Brevet FR2494062A1 — publié le 19820514

DEMODULATEUR D' UNE ONDE MODULEE EN PHYSE ET SYSTEME DE TRANSMISSION COMPORTANT UN TEL DEMODULATEUR La présente invention concerne les démodulateurs d'une onde modulée en phase, et les systèmes de transmission comportant de tels démodulateurs. Certains systèmes de transmission nécessitent l'utilisation d'une onde modulée en phase selon une modulation du type T.F.M ("Tamed Frequency Modulation" en littérature anglaise) Cette modulation T.F.M est décrite en détail dans la demande de brevet français 78 25637. Pour un tel type de modulation, l'influence d'un bit de durée T s'étale sur KT (K entier positif supérieur à 1) et la variation de phase dans un intervalle de largeur T est alors fonction de K bits. L'utilité d'une modulation de ce type est de diminuer l'encombrement spectral d'une liaison numérique et par là même d'augmenter la protection entre deux canaux adjacents. Cependant, s'il apparalt que le modulateur peut être réalisé de façon simple et intégrable, il n'en est pas de même pour le démodulateur. En effet, une boucle de phase est nécessaire pour reconstituer la fréquence porteuse et les signaux utiles à la restitution du rthme numérique et à la restitution des bits émis. Or, si les circuits de reconstitution du rythme numérique sont intégrables, il n'en est pas de meme de la boucle de regénération de porteuse. Les dispositifs de démodulation utilisés actuellement pour démoduler une onde modulée selon une modulation du type ToFoM sont donc lourds et complexes. En outre, la présence d'une boucle de phase dans ces dispositifs pose des problèmes en cas d'émissions brèves de par le temps d'accrochage qui est propre à de tels dispositifs. La présente invention a pour objet de pallier ces inconvénients à l'aide de moyens simples. Selon l'invention, un démodulateur d'une onde modulée en phase selon une modulation du type T.F.M est caractérisé en ce qu'il comporte un discriminateur de fréquence ayant une entrée recevant l'onde modulée et une sortie délivrant un signal traduisant les variations de phase de l'onde ;; un dispositif de récupération du rythme auquel les bits ont été émis ayant une entrée couplée à la sortie du discriminateur t et un circuit de décision ayant des première et deuxième entrées respectivement reliées à la sortie du discriminateur et à la sortie du dispositif de récupération du rythme bit, ce circuit de décision déterminant les valeurs des bits re çus en utilisant les formules théoriques donnant la va riation de phase ss t pendant la période bit en fonction des bits significatifs associés à cette période. L'invention a également pour objet un système de transmission comportant un tel démodulateur. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaîtront à l'aide de la description ciaprès et des figures s'y rapportant qui représentent - la figure 1, un schéma synoptique du démodulateur selon l'invention ; - la figure 2, un schéma d'un mode de réalisation du circuit de décision du démodulateur selon l'invention ; - la figure 3, un schéma d'un mode de réalisation d'un discriminateur de passages à zéro utilisé pour le démodulateur selon l'invention dans le cas d'une modulation T.F.M ; - la figure 4, un schéma d'un mode de réalisation de ce discriminateur de passages à zéro dans le cas d'une modulation duobinaire - les figures 5a et 5b, des tableaux permettant d'expliquer le fonctionnement du circuit de décision du démodulateur selon l'invention. Dans la suite du texte et dans les revendications, le rythme auquel les bits sont émis sera appelé rythme bit, la période correspondante sera appelée période bit, et l'horloge donnant le rythme bit sera appelée horloge bit. I1 est rappelé que pour les modulations du type de la modulation T.F.M (appelée aussi modulation 7 - 3), l'action d'un bit dure plusieurs périodes d'horloge. Par exemple, pour la modulation T.F.M t cette action dure sept périodes d'horloge. Les première, deuxième, sixième et septième périodes constituent la partie lissage de l'action d'un bit. Les troisième, quatrième et cinquième périodes constituent la partie significative de l'action d'un bit. La modulation duobinaire (appelée aussi modulation 6 - 2) est du type de la modulation T.F.M et a quant à elle deux bits dans la partie significative A une suite donnée de bits correspond donc un parcours de phase qui est la sommation des variations de phase dues à chacun des bits.Pour la modulation 7 - 3, seuls trois bits sont influents pour déterminer l'état de la phase aux tops d'horloge, ce qui correspond au nombre de périodes d'horloge que dure la partie significative de l'action d'un bit. Pour chaque période bit, les trois bits influents seront appelés les bits significatifs. La modulation 6 - 2 a quant à elle deux bits significatifs. I1 existe donc des formules simples donnant la variation de phase tqk entre deux tops d'horloge aux instant tk et tk - T en fonction des bits significatifs (k pouvant varier de 1 à n, n entier positif, T étant la période bit). Dans le cas des modulations 7 - 3 et 6 - 2, ces formules sont les suivantes Modulation 7 Modulation 6 - 2 Dans ces formules, a k correspond à la valeur du bit associé à la période comprise entre les instants tk et tk - T t ak 1 et ak+1 correspondent respectivement à la valeur de bit précédent a k et à la valeur de bit suivant ak dans la suite donnée de bits Il est important de remarquer que la valeur de la dérivée de la phase associée à une suite donnée de bits selon le principe qui vient d'être rappelé, prend une valeur nulle à des instants espacés d'un multiple entier de fois la période d'horloges Nous verrons plus loin que cette propriété permet de récupérer le signal d'horloge bit a' partir d'une onde modulée selon le type de modulation dont il vient d'être rappelé les ca ractéristiques La démodulation d'une telle onde peut, selon l'invention, s'effectuer à l'aide d'un discriminateur de fréquence conformément au schéma du démodulateur décrit sur la figure 1. Sur cette figure, est représenté un discriminateur de fréquence 2 dont l'entrée est reliée à une borne d'entrée 1 destinée à recevoir une onde modulée en phase selon une modulation du type T.F.M , La sortie de ce discriminateur de fréquence 2 est reliée à l'entrée "+" d'un amplificateur 3 et délivre un signal basse fréquence BF dont les variations correspondent aux variations de phase du signal présent sur la borne d'entrée 1. En fait, l'amplitude de ce signal BF correspond à d qat) , # (t) correspondant à la phase de l'onde modu- lée. L'amplificateur 3, dont la fonction est d'amplifier ce signal basse fréquence, délivre un signal amplifié BFa Cet amplificateur est associé à un filtre basse fréquence 4 destiné à permettre un rattrapage de l'écart de réglage (1' "offset" en littérature anglaise) dû à un décalage en fréquence.Ce filtre 4 est inséré entre la sortie 8 et la borne "-" de l'amplificateur 3 La sortie 8 de l'amplificateur 3 est en outre reliée à l'entrée d'un circuit de décision 6 dont la fonction est de déterminer la valeur des bits reçus à partir du signal basse fréquence amplifié BF a et à l'aide de la formule théorique donnant la variation de phase ss q en fonction des valeurs des bits de la par- tie significative (formule Gî pour la modulation T,F.M et formule t pour la modulation duobinaire). La sortie de ce circuit de décision 6 est reliée à une borne de sortie 7 qui est destinée à recevoir les valeurs de bits déterminées par ce circuit 6. Cette détermination ne peut s'effectuer sans avoir au préalable récupérer le rythme auquel les bits ont été émis Le principe de cette récupération du rythme bit correspond en fait à un asservissement de fréquence et de phase sur les passages à zéro du signal basse fréquence fourni par l'amplificateur 3. En effet, comme nous l'avons déjà fait remarquer, les passages à zéro de ce signal, qui traduit la valeur de la phase de l'onde modulée, se produisent à des instants espacés d'un multiple entier de fois la période d'horloge bit T. Ce principe de récupération du rythme bit est mis en oeuvre par l'association d'un dispositif d'asservissement de fréquence et de phase 5, dont la sortie 52 est reliée à une entrée auxiliaire du circuit de décision 6, avec un discriminateur de passages à zéro 50 dont l'entrée et la sortie 51 sont respectivement connectées à la sortie 8 de l'amplificateur 3 et à l'en- trée du dispositif d'asservissement de fréquence et de phase 5. Le principe du discriminateur de passages à zéro 50 est fonction de la modulation utilisée. En effet, les critères de décision d'un passage à zéro du signal basse fréquence BF a dépendent de la forme de l'onde modulée. A titre d'exemple, il est donné sur les figures 3 et 4 des modes de réalisation d'un tel discriminateur dans le cas d'une modulation T.F.M (figure 3) et dans le cas d'une modulation duobinaire (figure 4). Sur la figure 3, un différentiateur 22, dont l'entrée est reliée à la sortie 8 de l'amplificateur 3, fournit un signal BFa' correspondant au signal dérivé du signal BF a La sortie de ce dérivateur 22 est connectée à l'entrée "+" d'un comparateur 23 et à l'entrée d'un comparateur 24 L'entrée "-" du comparateur 23 et l'entrée "+" du comparateur 24 reçoivent respectivement les valeurs de seuil +S' et -S'O Ces comparateurs 23 et 24 comparent l'amplitude du signal BF' aux va a leurs de seuil +S'. et -S' Le comparateur 23 délivre un signal de niveau logique "1" lorsque l'amplitude du si gnal BF' est supérieur à S' et le comparateur 24 déli a vre un signal de niveau logique "1" lorsque l'amplitude du signal BF' a est inférieure à -S' La sortie d'une porte OU,25, dont les première et seconde entrées sont respectivement connectées à la sortie du comparateur 23 et à la sortie du comparateur 24, fournit un niveau logique "1" lorsque l'amplitude du signal BF' est soit supérieure à +S', soit infé a rieure à -S'O Ce qui revient à dire que la sortie de la porte OU,25, fournit un niveau logique "1" lorsque la pente du signal BF a est soit supérieure à +S', soit inférieure à -8' Or, il a été trouvé expérimentalement qu'à chaque passage à zéro du signal BF a correspondait une valeur absolue de la pente du signal supérieure à une valeur de seuil donnée, ceci dans le cas d'une onde modulée selon une modulation T,F,M . En prenant S' égale à cette valeur de seuil, le signal de sortie de la porte OU,25, est utilisé pour valider les instants de détection de passages à zéro qui sont détectés par un détecteur de passages à zéro 27 dont l'entrée est reliée à la sortie 8 de l'amplificateur 3. La validation s'effectue à l'aide de la porte ET,26, dont les première et seconde entrée sont connectées à la sortie de la porte OU,25 et à la sortie du détecteur 27.Le détecteur 27 délivrant une impulsion à chaque instant auquel il est détecté un passage à zéro de l'amplitude du signal BFa La porte ET,26, dont la sortie correspond à la sortie 51 du discriminateur 50, fournit cette impulsion à l'entrée du dispositif d'asservissement 5 à condition d'être validée par le signal de sortie de la porte OU,25, Dans le cas d'une discrimination de passages à zéro à partir d'un signal BF a correspondant à une onde modulée selon une modulation duobinaire, le principe de discrimination est différent. Le critère de validation basé sur les valeurs de pente du signal ne peut être utilisé.Par contre, il a été trouvé expérimentalement que la détection d'un passage à zéro à un instant t1 peut être considérée comme correcte à condition que la valeur absolue du signal BF a ait dépassée une valeur de seuil S entre l'instant t1 et l'instant auquel il a été précédemment détecté un passage à zéro. Cette méthode de discrimination est mis en oeuvre par la structure montrée sur la figure 4o Sur cette figure, sont représentés deux comparateurs 16 et 17, une porte OU,18, une bascule 19, un détecteur de passages à zéro 20 et une porte ET121. L'entrée "+" du comparateur 1o, l'entrée "-" du comparateur 17 et l'entrée du détecteur de passages à zé- ro 20 sont connectées à la sortie 8 de l'amplificateur 3. L'entrée "-" du comparateur 16 reçoit la valeur +S et l'entrée "+" du comparateur 17 reçoit la valeur -S. La sortie du comparateur 16 et la sortie du comparateur 17 sont respectivement reliées à la première et à la seconde entrée de la porte OU,18, dont la sortie est connectée à l'entrée de la bascule 19. La sortie de cette bascule 19 et la sortie du détecteur de passages à zéro 20 sont respectivement reliées aux pre mière et seconde entréesde la porte ET,21 La sortie de cette porte ET,21, correspond à la sortie 51 du discriminateur 50 et est reliée à l'entrée de remise à zéro de la bascule 19. Le fonctionnement de ce discriminateur est le suivant Les comparateurs 16 et 17 comparent respectivement l'amplitude du signal BF a aux valeurs +S et -S. La porte OU,18 délivre un signal de niveau logique "1" lorsque la valeur absolue de cette amplitude a dépassée la valeur de seuil S. La sortie de la bascule 19 passe alors au niveau logique "1", ce qui valide au moyen de la porte ET,2î1une impulsion éventuelle fournie par le détecteur de passages à zéro 20. La bascule 19 est remise à zéro par chaque impulsion délivrée par la porte ET,21. Ainsi, la sortie 51 de ce discriminateur 50 fournit au dispositif d'asservissement de fréquence et de phase 5 une impulsion à condition d'être validée selon le critère de validation explicitée auparavant. Le dispositif d'asservissement de fréquence et de phase 5 est du type classique ; il est utilisé pour générer un signal d'horloge bit à la fréquence F T en utilisant les impulsions délivrées par le discriminateur 50, du fait que ces impulsions se succèdent à des instants espacés d'un multiple entier de périodes bit. Son principe consiste à délivrer la fréquence d'horloge d'un oscillateur fournissant une fréquence q fois plus élevée que la fréquence d'horloge désirée à la sortie du dispositif, et à l'appliquer à un diviseur à rang variable, le rang de division pouvant être commandé pour faire varier la fréquence et par suite la phase de l'horloge délivrée. Ce choix du rang de division est fonction de la positon des impulsions fournies par le discriminateur 50 par rapport au signal d'horloge délivré ; la valeur du rang de division est commandé afin de rapprocher le front montant du signal d'horloge délivré des impulsions. Le signal d'horloge bit délivré par la sortie 52 de ce dispositif d'asservissement 5 est utilisé par le circuit de décision 6 pour déterminer les valeurs des bits reçus. Le principe de détermination de ces valeurs de bit est identique pour les deux cas de modulation envisagée dans ce texte : modulation T.F.N et modulation duobinaire. Ce principe sera mieux compris à l'aide des deux tableaux représentés sur les figures 5a et 5b. En effet, ces deux tableaux résument les valeurs de la variation de phase ## entre deux tops d'horloge bit en fonction des bits significatifs. Le tableau 5a correspond à la modulation T.F.M, les bits significatifs sont au nombre de 3 : ak-1 akZ ak+1, et le tableau 5b correspond à la modulation duobinaire, les bits significatifs sont au nombre de 2 : ak-î' akQ Ces tableaux s'établissent facile ment à l'aide des formules 1 etet C . De ces deux tableaux, il apparalt que la valeur du bits ak est égale à 1 lorsque la variation de phase est strictement supérieure à zéro, c'est-à-dire lors que tt est égale soit à + 4 , soit à + 2 SE t et qu'elle 2 est égale à -1 lorsque la variation de phase est strictement inférieure à 0, c'est-à-dire lorsque At est égale soit à - #/4 , soit à - #/2 . Enfin, lorsque la va 2 leur de la variation de phase est nulle la valeur du bit a k est égale à celle du bit ak-1. Le principe de fonctionnement du circuit de détection 6 est basé sur de telles constatations. En effet, il consiste à comparer la valeur absolue de l'amplitude du signal BF a t dont les variations correspondent à celles de dt ' par rapport a' un seuil 8" déterminé Cette valeur de seuil S" est fixée de fa- çon que lorsque l'amplitude du signal BF a est supérieure à +8", la variation de phase est égale soit à + 4 , soit 4 à + 2' et que lorsque l'amplitude du signal BF a est inférieure à -S", la variation de phase est égale soit à soit à - 2%. Enfin, lorsque la valeur absolue de 4 l'amplitude du signal BF a est inférieure à S", la variation de phase est nulle. La déduction de la valeur du bit ak reçu se fait ensuite facilement par analogie aux tableaux 5a et 5b. Ce principe de détermination est mis en oeuvre par la structure montrée sur la figure 2. Sur cette figure, sont représentés deux comparateurs 9 et 10, une porte OU,11, un circuit complément 12, une porte ET,13,une porte OU,14, et une bascule 15. L'entrée "+" du comparateur 9 et l'entrée du comparateur 10 sont reliées à la sortie 8 de l'amplificateur 3. L'entrée ll~ll du comparateur 9 et 1'en- trée "+" du comparateur 10 reçoivent respectivement la valeur +8" et la valeur -S" Ces comparateurs comparent l'amplitude du signal BF a par rapport aux valeurs de seuil +8" et -S".Le comparateur 9 délivre un signal de niveau logique 1 lorsque l'amplitude est supérieure à +S" et le comparateur 10 délivre un signal de niveau logique 1 lorsque l'amplitude est inférieure à -S"O La sortie de la porte OU,11, dont les première et deuxième entrées sont respectivement reliées à la sortie du comparateur 9 et à la sortie du comparateur 10, fournit un 1 logique lorsque la valeur absolue de l'amplitude du signal BF a est supérieure à S" et un O logique dans le cas contraire. La sortie de la porte ET,13, dont la première entrée est couplée à la sortie de la porte OU,11 à travers un circuit complément 12 et dont la seconde entrée est reliée à la sortie Q de la bascule 15, fournit donc dans le cas où la valeur absolue de l'amplitude du signal BF a est inférieure à S", la valeur inverse de celle présente sur la sortie Q de la bascule 15. La sortie de la porte ET, 13, est reliée à la première entrée de la porte 0U,14, dont la deuxième entrée et la sortie sont respectivement connectées à la sortie de l'amplificateur 9 et à l'entrée de la bascule 15. L'entrée du signal d'horloge et la sortie Q de cette bascule 15 sont respectivement reliées à la sortie 52 du dispositif d'asservissement 5 et à la borne de sortie 7 du démodulateur. Ainsi, aux tops du signal d'horloge généré par la sortie 52 du dispositif d'asservissement 5, la sortie Q de la bascule 15 fournit soit la valeur 1 logique dans le cas où l'amplitude du signal BF a est supérieure à S" î suit la valeur 0 logique dans le cas où l'amplitude est inférieure à -S", soit la valeur inverse de celle délivrée au top d'horloge précédent dans le cas où la valeur absolue de l'amplitude du signal BF a est inférieure à S", ce qui dans chaque cas correspond à la valeur de bit transmise à l'aide de l'onde modulée. L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés. En particulier, notre invention ne concerne pas seulement les modulations 7-3 et 6-2 ; il est à la portée de l'homme de l'art de réaliser un démodulateur ayant les caractéristiques décrites ci-dessus pour chacune des modulations du type T.F.M REVENDICATIONS t. Démodulateur d'une onde modulée en phase selon une modulation du type T.F.N , caractérisé en ce qu'il comporte un discriminateur de fréquence (2) ayant une entrée recevant l'onde modulée et une sortie délivrant un signal traduisant les variations de phase de l'onde ; un dispositif de récupération du rythme (50 et 5) auquel les bits ont été émis ayant une entrée couplée à la sortie du discriminateur (2); et un circuit de décision (6) ayant des première et deuxième entrées res -pectivement reliées à la sortie du discriminateur (2) et à la sortie du dispositif de récupération du rythme bit, ce circuit de décision (6) déterminant les valeurs des bits reçus en utilisant les formules théoriques donnant la variation de phase aw pendant la période bit en fonction des bits significatifs associés à cette période. 2. Démodulateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de décision (6) comporte des moyens de comparaisons (9 et loY comparant l'amplitude Y du signal de sortie du discriminateur de fréquence (2) par rapport à deux valeurs de seuil -S" et +8" t un circuit d'éléments logiques (11,12,13,14 et 15) ayant des première et deuxième entrées respectivement couplées à une première et une deuxième sortie des moyens de comparaison, et une sortie fournissant selon le rythme déterminé par le dispositif de récupération de rythme les valeurs de bit reçues, ce circuit fournissant un X logique dans le cas où l'amplitude Y est supérieure à S", un X logique dans le cas où Y est inférieure à -S", une valeur logique-inverse de celle déterminée à la période bit précédente dans le cas où la valeur absolue de Y est inférieure à S" 3. Démodulateur selon la revendications 1, caractérisé en ce que le dispositif de récupération de rythme comporte : un discriminateur de passages à zéro (50) du signal de sortie du discriminateur de fréquence (2) ; et un dispositif d'asservissement de fréquence et de phase (5) ayant une entrée couplée à la sortie du discriminateur de passages à zéro (50) et une sortie couplée à la deuxième entrée du circuit de décision (6). 4. Démodulateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le discriminateur de passages à zéro (50) comporte : des moyens de comparaison (16 et 17) comparant l'amplitude Y du signal de sortie du discriminateur de fréquence (2) par rapport à deux valeurs de seuil -S et +S; un détecteur de passages à zéro (20) ayant une entrée couplée à la sortie du discriminateur de fréquence (2) , un circuit d'éléments logiques (18, 19 et 2t) ayant une première, une deuxième et une troisième entrée respectivement couplées à la sortie du détecteur de passages à zéro (20) à une première et à une deuxième sortie des moyens de comparaison (16 et 17), et une sortie couplée à l'entrée du dispositif d'asservissement (5)et fournissant une impulsion correspondant à chaque instant auquel il a été détecté un passage à zéro à condition que la valeur absolue de l'amplitude Y ait dépassée la valeur de seuil S depuis l'instant auquel il a été détecté le précédent passage à zéro. 5 Démodulateur selon la revendication 3,caractérisé en ce que le discriminateur de passages à zéro (50) comporte : un détecteur de passages à zéro (27) ayant une entrée couplée à la sortie du discriminateur de fréquence (2) ; un différentiateur (22) ayant une entrée couplée à la sortie du discriminateur de fréquence (2) ; des moyens de comparaison (23 et 24) de l'amplitude Y' du signal de sortie du différentiateur (22) par rapport à deux valeurs de seuil -S' et +S' ; et un circuit d'éléments logiques (25 et 26) ayant une première une deuxième et une troisième entrée respectivement couplées à la sortie du détecteur de passages à zéro (27), à la première et à la deuxième sortie des moyens de comparaison (23 et 24), et une sortie couplée à l'entrée du dispositif d'asservissement (5) fournissant une impulsion correspondant à chaque instant auquel il a été détecté un passage à zéro dans le cas où la valeur absolue de l'amplitude Y' est supérieure à +8'. 6 Système de transmission, caractérisé en ce qu'il comporte un démodulateur selon l'une des revendications 1 à So