FR2839401A1 - Procede et dispositifs pour le traitement d'un signal radio a conversion analogique/numerique directe - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne notamment un procédé de commande d'un filtre analogique (44, 46) destiné à être appliqué à un signal radio en vue de la conversion de ce dernier en un signal numérique devant être démodulé, la démodulation incluant une étape de transposition fréquentielle du signal à l'aide d'un oscillateur numérique (52). On asservit le filtre analogique à l'oscillateur numérique pour lui imposer la fréquence.
Description
- La presente invention concerne un procede et des dispositifs pour le
traitement
d'un signal radio a conversion analogique/numerique directe.
Plus precisement, I'invention concerne un procede de commande d'un filtre analogique passe-bande a frequence centrale reglable destine a etre applique a un signal radio en vue de sa conversion en un signal numerique devant etre demodule, ia demodulation incluant une etape de transposition frequentielle du signal a ['aide d'un
oscillateur numerique.
Les emissions en modulation d'amplitude (egalement designees AM), c'est-adire en longueurs diondes comprises entre 153 KHz et 279 KHz (ondes longues), entre 520 KHz et 2500 KHz (ondes moyennes) et entre 3,1 MHz et 26 MHz (ondes courses), vent de nos jours delaissees en raison de la mauvaise qualite d'ecoute qutelles fournissent en comparaison avec les emissions en modulation de frequence (egalement designees FM)
ou par canaux numeriques.
Dans le cadre general d'utilisation d'ondes radio pour ['emission et la reception 1 5 numeriques de signaux, differents procedes de traitement de signal ont deja ete proposes. En particulier, dans le document WO 00/45521, il est propose d'appliquer un traitement de demodulation a des signaux radiofrequence apres avoir extrait ces signaux
d'un signal large bande.
Ce document enseigne qu'il est preferable que cette extraction de signaux soit effectuee par un filtrage analogique a ['aide de moyens de filtrage dont la bande passante est reglable en taille et en position. Par contre ce document n'enseigne pas de methode
particuliere de reglage de la taille et de la position de cette bande passante.
Par ailleurs, on salt que pour obtenir un signal radio numerique, il faut appliquer au signal analogique requ un procede de numerisation (comprenant un echantillonnage et une quantification) refletant le plus fidelement possible la dynamique entre les differents
signaux, c'est-a-dire presentant un nombre de bits de quantification sufffisant.
Une fois numerise, le signal est transpose en bande de base pour subir son traitement de demodulation. Cette transposition frequentielle s'effectue, comme cela est
connu, a ['aide d'un oscillateur numerique.
La presente invention vise a proposer un procede de reglage de position de la bande etroite de filtrage analogique du signal radio re,cu, en vue de sa conversion en un
signal numerique devant etre demodule.
La presente invention a done pour objet un procede de commande d'un filtre analogique passe-bande a frequence centrale reglable, destine a etre applique a un signal radio en vue de sa conversion en un signal numerique devant etre demodule, la -2 demodulation incluant une etape de transposition frequentielle du signal a ['aide d'un oscillateur numerique, caracterise en ce que l'on asservit le filtre analogique a l'oscillateur numerique de maniere que la frequence centrale audit filtre soit fixee par ledit oscillateur numerique. Ainsi, le signal analogique est filtre par un filtre passe-bande autour de la frequence imposee par l'oscillateur numerique, avant d'etre numerise par un
convertisseur analogique/numerique.
Pammi les avantages de ['invention, on notera done que celle-ci permet de recourir a un convertisseur analogique/numerique de capacite moyenne, c'est-a-dire d'un cout raisonnable, car la frequence d'echantillonnage et le nombre de bits de quantification de ce convertisseur peuvent avoir des valeurs standard qui vent sufffisantes pour tenir compte de la dynamique entre les differents signaux, sachant que le signal a ete
prealablement filtre.
Dans un mode de realisation particulier de ['invention, on asservit le filtre analogique en comparant une frequence de sortie du filtre a la frequence de sortie de l'oscillateur numerique et l'on commande un composant variable du filtre par un signal
proportionnei a la difference de frequences constatee.
De preference, la frequence de sortie de l'oscillateur est detemminee par la detection du passage a une valeur booleenne predeterminee du bit le plus significatif de mots binaires de quantification d'un signal sinusodal correspondent a la frequence de l'oscillateur. On peut aussi par exemple utiliser un comparateur de frequences qui fournit une tension de sortie proportionnelle a la difference algebrique entre la frequence centrale de
la bande filtree issue du filtre analogique, et la frequence de l'oscillateur numerique.
L'avantage d'un tel asservissement est que le filtre analogique peut comporter des composants dont la reproductivite n'est pas parfaite et dont les caracteristiques
electriques ne vent pas constantes, notamment en fonction de la temperature.
En effet, queue que soit la derive de ces caracteristiques electriques, le filtre analogique est commande, conformement a ce mode de realisation de ['invention, de maniere que la frequence centrale de la bande filtree concide avec la frequence de
l'oscillateur numerique.
Conformement a ['invention, la frequence de sortie du filtre analogique, qui est utilisee pour comparaison avec la frequence de l'oscillateur numerique, peut provenir de
deux sources differentes.
Selon un premier mode de realisation, on injecte un bruit blanc en entree d'un premier filtre analogique et l'on compare la frequence de sortie de ce premier filtre a la -3 frequence de l'oscillateur numerique pour obtenir un signal de commande qui est reinjecte en boucle audit premier fiitre, ainsi qu'a un second filtre appaire au premier et presentant
les memes caracteristiques electriques.
Les deux filtres fonctionnent de maniere identique. Le premier filtre le bruit blanc et permet de realiser la boucle d'asservissement, le second filtre le signal radio multiplex qui
doit etre demodule.
Un avantage de ce mode de realisation est que le bruit blanc fournit, en sortie du premier filtre, une frequence correspondent a la frequence centrale de la bande filtree, et ce meme si les filtres analogiques utilises n'offrent pas une grande selectivite. En d'autres termes, la forme du signal multiplex devant etre demodule ne risque pas de perturber la comparaison de frequences, par exemple du fait qu'un signal de fort niveau, situe dans la bande passante du filtre, imposerait au filtre un signal de sortie decale par rapport a la
frequence centrale de la bande filtree.
Dans un second mode de realisation de ['invention, on injecte dans le filtre
analogique le signal radio devant etre demodule.
Dans ce cas, pour eviter les perturbations precedemment mentionnees, on utilise un filtre tres selectif, c'est-a-dire a bande passante etroite, de fa,con a eliminer tout signal de fort niveau situe a proximite du canal recherche et devant etre exclu du filtrage pour la
fourniture du signal de sortie servant a la comparaison.
Selon une premiere variante, on place deux filtres analogiques en cascade, ces deux filtres etant commandes par le meme signal d'asservissement issu de la
comparaison des frequences.
Selon une seconde variante, on utilise un circuit d'accord d'antenne comportant des inductances et des condensateurs. Cette seconde variante presente ['inconvenient que tous les composants d'un tel filtre ne peuvent pas etre integres dans une puce electronique. En revanche, ils fournissent une grande selectivite qui, dans certaines
applications, peut s'averer preferable.
L'invention concerne egalement un dispositif de reception d'un signal radio a conversion analogique/numerique directe comportant d'une part une composante numerique qui comprend un convertisseur analogique/numerique et un demodulateur a oscillateur numerique, et d'autre part une composante analogique qui comprend un filtre analogique passe-bande a frequence centrale reglable, caracterise en ce qu'il comporte
des moyens d'asservissement du filtre analogique passe-bande a l'oscillateur numerique.
Par exemple les moyens d'asservissement comportent un comparateur de frequences, entre une frequence de sortie du filtre et la frequence de l'oscillateur numerique, pour fournir en sortie du comparateur un signal de commande qui est
reinjecte en boucle audit filtre.
Enfin, I'invention concerne egalement un dispositif de filtrage analogique passe-
bande a frequence centrale reglable, destine a etre applique a un signal radio en vue de sa conversion en un signal numerique devant etre demodule, la demodulation incluant une eta pe de transposition frequenti el le du signal a [ 'aide d'un osci l lateur numerique, caracterise en ce qu'il comporte des moyens d'adaptation de la frequence centrale du
filtre analogique passe-bande a la frequence de l'oscillateur numerique.
De preference le dispositif de filtrage comporte deux filtres analogiques a frequence centrale variable, appaires pour ['adaptation de leur frequence centrale, I'un des deux filtres etant adapte pour recevoir le signal radio et l'autre pour recevoir un signal en provenance d'une source de bruit blanc pour fournir en sortie une valeur precise de la
frequence centrale.
Afin de faciliter la comprehension de ['invention, on va maintenant en decrire des
modes de realisation de facon plus detaillee, a ['aide des dessins annexes dans lesquels:
- la figure 1 represente le spectre radiofrequence en ondes courses d'un signal comportant differentes emissions analogiques, numeriques et Simulcast a des niveaux de frequences divers; - la figure 2 represente le circuit d'un recepteur numerique mettant en oeuvre le procede selon ['invention; - la figure 3 represente un detail de la figure 2 selon un premier mode de realisation; - la figure 4 illustre le filtrage d'un bruit blanc par le filtre suiveur selectif de la figure 3; - la figure 5 illustre la notion de << bit le plus significatif >> pour la determination de la frequence d'un oscillateur numerique du recepteur de la figure 1; la figure 6 represente ledit detail de la figure 2 selon un deuxieme mode de realisation; - la figure 7 represente ledit detail de la figure 2 selon un troisieme mode de realisation; - la figure 8 represente une realisation de filtre utilisable selon ['invention; - la figure 9 represente graphiquement, sur une echelle logarithmique, la fonction de transfert du filtre de la figure 8 pour trots facteurs multiplicatifs, - la figure 10 represente un circuit realisant un comparateur de frequences utilisable selon ['invention; -5 - la figure 11 est une representation graphique, sur une echelle lineaire, des reponses du filtre pour trots frequences centrales et - la figure 12 represente un circuit d'ensemble obtenu en reunissant certains
des circuits precedemment decrits.
Le graphe de la figure 1 montre un spectre radiofrequence 20 en ondes courses d'un signal comportant differentes emissions sur des canaux analogiques 22, differentes emissions sur des canaux numeriques 24 et differentes emissions en Simulcast, c'est-a dire sur des canaux mixtes 26, a des niveaux relatifs divers. Sur ce graphe les canaux numeriques vent schematises par une enveloppe arrondie, les canaux analogiques par une enveloppe pointue et les canaux Simulcast par un chevauchement des canaux
analogiques et des canaux numeriques.
En trait fort, on a materialise un filtre analogique 28, dont la fonction est dtisoler une bande de frequences comportant un canal selectionne par un utilisateur, c'est-a-dire le canal par lequel est transmise ['emission radiodiffusee que cet utilisateur souhaite
entendre ou regarder suivant qu'il s'agit d'un signal audio ou video.
On comprend que la selectivite du filtre 28 conditionne la qualite de la demodulation permettant ['exploitation du signal re,cu, et encore quia qualite egale, la
demodulation sera d'autant plus aisee a realiser que le filtre sera selectif.
On designe par << rapport de protection >> la grandeur caracteristique permettant de quantifier ['aptitude d'un recepteur numerique a distinguer des canaux. En resume, si un recepteur numerique comporte en entree un filtre analogique tel que le filtre 28, on peut considerer que le rapport de protection de ce recepteur numerique est d'autant meilleur
que la selectivite du filtre analogique est elevee.
On va maintenant decrire le fonctionnement du filtre analogique 28 selon
I 'i nventi on.
Sur la figure 2, on a represente de maniere tres simplifiee le circuit d'un recepteur numerique 30 qui comprend d'une part une composante analogique 32, d'autre part une
composante numerique 34.
Chacune de ces composantes est prevue pour etre integree dans une puce electronique assurant a la fois une bonne reproductivite et un falble prix de revient, ainsi
qu'un encombrement tres reduit.
La composante analogique 32 re,coit les signaux captes par trots antennes 36, 38 et 40, dediees respectivement aux ondes courses, aux ondes moyenne et aux ondes longues. -6 On stinteresse globalement au bloc de filtrage 42 en tent quielement destine a fonctionner selon une bande de frequences donnee, la plus etroite possible, autour d'un
canal d'emission selectionne par l'utilisateur du recepteur numerique 30.
Concretement, la bloc de filtrage 42 comporte deux filtres suiveurs 44 et 46. Le premier 44 de ces deux filtres traite les signaux recus par l'antenne dediee aux ondes courses, alors que le deuxieme 46 traite les signaux recus par les antennes 38 et 40
dediees aux ondes moyennes et longues.
Dans la suite de la description, on ne distinguera pas entre les deux filtres
suiveurs 44 et 46 qui vent chacun prevus pour fonctionner selon ['invention et l'on designee globalement le bloc de filtrage 42. Les indications qui vont suivre peuvent s'appliquer aussi bien au filtre suiveur ondes courses 44 quiou filtre suiveur ondes
moyennes et longues 46.
Le bloc de filtrage 42 recoit un signal de commande provenant de la composante
numerique 34 du recepteur 30.
1 5 En aval du bloc de filtrage 42, la composante analogique 32 comprend un controleur automatique 48, qui calibre le niveau du signal multiplex re,cu, comme cela est connu. La composante numerique 34 du recepteur 30 comprend tout d'abord un convertisseur analogique/numerique 50 ayant une frequence d'echantillonnage Fe predeterminee qui est choisie notamment en fonction de la selectivite du bloc de filtrage 42. En sortie du convertisseur analogique/numerique, on dispose du signal numerique multiplex qui reste a demoduler par la mise en oeuvre diun traitement classique de demodulation comprenant tout d'abord une etape de transposition frequentielle a ['aide d'un oscillateur numerique 52, afin de ramener le signal multiplex en bande de base. Puis on effectue des operations successives de filtrage 54 et de decimation 56 du rythme d'echantillonnage pour separer le canal recherche des autres composantes de la bande
selectionnee par le bloc de filtrage 42.
Comme on le volt sur cette figure 2, le signal de commande du bloc de filtrage 42 est fourni par un circuit de commande 58 acceptant en entree la frequence de l'oscillateur
numerique 52 servant a la transposition du signal en bande de base.
Comme on pourra le constater a la lecture des descriptions qui vont suivre de
realisations particulieres du recepteur 30 selon ['invention, le procede de commande du bloc de filtrage 42 tire profit du fait que, dans un systeme a conversion analogique/numerique directe tel que celui qui est decrit, le signal radio a demoduler est transpose en bande de base par un oscillateur numerique 52 dont la frequence
correspond a la frequence centrale du canal selectionne.
On va maintenant detailler successivement trots variantes de realisation du circuit de commande 58 de l'un quelconque des filtres suiveurs 44 ou 46, par exemple le filtre 44 dans le cas de la reception d'ondes courses. Dans le mode de realisation illustre par la figure 3, le filtre 44 est en fait constitue de deux filtres analogiques 60 et 62 a frequence centrale variable, egalement nommes << filtres agiles en frequence >>, qui vent appaires et asservis par la meme commande. L'un
de ces deux filtres est alimente par une source de bruit blanc 64.
1 0 Ces deux filtres 60 et 62 evoluent ensemble dans la plage de frequences du signal recu par l'antenne 36. On designee par << premier filtre >> 60 le filtre alimente par la source de bruit blanc 64 et par << second filtre >> 62 le filtre recevant le signal multiplex capte par l'antenne. En d'autres termes, lorsque le signal de commande deplace ia bande seiectionnee vers des frequences superieures, la selection du canal dans le signal multiplex volt sa
frequence centrale evoluer comme la frequence centrale du premier filtre 60.
Comme cela est illustre par la figure 4, I'application d'un bruit blanc 64 sur le premier filtre 60 fournit, en sortie de ce second filtre, un signal filtre 66 dont la frequence maximale 68 est la frequence moyenne de la bande filtree, laquelle est egalement la
frequence centrale de la bande filtree.
En d'autres termes, le premier filtre 60 est choisi pour fournir en sortie une
frequence qui est egale a sa propre frequence centrale.
Du fait que les premiers et seconds filtres 60, 62 vent appaires, la frequence de sortie du premier filtre 60 n'est autre que la frequence centrale des deux filtres appaires et done notamment la frequence centrale du second filtre 62 selectionnant le signal multiplex. Comme on le volt sur la figure 3, cette frequence de sortie du premier filtre 60 est envoyee a un comparateur de frequences 70 qui recoit par ailleurs la frequence de l'oscillateur numerique 52 realisant la transposition frequentielle du signal multiplex
numerique fourni par le convertisseur analogique/numerique 50.
II est remarquable que cette frequence peut avantageusement etre fournie sous la forme d'un top (ou battement) correspondent au bit le plus significatif de ['ensemble des bits de quantification definissant numeriquement le signal sinusodal de l'oscillateur
numerique 52.
La figure 5 permet de bien comprendre en quoi consiste ce bit le plus significatif, que l'on designee de maniere abregee le << bit le plus significatif de l'oscillateur
numerique 52 >>.
Le signal sinusodal 72 correspondent a la frequence de l'oscillateur numerique 52 est represente numeriquement par une succession de mots binaires 74 comprenant chacun un meme nombre N de bits de quantification juge necessaire et sufffisant pour
refleter la dynamique A du signal 72.
Le bit le plus significatif 76 de ces mots binaires 74 prend la valeur booleenne << vrai >> a chaque passage par son maximum du signal sinusodal 72. L'intervalle de 1 0 temps T entre deux valeurs << vrai >> du bit le plus significatif 76 fournit done la periode du signal. Ce bit le plus significatif 76 est done bien caracteristique de la frequence de
l'oscillateur numerique 52.
Le signal fournissant la frequence centrale des deux filtres 60 et 62 et le signal constitue par le bit le plus significatif de l'oscillateur 52 vent compares par le comparateur de frequences 70 qui fournit un signal de sortie dont la tension est proportionnelle a la difference de frequences constatee entre les deux signaux d'entree. Cette tension est classiquement filtree et calibree puis reinjectee aux deux filtres 60 et 62 pour modifier une caracteristique d'un de leurs composants variables afin de deplacer leur frequence centrale. On comprend que la comparaison de frequences entre la frequence centrale fournie par le premier filtre 60 et la frequence de l'oscillateur numerique 52 garantit un
centrage optimal de la bande de filtrage autour du canal selectionne par l'utilisateur.
En effet, I'utilisateur regle la frequence de l'oscillateur numerique en vue de la demodulation, et la frequence de l'oscillateur numerique impose la frequence centraie des
filtres analogiques par asservissement desdits filtres.
Ainsi, toutes les variations des composants servant au reglage des filtres 60 et 62 vent automatiquement prises en compte et corrigees de sorte qu'en depit de ces variations, les filtres centrent toujours leur bande de filtrage autour de la frequence
souhaitee par l'utilisateur.
En outre, l'asservissement du bloc de filtrage analogique 42 procure une resolution de position illimitee, resolution qui ne peut etre atteinte avec un traitement numerique de
['ensemble du signal multiplex.
Dans le deuxieme mode de realisation illustre par la figure 6, on utilise deux filtres en cascade (ou en eerie) 78 et 80 pour realiser le filtre 44. L'interet de cette cascade est
de fournir une grande selectivite de filtrage.
Dans ce mode de realisation, le signal qui est fourni au comparateur de frequences 70 comme signal caracteristique de la frequence centrale des filtres est directement issu du signal radio multiplex capte par l'antenne. Du fait que ce signal radio peut com porter, a proxi mite d u canal recherche, un signal de fort niveau qui perturberait la comparaison et provoquerait un centrage de la bande de filtrage autour de ce signal de fort niveau et non autour du canal recherche, il est effectivement important d'obtenir une
selectivite aigue du filtrage.
Dans le mode de realisation illustre par la figure 7, le meme principe de fonctionnement du circuit de commande 58 est mis en oeuvre differemment a ['aide d'un filtre 44 realise par un circuit d'accord d'antenne classique 82 a inductances et capacites
de grande selectivite.
Sur les figures 8 a 12, on a illustre des exemples de realisation de filtres suiveurs tels que les filtres 60, 62, 78, 80 et d'autres composants d'un circuit de traitement d'un
signal radio multiplex.
Le filtre represente sur la figure 8 utilise des premier et second amplificateurs operationnels 84 et 86 dont ['accord est rendu variable par des transistors a effet de champ. La selectivite du filtre est obtenue par l'intermediaire d'un reseau 88 coupe bande en double T (filtre Notch) place dans la boucle de contre reaction des amplificateurs operationnels. Le premier amplificateur operationnei 84 joue le role d'amplificateur adaptateur
d'impedance d'entree ainsi que d'inverseur pour la boucle de contre reaction.
Le second amplificateur operationnel 86 effectue ['adaptation d'impedance du circuit en double T 88 et fixe le gain de boucle (R5+R4)/R4 qui determine le rejet hors
bande du filtre.
Le reseau en double T 88 comporte, dans un agencement classique, des varistances R', R2, une resistance R3 et des condensateurs C' et C2. La frequence centrale du filtre est fixee par le reseau en double T et vaut f0 = 1 / 2.Tr.R'.C' pour R2 = R. / 2 et C2 = 2 C,. La resistance R3 sert a amortir la reponse du reseau de telle fa,con que le facteur de surtension varie proportionnellement avec la frequence fO. Ainsi la bande reste constante queue que soit la frequence centrale. II est necessaire de compenser le gain de contra-reaction de la meme maniere en rendant variable une resistance R4 disposee entre la masse et ['entree inverseuse du second amplificateur
operationnel 86, a l'identique de R' ou R2.
La fonction de transfert du filtre suiveur ainsi realise est donnee par: 10 H(oix) I + Rdx 1 R btux | (_t C K o)t J RUYCdP()t I or6u) RdxCup(ol+ I I RUyCd*tu)t I Rdx Rdx R Cddoy{Rlx+1 Rux+ Ru.x FR {RdxP: I Rd.x F[Rux+ Rqx+R,. Cup(o>) RdxCuKu')tl | Cdp(ul t_ RuxCdp(ui+l CUd0VJ.t CUdro) RdxCup()+l ItlxCddQ>)t Rqx I + Rdx Rut Rux Ruxt I t Rdx t x |Rtixt Rux Cudm) RdxCup(o5)t I + RuxCdp(+ I RuxCdp(rD)h I t Cup(o,) RdxCuKto)h I iCudu) RdxCup(a>)t. RUxCdp(td)+ t Rt I t Rdx +Rt Rt R + Rux tRt Rt I Rdx +|Rlx Cup() RdxCugoo)t I RuxCdp()+ I C,rd0) RdxCtd0)+l RuxCdKo,)t I Avec les valeurs suivantes: Cu:= 27.10'2; Cd:= 54.10'2; Ru:= 200; Rd:= 100; Rt:= 22000; Rq:= 200; Rc:= 39000, on obtient une fonction de transfert dont la figure 9 fournit la representation sur une echelle logarithmique pour trots choix de resistance variable avec un facteur multiplicatif
de 1, 3 et 10.
Les frequences centrales vent respectivement de 29,5; - 9.8 et 2,95 MHz et
permettent de couvrir la bande des ondes courses qui s'etend de 3,1 a 26, 1 MHz.
Avec des choix differents de capacite, il est possible de definir d'autres valeurs de
frequence centrale et d'adapter le filtre aux ondes moyennes et longues.
On constate qu'une bande passante constante se traduit en echelle logarithmique
par un resserrement des courbes a la frequence centrale.
On remarque egalement, sur la figure 9, que ['attenuation hors bande est differente pour les trots frequences centrales, ce qui resulte de l'amortissement et du gain de contre reaction differents, de maniere a conserver une bande passante et un gain a la frequence centrale quasi constants. Neanmoins, pour le plus falble rejet hors bande lorsque la frequence centrale vaut 2,95 MHz, les performances du filtre restent satisfaisantes en
rejet hors bande des autres composantes du multiplex.
Le comparateur de frequences 70 represente sur la figure g possede la caracteristique suivante: G(X(t)) = X(t).X(t - ) ú(t) = G(X(t)) - G(Y(t)) + ú(t - 8) [1- G(X(t))l[1- G(Y(t))] ou G(X(t)) et G(Y(t)) vent respectivement la sortie du filtre quantifiee sur un bit et le bit le plus significatif 76 de ltoscillateur numerique 52; o est un retard analogique tel que o < 1/(10.0 et qui correspond, dans la realisation decrite, au retard introduit par les portes
logiques 90.
Le gain de ce comparateur est donne par: f) = I +f / fFl.sv
ou fre, est la frequence fixee par l'oscillateur numerique.
Le fi ltrage de boucle, qui est real ise de maniere conventionnel le. determine les caracteristiques et performances de l'asservissement. La boucle est a retour unitaire. Afin d'obtenir une erreur de position nulle en frequence, il est necessaire de realiser une
integration de lterreur en sortie du comparateur de frequences.
On appelle Kc, Kb et Kf les gains respectifs du comparateur de frequence, du filtre
de boucle et du filtre accorde.
Les equations qui regissent le systeme vent ainsi les suivantes:
Gain de boucle ouverte: H(p) = ff'/re(P) = K avec K=Kc.Kb.Kf.
f',(P) P Gain de boucle fermee: G() H(p) K
1+H(P) P+
Expression de l'erreur: fe(P) = fref (P) - fJi''re(P) = fret(p) (1- G(p)) Erreur de position: f (p) =- pour une entree frf (p) = fref
et le theoreme de la valeur finale donne une erreur de position nulle.
On en deduit la reponse a un ecart de frequence initial Afref: ffi,re(t) fref.(1 e) avec f (t) = Afref.e-' Application numerique: Pour un fonctionnement jusqu'a 30 MHz et un decalage initial de 1 MHz Kc = 0,0164; Kb = 1.10e5; Kf = 10
D'ou: K = 16400.
Le filtre suiveur se trouve accorde a 90 % de la valeur finale au bout de 2/K =
0,122 ms.
En fait, il faut plus de temps pour que le filtre se trouve accorde a 99 % de la
valeur car le gain du comparateur de frequence diminue.
Neanmoins, experimentalement, on constate que le temps pour lequel on peut considerer que le canal est cafe dans la bande passante du filtre reste tres court,
d'autant plus que la selectivite du filtre est moins elevee.
On verifie que pour des decalages de frequence plus important le temps d'etablissement du filtre augmente mais demeure instantane a l'echelle de l'utilisateur
(moins de 0,1 s).
Concretement, si on realise le circuit de la figure 12, qui correspond au recepteur numerique de la figure 3 lorsque les filtres 60 et 62 vent detailles conformement au circuit illustre a la figure 8 et lorsque le comparateur de frequences 70 est lui aussi -12 detaille conformement au circuit represente a la figure 9, on peut verifier les
caracteristiques attendues du systeme de filtrage suiveur.
Le bruit blanc est genere de fa,con simple par une diode de bruit ou une
resistance de forte valeur dont on a amplifie la tension de bruit presente a ses bornes.
Sur la figure 11, apparaissent en echelle lineaire les reponses du filtrepour trots frequences centrales 1 O. 20, et 30 MHz qui coincident avec les frequences de
demodulation correspondantes generees par l'oscillateur numerique.
La selectivite assez moyenne satisfait au compromis qui doit etre effectue avec
la necessite dun bon appairage entre les deux filtres.
Le montage a ete realise avec des composants courants sans precaution particuliere, mais dans le cadre d'une integration, il pourrait etre envisage sans diffficulte d'augmenter la selectivite du fait d'une bonne reproductibilite des valeurs de ces elements.
II est bien entendu que les modes de realisation decrits ci-dessus ne presentent
aucun caractere limitatif et qutils pourront recevoir toute modification desirable sans
sortir pour cela du cadre de ['invention.
-13
Claims (14)
1. Procede de commande d'un filtre analogique passe-bande (44, 46) a frequence centrale reglable, destine a etre applique a un signal radio en vue de sa conversion en un signal numerique devant etre demodule, la demodulation incluant une etape de transposition frequentielle du signal a ['aide d'un oscillateur numerique (52), caracterise en ce q ue l 'on asservit le fi ltre anal ogique a l 'osci l lateur numeri que de
maniere que la frequence centrale audit filtre soit fixee par ledit oscillateur numerique.
2. Procede selon la revendication 1, caracterise en ce que l'on asservit le filtre analogique (44, 46) en comparant une frequence de sortie du filtre a la frequence de sortie de l'oscillateur numerique (52) et l'on commande un composant (88) variable
du filtre par un signal proportionnel a la difference de frequences constatee.
3. Procede selon la revendication 2, caracterise en ce que la frequence de sortie de l'oscillateur (52) est determinee par la detection du passage a une valeur 1 5 booleenne predeterminee du bit (76) le plus significatif de mots binaires (74) de
quantification d'un signal sinusoidal (72) correspondent a la frequence de l'oscillateur.
4. Procede selon l'une quelconque des revendications 1 a 3, caracterise en
ce qu'on utilise un comparateur de frequences (70) qui fournit une tension de sortie proportionnelle a la difference algebrique entre la frequence centrale (68) de la bande
filtree, issue du filtre analogique, et la frequence de l'osciliateur numerique.
5. Procede selon l'une quelconque des revendications 1 a 4, caracterise en
ce que la frequence de sortie du filtre analogique (44, 46), qui est utilisee pour comparaison avec la frequence de ltoscillateur numerique, provient de deux sources
differentes (36, 38, 40, 64).
6. Procede selon l'une quelconque des revendications 1 a 5, caracterise en
ce qu'on injecte un bruit blanc (64) en entree d'un premier filtre analogique (62) et i'on compare la frequence de sortie de ce premier filtre a la frequence de l'oscillateur numerique pour obtenir un signal de commande qui est reinjecte en boucle audit premier filtre (62), ainsi qu'a un second filtre (60) appaire au premier et presentant les
memes caracteristiques electriques.
7. Procede selon l'une quelconque des revendications 1 a 5, caracterise en
ce qu'on injecte dans le filtre analogique (44, 46; 62; 78, 80) le signal radio devant etre demodule.
8. Procede selon la revendication 5, caracterise en ce qu'on place deux filtres analogiques en cascade (78, 80) , ces deux filtres etant commandes par le meme
signal d'asservissement issu de la comparaison des frequences.
-14
9. Dispositif de reception d'un signal radio a conversion analogique/numerique directe comportant d'une part une composante numerique (30) qui comprend un convertisseur analogiquelnumerique (50) et un demodulateur a oscillateur numerique (52), et d'autre part une composante analogique (32) qui comprend un filtre analogique passe-bande (42) a frequence centrale reglable, caracterise en ce qu'il comporte des moyens (58) d'asservissement du filtre analogique
passe-bande a l'oscillateur numerique.
10. Dispositif selon la revendication 9, caracterise en ce que les moyens (58) d'asservissement comportent un comparateur de frequences, entre une frequence de sortie du filtre (42) et la frequence de ltoscillateur numerique (52), pour fournir en sortie
du comparateur un signal de commande qui est reinjecte en boucle audit filtre.
11.Dispositif (42) de filtrage analogique passe-bande a frequence centrale reglable, destine a etre applique a un signal radio en vue de sa conversion en un signal numerique devant etre demodule, la demodulation incluant une etape de transposition frequentielle du signal a ['aide d'un oscillateur numerique, caracterise en ce qu'il comporte des moyens (88) d'adaptation de la frequence centrale du filtre analogique
passe-bande a la frequence de l'oscillateur numerique.
12. Dispositif de filtrage (42) selon la revendication 11, caracterise en ce qu'il comporte deux filtres analogiques (60,62) a frequence centrale variable, appaires pour I'adaptation de leur frequence centrale, I'un des deux filtres (60) etant adapte pour recevoir le signal radio et l'autre (62) pour recevoir un signal en provenance d'une source de bruit blanc (64) pour fournir en sortie une valeur precise de la frequence centrale.
13. Dispositif de filtrage (42) selon la revendication 11, caracterise en ce qu'il
comporte deux filtres analogiques (78,80) montes en cascade.
14. Dispositif de filtrage (42) selon la revendication 11, caracterise en ce qu'il
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Patent Citations (2)
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