170 avec le signal de données de modulation. Ces signaux sont combinés de la même manière que ci-dessus décrit en relation avec le VCO 60.
Par exemple, le signal de données de modulation et le signal d'erreur filtré sont tous deux appliqués à une diode varicap de réglage d'accord 178 du VCO 170. Le signal de données de modulation est couplé à l'oscillateur auxiliaire 155 via un dispositif de commande de gain variable 166 de façon que le VCO 170 soit modulé avec un premier gain de modulation Kr et produise ainsi le signal de référence modulé Fr sur la sortie du VCO 170.
Le fonctionnement du synthétiseur principal 152 est identique à ce qui a été décrit ci-dessus en liaison avec la figure 2.
Le gain de modulation KV du VCO 160 est de préférence ajustable grâce à un atténuateur (non représenté) qui est couplé entre l'entrée 151 du deuxième modulateur de fréquence 150 et une entrée du VCO.
Le principe de base du fonctionnement du modulateur de fréquence selon l'invention consiste à appliquer le signal de données de modulation au VCO du synthétiseur principal ainsi qu'au signal de référence, avec un équilibre de niveaux correct entre les deux trajets.
Pour permettre une compréhension plus complète de ce principe de base, on va maintenant donner une analyse théorique en liaison avec les figures 4 à 6. La figure 4 est un schéma simplifié montrant les composantes de fréquence d'une boucle PLL dans laquelle le VCO est modulé seul, la figure 5 est un schéma simplifié montrant les composantes de fréquence d'une boucle PLL dans laquelle le signal de référence est modulé seul, et la figure 6 est un schéma simplifié montrant les composantes de fréquence d'une boucle PLL dans laquelle le VCO et le signal de référence sont modulés par le signal de données de modulation selon l'invention.
On se reporte tout d'abord à la figure 4. Le signal de tension e, qui est appliqué à la diode varicap d'un VCO 600 de façon à produire un signal de sortie modulé OUT, est donné par l'équation suivante:
(KV* K * F(p))
e=A+em=e np + em +em (1) où em est le signal de données de modulation
Fconst est un signal de référence constant
KV est le gain de modulation du VCO 600, en hertz par volt
K est le gain du détecteur de phase 560, en volts par radian
F(p) est la fonction de transfert du filtre de boucle 580 (filtre passe-bas)
n est le rapport de division du diviseur variable 620.
(KV* K * F(p))
e=A+em=e np + em +em (1) où em est le signal de données de modulation
Fconst est un signal de référence constant
KV est le gain de modulation du VCO 600, en hertz par volt
K est le gain du détecteur de phase 560, en volts par radian
F(p) est la fonction de transfert du filtre de boucle 580 (filtre passe-bas)
n est le rapport de division du diviseur variable 620.
A partir de l'équation (1), on peut obtenir la fonction de transfert relative à la modulation appliquée sur la boucle du VCO, à savoir:
Cette fonction de transfert représente un comportement passe-haut.
On se reporte maintenant à la figure 5. Pour un signal de référence modulé Fmod, le signal d'erreur z présent sur la sortie d'un détecteur de phase 560 est donné par l'équation suivante:
Le signal de tension e est donné par:
En combinant les équations (3) et (4), on obtient la fonction de transfert relative à la modulation appliquée sur la boucle du signal de référence, à savoir; e ~ n*K*F(p)
Fmod = (K*F(p)*KV) - np (5)
Ceci représente un comportement passe-bas.
Fmod = (K*F(p)*KV) - np (5)
Ceci représente un comportement passe-bas.
On se reporte maintenant à la figure 6. Le signal de tension e qui est appliqué à la diode varicap du VCO 60 de la figure 2 ou au VCO 160 de la figure 3 afin de produire le signal de sortie modulé RFout est donné par l'équation suivante:
Puisque le signal d'erreur E présent sur la sortie d'un détecteur de phase 56 est:
où em est le signal de données de modulation
Fr est le signal de référence modulé
KV est le gain de modulation du VCO 60, 160, en hertz par volt
K est le gain du détecteur de phase 56, 156, en volts par radian
F(p) est la fonction de transfert du filtre de boucle 58, 158 (filtre passe-bas) n est le rapport de division du diviseur variable 62, 162
Kr est le premier gain de modulation du signal de référence modulé Fr.
où em est le signal de données de modulation
Fr est le signal de référence modulé
KV est le gain de modulation du VCO 60, 160, en hertz par volt
K est le gain du détecteur de phase 56, 156, en volts par radian
F(p) est la fonction de transfert du filtre de boucle 58, 158 (filtre passe-bas) n est le rapport de division du diviseur variable 62, 162
Kr est le premier gain de modulation du signal de référence modulé Fr.
En portant l'équation (7) dans l'équation (6), on obtient:
A partir de l'équation (8),
KV e
lorsque Kr = n ,alors = 1.
KV e
lorsque Kr = n ,alors = 1.
Ainsi, à partir de l'analyse théorique donnée ci-dessus, lorsque le premier gain de modulation Kr du signal de référence modulé Fr est égal au gain de modulation KV, divisé par B, du VCO du synthétiseur principal, il n'y a ni comportement passe-bas, ni comportement passe-haut. En pratique, on a trouvé que l'on pouvait obtenir sensiblement le même effet lorsque le premier gain de modulation Kr du signal de référence modulé Fr est proche du gain de modulation
KV, divisé par n du VCO du synthétiseur principal, à savoir lorsque le premier gain de modulation Kr du signal de référence modulé Fr est proportionnel au gain de modulation KV.
KV, divisé par n du VCO du synthétiseur principal, à savoir lorsque le premier gain de modulation Kr du signal de référence modulé Fr est proportionnel au gain de modulation KV.
Alors que le premier gain de modulation Kr est réglé à l'aide de la valeur n pouvant être sélectionnée et, par conséquent, de la fréquence de la porteuse, le système est du type à bande suffisamment large pour ne nécessiter qu'un seul point d'ajustement à l'intérieur d'une largeur de bande de 100 MHz ou plus à 2 GHz.
Comme ci-dessus mentionné, le principe de fonctionnement du modulateur de fréquence selon l'invention consiste à appliquer le signal de données de modulation au VCO du synthétiseur principal ainsi qu'au signal de référence, avec un équilibre de niveaux correct entre les deux trajets. Cet équilibre correct a lieu lorsque les valeurs des gains de modulation Kr et KV sont choisis de façon que le premier gain de modulation Kr du signal de référence modulé Fr soit sensiblement proportionnel au gain de modulation KV du VCO. Ceci entraîne que le signal de sortie modulé RFout possède une réponse qui est plate en ce qui concerne l'amplitude et le retard de groupe et qui est indépendante de la fréquence de modulation.
Pour le deuxième modulateur de fréquence 150, il est également nécessaire d'assurer que la largeur de bande du synthétiseur auxiliaire 155 soit sensiblement inférieure à la largeur de bande du synthétiseur principal 152 ou, en d'autres termes, que le temps de synchronisation du synthétiseur auxiliaire 155 soit sensiblement plus grand que celui du synthétiseur principal 152. Le générateur de signal de référence 154 effectue alors un processus de modulation basses fréquences, et le VCO du synthétiseur principal 152 intervient dans le processus de modulation hautes fréquences, ceci entraînant que la combinaison couvre toute la largeur de bande du signal de données de modulation. Puisque le composants sources de bruit, comme c'était dans les systèmes de la technique antérieure, l'invention donne un bruit réduit et permet un processus de synthèse direct, ce qui signifie que les filtres et les duplexeurs ne sont plus nécessaires dans le trajet d'émission et qu'on peut utiliser un amplificateur de puissance d'un coût réduit. Ceci représente une réduction importante du coût, lorsqu'on compare à des systèmes numériques connus, dont certains ont été décrits ci-dessus dans l'introduction.
Un avantage supplémentaire du modulateur de fréquence selon l'invention, comme on peut le voir pour le premier modulateur de fréquence 50 et le deuxième modulateur de fréquence 150 décrits ci-dessus, est que ce modulateur de fréquence peut être réalisé à l'aide de blocs de composants de faible coût.
Un autre avantage est que le synthétiseur principal est toujours asservi, ce qui signifie que chaque tranche de temps peut être utilisée dans les systèmes
TDMA, permettant ainsi une amélioration de la transmission de données ou de l'intervalle réel.
TDMA, permettant ainsi une amélioration de la transmission de données ou de l'intervalle réel.
Puisque l'invention assure que la vitesse du synthétiseur principal du modulateur de fréquence est optimisée, on peut utiliser ce même synthétiseur principal pour le trajet de réception RX dans un émetteur-récepteur. Comme cidessus indiqué, un tel montage évite l'obligation de faire appel à un synthétiseur supplémentaire dans le trajet de réception.
Alors que l'invention a été décrite ci-dessus en liaison avec des dispositifs de radiocommunications numériques, le principe de l'invention pourra également être appliqué à des dispositifs de radiocommunications analogiques.
Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir des dispositifs dont la description vient d'être donnée à titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention.
Claims (14)
1. Modulateur de fréquence destiné à moduler un signal de porteuse en
fonction d'un signal de données de modulation afin de produire un signal de sortie modulé, le modulateur de fréquence étant caractérisé en ce qu'il comprend:
un générateur de signal de référence (54, 154) couplé de façon à recevoir le signal de données de modulation et servant à produire un signal de référence modulé en fonction du signal de données de modulation ; et
un synthétiseur principal (52, 152) couplé de façon à recevoir le signal de référence modulé (Fr) et le signal de données de modulation et servant à produire le signal de sortie modulé (RFout) sur une sortie.
2. Modulateur de fréquence selon la revendication 1, caractérisé en ce que le synthétiseur principal (52, 152) servant à produire le signal de sortie modulé et à commander la fréquence du signal de porteuse comprend:
un détecteur de phase (56, 156) possédant une première entrée destinée à recevoir le signal de référence modulé (Fr), une deuxième entrée et une sortie destinée à produire un signal d'erreur représentant la différence de phase entre le signal de référence modulé et un signal présent sur la deuxième entrée;
un oscillateur à commande par tension, ou VCO, (60, 160) couplé de façon à recevoir le signal d'erreur et le signal de données de modulation et servant à produire le signal de sortie modulé (RFout) sur une sortie du VCO ; et
un diviseur variable (62, 162) couplé entre la sortie du VCO (60, 160) et la deuxième entrée du détecteur de phase (56, 156) et servant à diviser le signal de sortie modulé (RFout) par une valeur (n) pouvant être sélectionnée, de façon à faire varier la fréquence du signal de porteuse.
3. Modulateur de fréquence selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le signal de référence modulé (Fr) possède un premier gain de modulation (Kr) et le signal de sortie modulé (RFout) possède un gain de modulation (KV) qui est sensiblement proportionnel au premier gain de modulation.
4. Modulateur de fréquence selon les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le premier gain de modulation (Kr) est sensiblement égal au gain (KV) du signal de sortie modulé (RFout), divisé par la valeur pouvant être sélectionnée (n) du diviseur variable (62, 162).
5. Modulateur de fréquence selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que le gain (KV) du signal de sortie modulé (RFout) est ajustable.
6. Modulateur de fréquence selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un atténuateur couplé entre une entrée destinée à recevoir le signal de données de modulation et le synthétiseur principal (52, 152) et servant à ajuster le gain (KV) du signal de sortie modulé (RFout).
7. Modulateur de fréquence selon la revendication 2, 4, 5 ou 6 ou selon la revendication 3 lorsque celle-ci dépend de la revendication 2, caractérisé en ce que le VCO comprend une diode de réglage d'accord varicap (68, 168), le signal de données de modulation et le signal d'erreur étant appliqués à la diode de réglage d'accord varicap.
8. Modulateur de fréquence selon la revendication 2, 4, 5 ou 6 ou selon la revendication 3 lorsque celle-ci dépend de la revendication 2, caractérisé en ce que le VCO comprend une diode de réglage d'accord varicap (68, 168) et une diode de modulation varicap, le signal de données de modulation étant appliqué à la diode de modulation varicap et le signal d'erreur étant appliqué à la diode de réglage d'accord varicap.
9. Modulateur de fréquence selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le générateur de signal de référence (154) comprend un synthétiseur auxiliaire (155) possédant un temps de synchronisation qui est sensiblement supérieur à celui du synthétiseur principal (152), le synthétiseur auxiliaire (155) comprenant:
un détecteur de phase auxiliaire (174) possédant une première entrée destinée à recevoir un signal de référence fixe (Fr'), qui a une fréquence fixe, une deuxième entrée et une sortie destinée à produire un signal d'erreur représentant la différence de phase entre le signal de référence fixe et un signal présent sur la deuxième entrée ; et
un VCO auxiliaire (170) couplé de façon à recevoir le signal d'erreur et le signal de données de modulation et servant à produire le signal de référence modulé (Fr) sur une sortie, la sortie du VCO auxiliaire étant couplée au synthétiseur principal (152) et à la deuxième entrée du détecteur de phase auxiliaire (174).
10. Modulateur de fréquence selon la revendication 9, caractérisé en ce que le synthétiseur auxiliaire (155) comprend en outre un diviseur (172) couplé entre la sortie du VCO auxiliaire (170) et la deuxième entrée du détecteur de phase auxiliaire (174) et servant à diviser par une valeur fixe le signal de référence modulé (Fr).
11. Modulateur de fréquence selon la revendication 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 ou 8, caractérisé en ce que le générateur de signal de référence comprend un oscillateur à cristal (64, 164) couplé de façon à recevoir le signal de données de modulation, afin de produire le signal de référence modulé (Fr).
12. Modulateur de fréquence selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le générateur de signal de référence comprend en outre un dispositif de commande de gain variable (66, 166) servant à commander le premier gain de modulation (Kr) du signal de référence modulé (Fr).
13. Emetteur pour dispositif de radiocommunications numérique, caractérisé en ce que son trajet d'émission comprend:
un modulateur de fréquence (3) selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, servant à moduler un signal de porteuse en fonction d'un signal de données de modulation afin de produire un signal de sortie modulé (RFout);
un amplificateur de puissance (10) servant à amplifier le signal de sortie modulé ; et
une antenne (6) couplée à l'amplificateur de puissance.
14. Emetteur-récepteur pour dispositif de radiocommunications numérique possédant un trajet d'émission et un trajet de réception, caractérisé en ce que son trajet d'émission comprend:
un modulateur de fréquence (3) selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, servant à moduler un signal de porteuse en fonction d'un signal de données de modulation afin de produire un signal de sortie modulé (RFout);
un amplificateur de puissance (10) servant à amplifier le signal de sortie modulé ; et
une antenne (6) couplée à l'amplificateur de puissance.
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|---|---|---|---|
| FR9613509A FR2755556A1 (fr) | 1996-11-06 | 1996-11-06 | Modulateur de frequence, emetteur et emetteur-recepteur incorporant ce modulateur de frequence |
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| EP97950113A EP0937332B1 (fr) | 1996-11-06 | 1997-11-05 | Modulateur de frequence |
| JP52106298A JP4027429B2 (ja) | 1996-11-06 | 1997-11-05 | 周波数変調器ならびに周波数変調器を内蔵した送信機および送受信機 |
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| PCT/EP1997/006127 WO1998020607A1 (fr) | 1996-11-06 | 1997-11-05 | Modulateur de frequence |
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| FR9613509A FR2755556A1 (fr) | 1996-11-06 | 1996-11-06 | Modulateur de frequence, emetteur et emetteur-recepteur incorporant ce modulateur de frequence |
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