Brevet FR2077493A1 — publié le 19711029

La présente invention a trait à des perfectionnements aux procé- dés et aux dispositifs de modulation à bande latérale unique compatible. L'accroissement continu, en puissance et en nombre, des émetteurs de radiocommunications, a rendu nécessaire la réduction de la largeur de bande qu'ils occupent dans les canaux de fréquences qui leur sont allouées. Un moyen, pour parvenir à ce résultat,est la modulation à bande latérale unique. En effet, une bande latérale d'un signal modulé en amplitude contient déjà toute l'information à transmettre, l'émission de la seconde bande latérale en train donc un encombrement inutile du spectre de fréquences. Il est indispensable que les signaux à bande latérale unique puissent entre exploités dans les récepteurs traditionnels prévus pour traiter des signaux à deux bandes latérales: en d'autres termes, le procédé de modulation à bande latérale unique doit entre compatible. Or, si l'on supprime purement et simplement une bande latérale de modulation, la variation dans le temps de 11 amplitude du signal haute fréquence représente bien la modulation, mais affectée d'une distorsion : en fait, un signal à bande latérale unique peut entre représenté par une fréquence dont la phase et l'amplitude sont variables en fonction du temps. Un tel signal est inexploitable sur les récepteurs traditionnels comportant une détection linéaire, à moins de placer une puissance importante sur la porteuse. Pour rendre compatible une modulation à bande latérale unique, il y a donc lieu d'effectuer une correction sur le signal et diverses méthodes ont été proposées, On connatt le procédé, proposé par la Demanderesse dans le brevet français NO 1 499 900, selon lequel on fait subir au signal à bande latérale unique comprenant ltensemble des composantes vocales utiles transformées et la porteuse, une transformation non linéaire définie par l'opération mathématique d'élévation au carré du signal analytique correspondant. On forme tout d'abord un signal à bande latérale unique de pulsation 2 s représenté par l'expression suivante dans laquelle a (t) e j T (t) représente le signal basse fréquence (information à transmettre). Après élévation au carré de ce signal, on obtient le signal t (t) qui est encore analytique si le spectre du signal basse fréquence est plus étroit que 2 ,ce qui est généralement le cas si l'on a choisi judicieusement pour engendrer la modulation à bande latérale uniques 2 On a donc, après élévation an carré L'examen de cette formule met en évidence que le spectre du signal est doublé du fait de la présence du terme en e (t) Si l'on examine les signaux vocaux, on staperçoit que leur spectre énergétique présente la particularité suivante: en moyenne la droite enveloppe a une pente de six décibels par octave et par conséquent le maximum d'énergie est concentré vers les fréquences basses. Donc si la distorsion du signal est élevée pour les fréquences basses du spectre de fréquences de la parole, l'intelligibilité risque dsttre eompbeomise puisque l'on peut trouver un niveau parasite élevé sur de raies qu contribuent beaucoup à la compréhension.Si au contraire ce sont les composantes supérieures du spectre qui sont affectées d'ure distorsion élevée, le niveau relatif de ces composantes tant déjà faible et les divers harmoniques rapidement en dehors de la bande passante basse fréquence, limitée par exeùiple à 3.000 Hz, le niveau parasite se portera sur des raies du spectre qui contribuent peu à la compréhension.Si donc le taux de distorsion devient important pour des fréquences supérieures à 1.500 Hz l'intelligibilité sera peu affectée0 On adoptera donc un système tel que le canal utilisé soit équivalent à celui d'une transmission à bande latérale unique, ctest-à- dire dont la bande passante n'excède pas 30500 Hz.Les fréquences basses du spectre vocal sont transmises à l'aide de trois raies comme le montre le calcul suivant, ~ effectué sur un signal sinuso!- dal, d'expression k cos wt (ou sous forme complexe k e i @ t On a : u (t) = (1 + k e a, t ) e i - t 2 et après élévation au carré (t) = (1 + 2 k e 2 X t + k2 e j 2 w t ) e i A t Le signal (t) apparat avec trois raies en +2a,~ Un détecteur d'amplitude classique qui met en évidence le module restituera le signal r (t) = I + k2 + 2 k cos a, t sans aucune distorsion dans le cas d'un signal monochromatique,et avec des produits dtintermodulation (mais n'affectant pas l'intelligibilité) dans le cas d'un signal composite. Si a, est supérieur à la fréquence maximale déterminée par un filtre, la détection s'effectue comme pour une modulation à bande latérale unique avec porteuse, c'est-à-dire que si k = 1 le taux de distorsion peut atteindre 22 fio, mais cela a toujours lieu pour les composantes supérieures du spectre. Un des buts de la présente invention est de proposer des perfectionnements au procédé connu exposé ci-dessus et un dispositif pour la mise en oeuvre dudit procédé, Le procédé conforme à l'invention est remarquable en ce que l'on module la porteuse, injectée au niveau de la génération d'un premier signal à bande latérale unique, proportionnellement à l'enveloppe syllabique du signal vocal et en ce que la porteuse non modulée est injectée de façon telle que le taux de modulation soit toujours maximal. Cette façon de procéder procure un certain nombre d'avantages. Tout d'abord, du fait que la porteuse est injectée proportionnellement à l'enveloppe syllabique du signal, ladite porteuse est totalement supprimée dans les blancs inter-syllabiques, on obtient une "porteuse flottante" (en terminologie anglo-saxonne"floating carrier") avec les avantages qui en découlent : diminution de la puissance moyenne et application intéressante pour la cryptophonie. Autre avantage important : la modulation à taux de modulation maximal et constant ( k = 1 ) correspond à un minimum de distorsion harmonique en cas de distorsion de phase lors du passage du signal à travers différents filtres. La description détaillée qui va suivre, en regard du dessin annexé, fera bien comprendre comment l'invention peut être réali suée. La fig. 1 représente le spectre énergétique d'un signal vocal ainsi que la droite enveloppe La fig. 2 représente les raies des fréquences basses du spectre transmis d'un signal à bande latérale unique, La fig. 3 est un schéma synoptique illustrant la mise en oeuvre du procédé de l'invention. La fig. 4 est un schéma de réalisation du dispositif conforme à 1'invention. La figure 1 met en évidence le résultat déjà énoncé, que la droite enveloppe, E, du spectre énergétique d'un signal vocal présente une pente de 6 décibels par octave, résultat qui justifie la compression de la bande du signal0 En abscisse est portée la fréquence F, exprimée en kHz, en ordonnée la dynamique D exprimée en décibels, La fig 2 représente les raies des fréquences basses du spectre transmis d'un signal à bande latérale unique. On a vu que pour transmettre le signal k e i a, t ,l'on obtient: # (t) = ( 1 + 2 k e j # t + k2 e j 2 # t )e j # t Pour transmettre, comme on se propose de le faire, un signal à indice de modulation constant et de plus, supprimer la porteuse dans les blancs intersyllabiques, il suffit de donner à t (t) la forme # (t) = (1 + 2 e j # t +e j2#t ) k e j # t Ce résultat est facilement obtenu si : D'après la dernière formulation de u (t) on voit que ce signal est la somme de deux termes u (t) = a (t) + b ( t) avec Le terme b (t) représente une modulation B.L.U. sans porteuse dont l'amplitude est proportionnelle à la racine carrée de l'enveloppe syllabique. Le terme a (t) correspond à une porteuse pure dont l'amplitude est également égale à la racine carrée de l'enveloppe syllabique. On obtient ces signawc de façon simple, suivant le procédé indiqué à la figure 3. On fait subir à une modulation B.L.U. sans porteuse pilotée par la fréquence F2 générée dans le modulateur en anneau (1) l'opération de compression. Après filtrage, en 2, un compresseur à diodes 3 délivre à sa sortie un signal proportionnel à #k e j#t e j # t qui est filtré et amplifié en 4. 2 Ce dernier signal est détecté dans 5 pour obtenir, après filtrage en 6 une tension variant au rythme de l'enveloppe syllabique. Cette dernière tension permet d'injecter à la sortie du modu lateur en anneau 7 une tension alterriative à la fréquence F pro 2 portionnelle à #k. Après filtrage et amplification de la porteuse en B, la sortie du circuit sommateur 3 donne le signal u (t) = ( 1 + e j#t) #k e j#t 2 Après élévation au carré dans 10 qui peut être un extenseurdoubleur tel que décrit dans le brevet français 1.255.429 on obtient # (t) = (1 + e JWt) 2 k e j#t ou # (t) = (1 + 2 e j#t + e (t) k j j2#t) Le filtre 11 sert à limiter la bande passante nécessaire, c'est-à-dire à supprimer le terme k e j2#t e j lorsque W représente une fréquence élevée du spectre vocal. Si la constante de temps pour la détection de l'enveloppe syllabique correspond à une fréquence de coupure de 100 Hz, cela signifie que la porteuse est transmise avec deux autres raies basse fréquence correspondant à cette fréquence de coupure. Dans ces conditions, si l'on transmet un signal sinusoIdal, on voit que la puissance instantanée #(t). ## (t) est, d'après la relation précédente # (t). # # # (t) = (6 + cos #t 8 2 cos #t) k . La puissance active est donc : 6 k, et est toujours propor- tionnelle au carré de l'enveloppe syllabique. -REVENDICATIONS lc Procédé de modulation à bande latérale unique compatible selon lequel on fait subir au signal à bande latérale unique comprenant l'ensemble des composantes vocales utiles transformées et la porteuse, une transformation non linéaire définie par l'opération mathématique d1élévation au carré du signal analytique correspondant, caractérisé en ce que l'on module la porteuse, injectée au niveau de la génération d'un premier signal à bande latérale unique, proportionnellement à 11 enveloppe syllabique du signal de modulation et en ce que la porteuse non modulée est injectée de façon telle que le taux de modulation soit toujours maximal. 2.- Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérise en ce qu'il comporte un premier organe modulateur en arceau auquel sont appliqués d'une part un signal de porteuse, de fréquence moitié de la fréquence à émettre, et d'autre part le signal de sortie d'un organe détecteur d'enveloppe alimenté par le signal de modulation, un premier organe de filtrage ne laissant passer que ladite porteuse modulée proportionnellement à l'enveloppe syllabique du signal, un second organe modulateur en anneau recevant d'une part le signal de sortie dudit premier organe de filtrage et, d'autre part, ledit signal de modulation, un circuit de réinjection de porteuse, un second organe de filtrage ne laissant passer que le signal à bande latérale unique avec porteuse un organe effectuant ltopéra- tion d'élévation au carré, enfin un organe de filtrage délivrant le signal à bande latérale unique compatible.