Brevet FR2283593A1 — publié le 19760326

La presente invention est du domaine des transmissions de donnes. ELle concerne un denodulateur, de type numérique, pour onde nodule en fréquence ou en phase par un signal de données, permettant notassent la démodulation d'ondes modulées transmises sous forme d'un système multiplex à répartition de frequence. La transmission de signaux de données à faible rapidité co-ne par exemple les signaux télégraphiques et Telex, s'effectue souvent à travers le réseau telephonique. I1 est alors necessaire que ces signaux, qui mettent en oeuvre des courants continus, soient nodifies avant d'etre appliqués à la ligne de transmission. Pour ce faire on module des ondes porteuses par les inforsations de donnees de façon a obtenir des ondes modulées en fréquence (ou en phase) dont le spectre occupe la bande de fréquences (vocale ou transposée) pouvant être transmise par un tel canal de transmission. A la réception il faut donc dénoduler ces ondes transmises pour retrouver les signaux de données initiaux. Il est connu d'utiliser pour effectuer une telle démodulation de fréquence des discriminateurs de fréquence comportant des circuits résonnants à capacité et inductance, accordés sur les fréquences de modulation a discriminer qui correspondent aux différentes valences des signaux de données. Ces discriminateurs sont précédés d'un ensemble de filtres passe-bande permettant de séparer, dans le cas d'une transmission sous forme d'un système multiplex a répartitions de fréquence, les différentes voies de ce syst0lae. Plus récemment ont été proposés des dispositifs utilisant des techniques numériques pour permettre la dénodulation de plusieurs ondes modulées sur la base de la division temporelle, un meme équipement étant alors cown pour les différents signaux a démoduler.Dans ces démodulateurs uniériques, les circuits analogiques résonnants sont remplacées par des filtres numériques résonnants qui reçoivent pour chaque onde modulée, a travers un filtre passe-bande, une suite de valeurs numériques définissant sous forme échantillonnée un signal de forme d'onde carré dont les changements de niveaux coïncident a peu pres avec les passages a zéro de l'onde modulée correspondante. C'est donc a partir de ce signal de forme d'onde carrée qui représente l'onde modulée écrêtée au voisinage de zéro, que s'effectue la discrimination de fréquence. Cet écrêtage introduit des distorsions de non linéarité qu'il n'est pas très aisé de surmonter. La réalisation d'un tel démodulateur numérique est en outre assez complexe car elle nécessite un assez grand nombre de filtres numériques : un filtre passe-bande pour limiter avant discrimination le spectre de l'onde modulée ; au moins deux filtres résonnants (un pour chaque fréquence a discriminer) t un filtre passe-bas pour limiter le spectre des signaux obtenus apres discrimination des fréquences par les filtres résonnants. De plus la démodulation d'ondes modulées multiplexées nécessiterait soit un circuit analogiquede déinîtiplexage a l'entrée pour séparer les différentes voies, soit une complexité tres accrue des circuits numériques. La présente invention a pour but de pallier ces inconvénients tout en conservant les avantages de fonctionnement en temps partagé, et de permettre notamment la démodulation d'un système multiplex a répartition de fréquence d'ondes modulées en fréquence ou en phase a l'aide d'équipements numériques plus simples. Elle est particulierement bien adaptée aux systemes de télégraphie harmonique qui transmettent des signaux télégraphiques issus d'une pluralité de sources, sous forme d'un système multiplex a répartition de fréquence dans lequel les fréquences des ondes porteuses sont comprises dansla bande vocale. L'invention a pour objet un démodulateur numérique pour onde modulée en fréquence ou en phase par un signal de données, caractérisé en ce qu'il comporte un ensemble de conversion analogique-numérique pour délivrer en réponse à une onde modulée incidente deux composantes en quadrature représentant l'onde modulée incidente centrée autour d'une fréquence F, et définies 9 des instants discrets par leur amplitude codée numériquement, et un ensemble numérique de discrimination comprenant un premier moyen pour déterminer de façon discrète et codée, a partir desdites composantes, un signal de discrimination dont les valeurs successives représentent une fonction trigonométrique de l'incrément de phase, sur un intervalle de temps prédéterminé, de l'onde modulée centrée autour de la fréquence F, un filtre numérique de lissage, et un second moyen pour régénérer sous forme échantillonnée le signal de données modulant par examen des valeurs instantanées successives du signal de discrimination lissé au préalable dans ledit filtre de lissage. Dans un mode préféré de réalisation de l'invention, la fréquence F est nulle. L'invention va être expliquée plus en détail ci-dessous en se référant a la figure unique ci-annexée qui représente un schéma synoptique d'ensemble d'un équipement de démodulation selon l'ivention. A titre illustratif et nullement limitatif on se placera dans le cadre d'une application a un systeme de télégraphie harmonique a modulation de fréquence. Dans la figure apparaît un système multiplex de fréquence M, groupant n ondes Ml 9 Mn modulées par des signaux télégraphiques bivalents ql a qn respectivement, et de fréquences centrales respectives F1 a Fn. Le système multiplex M est appliqué a un dispositif selon l'invention qui délivre sur n sorties des signaux q'l a q'n mettant en oeuvre des courants continus et correspondant respectivement aux signaux qt a qn régénérés sous leur forme initiale. Pour fixer les idées, dans un système de télégraphie harmonique a 24 voies avec des signaux télégraphiques de rapidité 50 bauds par exemple, les fréquences centrales F1 a Fn sont échelonnées entre 420 Hz et 3180 Hz selon la formule Fi = 300 + (120.i) Hz avec I d 24, les déviations normalisées de fréquence étant de + 30 Hz autour des fréquences centrales. On utilise une démodulation de type a voie banalisée dans laquelle les ondes Ml a Mn sont transposées autour d'une meme fréquence F, dite banalisée, avant d'être démodulées. Selon l'invention, le principe utilise ensuite pour la discrimination des fréquences de modulation consiste, pour une voie, a examiner la progression de la phase, en fonction du temps, de l'onde modulée correspondante transposée dans la voie banalisée, cet examen se faisant par l'intermédiaire du sinus des incréments de cette phase entre des instants discrets régulièrement espacés. Le système multiplex M est appliqué, a travers un régulateur de niveau I qui peut être-de tout type connu, a un filtre passe-bas 2 de fréquence de coupure voisine de 4 kHz pour éliminer les fréquences indésirables situées en dehors de la bande vocale. Le système multiplex, soit M', sortant du filtre 2 est envoye a un ensemble de conversion analogique-numérique 3 qui transforme le multiplex a répartition de fréquence en un multiplex a répartition dans le temps.L'ensemble 3 comporte a l'entrée un échantillonneur codeur 31 pour effectuer une conversion en numérique du système multiplex M' ; il comporte également un synthétiseur d'ondes 32 pour engendrer numériquement n ondes de transposition Pl a Pn dont les fréquences sont décalées de la fréquence F par rapport aux fréquences centrales Fl a Fn respectivement, et un circuit de transposition 33 suivi d'un filtre numérique de voie 34. Le circuit de transposition 33 reçoit d'une part à travers l'echantillonneur-codeur 31 le système multiplex M' et d'autre part, de façon séquentielle, les n ondes de transposition Pi a Pn pour transposer numériquement le système multiplex M' par chacune des ondes de transposition.Le filtre 34 élimine les résidus de transposition afin de délivrer sous forme numérique n ondes modulées M'1 a M'n correspondant respectivement aux ondes Ml a Mn transposées autour de la fréquence F. Les ondes M'l a M'n sont appliquées a un ensemble de discrimination 4 comportant un bloc de calcul 41- qui délivre pour chacune des voies, un signal de discrimination, soit a i pour la voie i, dont les valeurs successives représentent le sinus des valeurs successives de l'incrément de phase sur un intervalle de temps fixe de l'onde modulée M'i correspondante. L'ensemble 4 comporte également un filtre passe-bas de lissage 42, pour limiter le spectre des signaux de discrimination concernant les différentes voies, et un circuit 43 pour régénérer sous forme échantillonnée les signaux télégraphiques a partir des informations issues du filtre 42.Les signaux régénérés q'i a q'n sont obtenus sur n sorties d'un organe de démultiplexage 5 alimenté par le circuit de régénération 43. Les ondes modulées M'1 a M'n, obtenues par transposition dans l'ensemble 3 des ondes Ml a Mn respectivement, sont, chacune, alternativement de fréquence f1 et f2 avec, f représentant l'écart de modulation fi = F - f ,f2 = F + f, les passages d'une fréquence à l'autre correspondant aux transitions des signaux télégraphiques modulants.On choisit de préférence la fréquence F égale a zero les fréquences fl et f2 étant alors égales respectivement a - f et + f, la variation de phase des ondes M'l à M'n sur une période d'échantillonnage change de signe avec la valence des signaux télégraphiques ; pour discriminer pour une voie donnée les fréquences fl et f2, il suffit alors de reconnaître le signe des valeurs successives de l'incrément de phase concernant cette voie et par suite le signe du signal de discrimination correspondant. Dans l'ensemble de conversion 3, l'échantillonneur-codeur 31 échantillonne le système multiplex M' a une fréquence fe fixée à 8 kHz, le système M' ne comportant pas de fréquence supérieure à 4 kHz, et délivre pour chaque échantillon un nombre binaire e représentant l'amplitude codée de cet échantillon. Le nombre e est avantageusement constitué de 12 bits. Le circuit de transposition 32 engendre les ondes de transposition P1 à Pn dont les fréquences sont respectivement F1 à Fn puisque la fréquence banalisée F est nulle, sous forme de deux composantes en quadrature. A chaque période d'échantillonnage et pour chaque onde Pi à synthétiser, le synthétiseur 32 délivre successivement deux nombres binaires Si et Ci constitués avantageusement de 9 bits et représentant respectivement l'amplitude instantanée de ces deux composantes. Ce synthétiseur peut être du type de celui décrit dans la demande de brevet n 74 14 917 déposée le 29 Avril 1974 au nom de la demanderesse. Le circuit de transposition 33 effectue pendant chaque période d'échantillonnage le produit (en binaire) du nombre e par successivement chacun des nombres S1, Cl, ..., Sn, Cn, et délivre les résultats de ces multiplications sous forme de nombres binaires, c'l, s'l, ..., c'n, s'n respectivement qui comportent avantageusement 9 bits. Pour la voie i, les composantes de l'onde de transposition Pi sont de la forme sinus . t) et cos(Qi . t) avec = 2.ir Fi d'autre part le système multiplex M' peut s'écrire sous la forme iel ai . sin [#i . t + #i(t) + ety i(t) est le terme correspondant à la modulation. Dans ces conditions les nombres c'i et s'i représentent respectivement l'amplitude instantanée de deux ondes qui peuvent se mettre sous la forme ai cosit + jazz+ Ui et ai 2 . cos [#i(t) + &alpha;i(t) + Ui et ai . sin [#i (t) + &alpha;i] + Vi où les premiers termes de chacune des deux expressions représentent la voie i transposée autour de la fréquence zéro, et où les termes Ui et Vi, résultant de la transposition des n-1 autres voies et des produits d'intermodulation, ne comportent que des fréquences supérieures en valeur absolue a f. Le filtre numérique de voie 34 qui a pour râle d'éliminer pour les différentes voies les résidus de transposition U1, V1, a Un, Vn respectivement est un filtre passe-bas (fréquence centrale zéro). il est utilisé en temps partage et traite successivement pendant chaque période d'échantillonnage les nombres c'1, s'l, ..., c'n, s'n ; sa fréquence de travail est donc de (2.n.8000) Hz. Il est avantageusement constitué d'un filtre récursif à cinq pâles, de type connu ; dans l'exemple considéré avec des signaux télégraphiques de rapidité 50 bauds il est réalisé de façon a couper les fréquences au-del de 30 Hz, la frequence f ayant dans ce cas une valeur (normalisée) de 30 Hz. En réponse aux nombres binaires c'l, s'1, ..., c'n, s 'n, le filtre 34 délivre ainsi pendant chaque période d'échantillonnage des nombres binaires cl, s1, ..., cn, sn, respectivement qui sont appliqués a l'ensemble de discrimination 4, les nombres ci et si représentant l'amplitude instantanée de deux composantes en sinus et cosinus définissant ltonde modulée M'i.Les ondes M'i a M'n ayant, a ième une k periode d'échantillonnnage des phases tel (k) zen(k) respectivement, les nombres ci et si délivrés pour la voie i a la kième période d'échantillonnage représentent respectivement cos'fi(k) et sintfi(k) (en considérant que l'amplitude maximale des ondes, qui est constante, est ramenée a 1). Le bloc de calcul 41 reçoit les informations du filtre 34 pour déterminer a chaque période d'échantillonnage, le sinus des incréments de phase des ondes M'1 a M'n sur un intervalle de temps que l'on choisit avantageusement égal à quatre périodes d'échantillonnage pour obtenir une meilleure précision, les valeurs des incréments sur une période étant très faibles.Pour ce faire, le bloc 41 qui comporte une mémoire pour enagasiner temporairement les nombres cl, s1, ..., cn, sn, délivrés par le filtre 34 sur quatre périodes d'échantillonnage consécutives, effectue, a chaque période d'échantillonnage, pour chacune des voies successivement, le calcul suivant exprimé pour la voie i et la kieme période d'échantillonnnage (en tenant compte donc de la Ic-4)iee période d'échantillonnage) sin#i(k) . cos fi(k-4) - sin ti(k-4) . cos ti(k) de façon a délivrer en sortie, sous forme d'un nombre binaire définissant le signal de discrimination ai, l'expression sinpti(k) ti(k-4)J. On ne décrira pas de façon plus détaillée la constitution du bloc 41 ; l'hoi-t de l'art sait en effet réaliser un tel circuit, apte a effectuer sur des nombres binaires deux multiplications suivies d'une soustraction. Les incréments de phase sur l'intervalle de temps considéré sont de l'ordre de quelques degrés et ont donc meme signe que leur sinus. Pour régénérer les signaux télégraphiques modulants il suffit alors de détecter le signe des signaux de discrimination al a an lissés au préalable dans le filtre 42 pour diminuer au maximim la distorsion qu'introduit nécessairement l'échantillonnage du système multiplex M'. Ce filtre 42, qui permet également de parachever l'action du filtre 34 pour séparer (en fréquence) les différentes voies, est un filtre numérique passe-bas de type connu. Pour des signaux télégraphiques de rapidité 50 bauds sa frequence de coupure est de l'ordre de 30 Hz et sa fréquence de travail pour une voie est de 32 kHz. Le filtre de lissage 42 traite de façon séquentielle pour les différentes voies les informations délivrées par le bloc de calcul 41 ; les nombres binaires qu'il délivre en réponse sont appliqués au circuit de régénération 43 qui est ici un détecteur de signe répondant a un nombre binaire incident par une impulsion positive si ce nombre est positif, négative si ce nombre est négatif, de façon a régénérer sous forme échantillonnée les signaux télégraphiques modulants. Les impulsions délivrées par le circuit 43 sont envoyées l'organe de démultiplexage 5 qui comporte un circuit pour séparer les n voies et aiguiller les informations concernant ces voies vers respectivement n circuits de maintien en sortie desquels sont recueillis les signaux télégraphiques-régénétés q'1 a q 'n. On a décrit un exemple particulier de réalisation de l'invention, mais il est bien évident que l'on peut y apporter des modifications et/ou remplacer certains moyens par d'autres techniquement équivalents. Bien que l'exemple décrit corresponde un mode préféré de réalisation, il serait possible dans le cadre de l'invention que la fréquence F de la voie banalisée ne soit pas nulle ; dans ce cas d'une part le filtre de voie (34) de l'ensemble de conversion (3) serait un filtre passe-bande ayant F pour fréquence centrale, et d'autre part le circuit de régénération (43) comporterait des moyens pour comparer les signaux de discrimination lissés, a un seuil fixe non nul fonction de la fréquence F.Il serait également possible d'observer la progression de phase des ondes modulées partir d'une fonction trigonométrique autre que le sinus. En outre, bien qu'on ait décrit l'invention dans le cadre d'une démode lation de fréquence, le démodulateur selon l'invention peut tout aussi bien s'appliquer a une démodulation de phase ; dans ce cas le circuit de régénération (43) comporterait des moyens pour comparer les signaux de discrimination lissés a des valeurs de seuil fonction des sauts de phase utilisés lors de la modulation. On notera que le démodulateur selon l'invention peut également traiter des ondes modulées en fréquence ou en phase par des signaux de données ayant plus de deux niveaux lorsque ces signaux sont rythmiques ; dans ce cas, le circuit de régénération, qui doit comporter plusieurs seuils de comparaison correspondant aux différentes valeurs possibles des incréments de phase des ondes modulées, doit être piloté par le rythme des signaux modulants ; pour ce faire il faut prévoir un circuit additionnel, de type connu, pour extraire ce rythme à partir des signaux de discrimination lissés et l'appliquer au circuit de régénération (43). REVEND ICAT IONS 1/ Démodulateur numérique pour onde modulée en fréquence ou en phase par un signal de données, caractérisé en ce qu'il comporte un ensemble de conversion analogiquenumérique (3) pour délivrer en réponse a une onde modulée incidente deux composantes en quadrature représentant l'onde modulée incidente centrée autour d'une fréquence F, et définies a des instants discrets par leur amplitude codée numériquement, et un ensemble numérique de discrimination (4) comprenant un premier moyen (41) pour déterminer de façon discrète et codée, a partir desdites composantes, un signal de discrimination dont les valeurs successives représentent une fonction trigonométrique de l'increment de phase, sur un intervalle de temps prédéterminé, de l'onde modulée centrée autour de la fréquence F, un filtre numérique de lissage (42), et un second moyen (43) pour régénérer sous forme échantillonnée le signal de données modulant par examen des valeurs instantanées successives du signal de discrimination lissé au préalable dans ledit filtre de lissage (42). 2/ Démodulateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite onde modulée incidente faisant partie d'un système multiplex a répartition de fréquence, ledit ensemble de conversion analogique-numérique (3) comporte un échantillonneur codeur (31) pour échantillonner le système multiplex et coder numériquement l'amplitude des échantillons, un synthétiseur d'ondes (32) pour engendrer, sous forme de deux composantes en quadrature définies chacune par une série de valeurs numériques, une onde de transposition de fréquence propre a permettre la transposition de l'onde modulée incidente autour de la fréquence F, un circuit de transposition (33) pour transposer ledit système multiplex par l'onde de transposition en multipliant numériquement les valeurs successives desdits échantillons codés par les valeurs successives de chacune des deux composantes en quadrature de l'onde de transposition, et un filtre numérique de voie (34) traitant les informations issues du circuit de transposition (33) pour éliminer les résidus de transposition de façon à délivrer lesdites composantes en quadrature de 1 'onde modulée transposée autour de la fréquence F. 3/ Démodulateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que, ledit système multiplex comportant n voies transmettant chacune une onde modulée en fréquence ou en phase par un signal de données, ledit synthétiseur (32) engehdre une onde de transposition pour chaque onde modulée en vue de permettre la transposition autour de la fréquence F de chaque onde modulée, et applique de façon séquentielle audit circuit de transposition (33) les informations concernant les différentes-ondes engendrées, ledit circuit de transposition (33) effectuant sur la base du temps partagé la transposition du système multiplex incident par chacune des ondes de transposition en multipliant les valeurs successives des échantillons codés par les valeurs successives de chacune des deux composantes en quadrature de chacune des ondes de transposition, réalisant ainsi une conversion multiplexage en fréquencemultiplexage dans le temps desdites n voies, ledit filtre numérique de voie (34) traitant séquentiellemenC les informations concernant les n voies et issues dudit circuit de transposition pour éliminer les résidus de chacune des n transpositions de façon a délivrer multiplexées dans le temps, les composantes en quadrature de chacune des n ondes modulées transposées autour de la fréquence F, ledit ensemble de discrimination (4) traitant de façon séquentielle pour les n voies les informations issues dudit filtre numérique de voie (34) pour régénérer sous forme échantillonnée les n signaux de données et les délivrer ainsi multiplexés dans le temps. 4/ Démodulateur selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un organe de démultiplexage (5) recevant de l'ensemble de discrimination (4) les n signaux de données régénérés sous forme échantillonnée, et multiplexés, pour délivrer sur n sorties les signaux de données régénérés sous leur forme initiale. 5/ Démodulateur selon l'une des revendications 1 a 4, caractérisé en ce que la fonction trigonométrique déterminée par ledit premier moyen (41) de ensemble de discrimination (4) est la fonction sinus qui est calculée, pour chaque onde modulée incidente, a partir des deux composantes en quadrature correspondantes issues de l'ensemble de conversion (3), en mettant en application une règle de calcul trigonométrique connue. 6/ Démodulateur selon l'une des revendications 1 a 5, caractérisé en ce que la fréquence F est nulle. 7/ Démodulateur selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que, ledit système multiplex groupant n ondes modulées en fréquence par des signaux de données bivalents, ladite fréquence F est nulle, ledit premier moyen (41) de l'ensemble de discrimination (4) calcule pour chaque voie la fonction sinus dudit incrément de phase correspondant à cette voie, et ledit second moyen (43) de l'ensemble de discrimination (4) est constitué par un détecteur de signe.