Brevet FR2488463A1 — publié le 19820212

La présente invention concerne les démodulateurs à comparateurs. Elle concerne également les modems comportant de tels démodulateurs. On connaît des comparateurs à limites haute et basse qui permettent de déterminer si une tension est comprise entre deux limites : + a.Vm et - a.Vm par exemple, a étant une constante inférieure à 1 et Vm étant l'amplitude maximale de la tension d'entrée du comparateur. Comme tous les comparateurs, ceux-ci ne fournissent en sortie que deux niveaux: un niveau bas ou un niveau haut, c'est-à-dire un O logique ou un 1 logique. Le 0 peut correspondre à la tension d'entrée comprise entre + a.Vm et - a.Vm et le 1 aux autres tensions d'entrée, ou vice-versa. La présente invention concerne une application nouvelle des comparateurs aux démodulateurs On rappelle qu'on désigne couramment sous le nom de modems, les modulateurs-démodulateurs qui comportent: - un modulateur, qui convertit une suite aléatoire de signaux binaires égaux à O ou à 1 en un signal analogique périodique, modulé en fréquence, en amplitude ou en phase, et transmissible par le réseau téléphonique; - un démodulateur, qui convertit le signal analogique modulé fourni par le réseau en une suite de O ou de 1. Dans les démodulateurs, on est souvent amenés, pour détecter les 0 et les 1 à partir du signal fourni par le réseau, à élever des tensions au carré. Cela pose des problèmes car les dispositifs permettant l'élévation de tensions au carré sont compliqués, encombrants et manquent de précision. La présente invention présente l'avantage de supprimer ces dispositifs et de les remplacer par des comparateurs, et des circuits logiques "et"standards qui sont aisément intégrables. De plus, les démodulateurs à comparateurs selon l'invention présentent l'avantage d'être peu sensibles au bruit. La présente invention s'applique aux démodulateurs compor tant des moyens, constitués notamment de filtres adaptés par la méthode de pondération, qui élaborent des couples de tension; ces tensions sont, en fonction d'un paramètre dépendant du type du modem, et tel que la fréquence ou le saut de phase, par exemple, soit simultanément nulles, pour une valeur donnée du parametre, soit non nulles et déphasées entre elles de 7tu2. Les démodulateurs à comparateurs selon la présente invention comportent des couples de comparateurs de tensions à limite supérieure + a.Vm et inférieure - a.Vm, avec a oc0,7 0 Ces couples des comparateurs reçoivent les couples de tensions élaborés par les démodulateurs auxquels s'applique l'invention. Enfin, les sorties des comparateurs d'un même couple sont reliées à un circuit logique "et". Prenons le cas à titre d'exemple, des comparateurs dans lesquels on obtient en 1 en sortie lorsque - la tension d'entrée est comprise dans l'intervalle + a.Vm, - a.Vm, et un O en sortie pour les autres tensions d'entrée. Pour une valeur donnée du paramètre dépendant du type du modem, c'est-à-dire pour un saut de phase ou une fréquence données, les tensions appliquées à un couple de comparateurs donné sont nulles. En sortie des deux comparateurs, on a un 1, on a donc aussi un 1 en sortie du "et" qui reçoit les sorties des comparateurs. Pour les autres valeurs du paramètre, les tensions appliquées au meme couple de comparateurs sont non nulles et déphasées de Jq2. On a remarqué qu'il suffit de choisir la constante a inférieure à 0,707 pour que ces tensions ne soient pas simultanément comprise. dans l'intervalle + a.Vm, - a.Ym. On a donc en 1 en sortie d'un comparateur, un O en sortie de l'autre comparateur, et donc aussi un O en sortie du "et". Par conséquent, un 1 en sortie d'un circuit "et" signifie que le paramètre du modem (amplitude, saut de phase. j a une valeur donnée. Il suffit de disposer d'autant de circuits "etc' qu'il y a de valeurs du paramètre à identifier pour réaliser le démodulateur. D'autres objets, caractéristiques et résultats de l'invention ressortiront de la description suivante, donnée à titre d'exemple non limitatif et illustrée par les figures annexées qui représentent: - les figures 1 et 2, un mode de réalisation des filtres d'un démodulateur faisant partie d'un modem D.P.S.K.; - la figure 3, les tensions (X1 - X2) et (Y1 - Y2) obtenues à partir des tensions de sortie des filtres de la figure 1 - la figure 4, la courbe de réponse d'un comparateur à limites haute et basse; - la figure 5, un mode de réalisation d'une partie d'un démodulateur selon l'invention faisant partie d'un modem D.P.S.K.; - la figure 6, un démodulateur à comparateurs selon l'invention faisant partie d'un modem F.S.K. Sur les différentes figures, les mêmes repères désignent les mêmes éléments, mais, pour des raisons de clarté, les cotes et proportions des divers éléments ne sont pas respectées. Dans la description suivante, on va d'abord prendre à titre d'exemple un modem à modulation de phase différentielle ; ce type de modem est connu sous le nom de modem D.P.S.K. (differential phase shift keying). On va prendre plus particulièrement comme exemple un modem D.P.S.K. 1200 bauds, à fréquence porteuse 1800 Hz. Le démodulateur de ce modem comporte deux filtres 1 et 2 représentés de façon schématique sur les figures 1 et 2. Ces filtres sont des filtres adaptés par la méthode de pondération et réalisés par des dispositifs à transfert de charges, CCD ou BBD, ou par des dispositifs à capacités commutées. Sur les figures 1 et 2, on a représenté, à titre d'exemple et de façon schématique, un mode de réalisation de ces filtres par des dispositifs à transfert de charges. Ces filtres reçoivent le signal issu du réseau et il y a transfert des charges d'une électrode à la suivante selon le sens indiqué par une flèche. L'arrivée des échantillons de tension transmis par le réseau se fait à une fréquence de 28 800 Hz et le transfert des charges d'une électrode des filtres 1 ou 2 à la suivante se fait aussi à cette fréquence. Les filtres 1 et 2 comportent chacun 32 électrodes de pondération, E1 à E32 pour le filtre 1 et E'1 à E'32 pour le filtre 2. En joignant les fentes des électrodes, on obtient pour le filtre 1 le dessin d'une sinus'ide à 1800 Hz sur une durée de un baud un tiers. De même si on joint les fentes des électrodes du filtre 2, on obtient le dessin d'une cosinus & de à 1800 Hz, également sur un baud un tiers. Chaque filtre fournit simultanément deux signaux de sortie X1 et X2 pour le filtre 1, Y1 et Y2 pour le filtre 2. Les signaux de sortie X1 et Y1 sont obtenus en reliant les deux extrêmités des huit premières électrodes de chaque filtre à un amplificateur différentiel, 3 et 5 pour les filtres 1 et 2; les signaux de sortie X2 et Y2 sont obtenus en reliant les deux extrémités des huit dernières électrodes de chaque filtre à un amplificateur différentiel, 4 et 6 pour les filtres 1 et 2. Les signaux de sortie issus simultanément de chaque filtre correspondent donc au traitement, sur une demi-période de porteuse, d'échantillons de tension reçus du réseau et séparés par une durée égale à celle du baud. Les signaux de sortie issus des filtres 1 et 2 sont de la forme: avec ou .p = - où sin (3f .k + Q représente les échantillons de tension reçus du réseau, Y étant une constante égale à w -Z , avec w la pulsation de la porteuse (2 r. 1800) et n la période dhorloge du filtre (1/ 28 800), et j étant une fonction du temps; - où sin (&alpha; .k + z') représente les coefficients de pondération appliqués par le filtre, 0 ' étant indépendant du temps. On réalise donc sur chaque filtre, de façon discrète, la corrélation entre des échantillons reçus du réseau et séparés par une durée égale à celle du baud et la réponse impulsionnelle du filtre définie par-ses coefficients de pondération. Ces diverses corrélations ont pour but de permettre la détermination par le démodulateur du saut de phase se produisant d'un baud au suivant. Il est donc nécessaire de limiter la durée de la corrélation pour qu'elle reste inférieure à celle du baud. Ainsi sur les figures 1 et 2, on voit que la durée de la corrélation n'est que d'une demi-période de la sinusolde à 1800 Hz alors que le baud s'étend sur trois demi-périodes. Si on suppose que le signal à l'entrée des corrélateurs constitués par les huit dernières électrodes de chaque filtre s'écrit: sin (&alpha;k + %, on peut calculer de façon théorique, les sortie X2 et Y2 par les intégrales: X2 = - K.cos 5Zi où K est une constante Y2 = - K.sin Q) On établit ensuite, de façon théorique le tableau suivant donnant les différentes valeurs prises par les sorties X1 et Y1 en fonction du saut de phase de 00, 900, 1800 ou 2700 qui existe entre les deux bauds simultanément traités par chaque filtre et ceci dans le cas où X2 = - K. cos q5 et Y2 = - K.sin sot c'est-à-dire dans le cas où le signal à l'entrée des corrélateurs constitués par les huit dernières électrodes de chaque filtre s'écrit: sin(w.k + En effet, dans le cas du modem pris à titre d'exemple, on code les bits dans le modulateur par mots de deux bits ou dibits. Les quatre dibits pouvant se présenter (00, 01, 11, 10) sont codés; selon l'une des lois utilisées, la loi A, par des déphasages relatifs de 00, 900, 1800, 2700. X1 Y1 X2 Y2 saut de phase - K.cos - K.sin # - K.cos # - K.sin # 0 - Ksin j K.cos qui " " " " 900 K.cos # K.sin # " " " " 1800 Ksin j -K.cos # " " " " 2700 L'examen de ce tableau montre que le démodulateur dont il est question permet l'élaboration de couples de tensions qui sont nulles pour une valeur donnée du saut de phase et qui sont non nulles et déphasées de #/2 pour les autres valeurs du saut de phase. C'est le cas par exemple du couple de tensions (X1 - X2) et (Y1 - Y2). Ces tensions sont nulles pour le saut de phase de 0 et sont déphasées de #/2 pour les autres sauts de phase. Ainsi par exemple pour un saut de phase de 90 ces tensions s'écrivent: X1- X2 = K. (cos # - sin #) et Y1 = K. (sin# + cos# ). Sur la figure 3, on a représenté ces tensions : X1 - X2 en pointillés et Y1 - Y2 en trait continu, cependant que les tensions sinus et cosinus sont représentées en trait discontinu. Ces observations peuvent se résumer dans le tableau suivant: 0 90 1800 2700 (X1 -X2)et(Y1- Y2) o (X1 - Y2) et (X2 + O (X1 + X2) et (Y1 + Y2) 0 (X1+Y2)et(X2-Y1) O Pour déterminer les sauts de phase de 00, 900, 180 , et 2700, on peut élaborer à l'aide d'additionneurs, de soustracteurs et d'élévateurs au carré, les grandeurs A, B, C, D suivantes:: A = (X1 - X2) 2 + (Y1- Y2) 2 B = (X1 - Y2) + (X2 + Y1) C=(X1+X2)2+(Y1 + Y2) 2 D=(Xl+Y2)2+sX2~Ylv Le passage de A, B, C, D à zéro qui peut être détecté par un comparateur de tension indique un saut de phase respectivement de 00, 90 , 1800, 2700. Pour les autres sauts de phase, les grandeurs A, B, C, D prennent une valeur constante non nulle. On a vu précédemment qu'il était peu pratique d'utiliser de nombreux dispositifs assurant l'élévation au carré. Selon la présente invention, on remplace les dispositifs assurant ltélévation au carré par des comparateurs de tension et des circuits "et". Sur la figure 4, on a représenté la courbe de réponse d'un comparateur à limites haute et basse + a.Vm et - a.Vm qui est utilisé. Ce comparateur fournit un 1 lorsque la tension d'entrée est comprise entre + a.Vm et- a.Vm et un 0 pour les autres tensions. La figure 5 représente un mode de réalisation d'une partie du démodulateur selon l'invention. Avec le démodulateur selon l'invention, on n'élabore plus les grandeurs A, B, C, D mais des grandeurs A', B', C', D'. On a représenté sur la figure 5 uniquement l'élaboration de A'. Pour élaborer A', on utilise un couple de comparateurs de tensions 11 et 12 qui reçoit le couple de tensions X1 - X2 et Y1 - Y2 respectivement. Les sorties de ces deux comparateurs sont reliées à un circuit logique "et" 13 qui produit la grandeur A'. Dans le cas où le saut de phase entre les deux bauds examinés par les filtres du démodulateur est de 0 , on envoie une tension nulle à l'entrée des deux comparateurs qui délivrent donc des 1 et on obtient un 1 en sortie du circuit 1,et" 13. Pour les autres sauts de phase, on a vu précédemment que les tensions X1 - X2 et Y1 - Y2 étaient déphasées entre elles de /2. Il suffit donc de choisir le seuil a du comparateur inférieur à 0,707 (voir figure 3) pour que ces tensions ne soient jamais simultanément comprises dans l'intervalle - a.Vm et + a.Vm. On a alors un 1 en sottie de l'un des comparateurs, un O en sortie de l'autre, et donc aussi un 0 en sortie du circuit "et" 13. Par conséquent, le passage de la sortie du circuit "ef' 13, c > est-à-dire de A', à 1, indique un saut de phase de 00. Pour décoder les autres sauts de phase, on élabore les grandeurs B', C', D', de la même façon. Pour obtenir B', on envoie les couples de tensions (X1 -Y2) et (X2 + Y1) sur un couple de comparateurs dont les sorties sont reliées à un circuit "et". Pour C' et D', de même, on envoie les couples de tensions (X1 + X2) et (Y1 + Y2), (X1 + Y2) et (X2 - Y1) sur deux couples de comparateurs dont les sortie sont reliées par un "et". Pour B', C', D', comme pour A', on obtient un niveau 1 pour un déphasage donné, respectivement 900, 1800, 2700 et un niveau 0 pour les autres déphasages. Ces résultats peuvent se résumer dans le tableau suivant: 0" 90" 1800 2700 A' 1 O B' 1 I C' I D' O 1 Pour supprimer au maximum les erreurs dues au bruit parasite, on a intérêt à fixer le seuil a à 0,707/2 0,35. On obtient le même tableau de résultats en utilisant des comparateurs dont la sortie est au niveau 0 lorsque la tension d'entrée est comprise entre + a.Vm et - a.Vm et au niveau 1 pour les autres tensions d'entrée, à condition d'inverser les sorties des comparateurs avant de les appliquer au circuit "et". On va maintenant prendre le cas dun modem à modulation de fréquence ; ce type de modem est connu sous le nom de modem F.S.K. (frequency shift keying). Dan les modems F.S.K., à un zéro, le modulateur fait correspondre une sinusoïde à une fréquence donnée F A et à un un, le modulateur fait correspondre une sinusoïde à une autre fréquence Fz. La figure 6 représente un démodulateur à comparateurs selon l'invention qui fait partie d'un modem FS.K. Ce démodulateur comporte deux voies E et F sur lesquelles est simultanément envoyé le signal à démoduler qui est constitué de sinusoïdes à deux fréquences différentes FA et Fz. Sur chaque voie se trouvent deux filtres adaptés par la méthode de pondération, qui sont repérés par 14 et 15 sur la voie E et par 19 et 20 sur la voie F. Ces filtres sont, par exemple, des filtres transversaux à transfert de charges. Le filtre 14 de la voie E a une fonction de transfert en z, P(z) quelconque mais qui présente un zéro de transmission à la fréquence Fz, par exemple. Dans ce cas le filtre 15 de la voie E a une fonction de transfert en z, P(z). (1- z). Pour une fréquence différente de Fz, les sorties de ces filtres sont donc déphasées de /2. De plus, on règle les valeurs absolues des pondérations réalisées pour que les sorties des filtres 14 et 15 aient meme amplitude à la fréquence FA. Ainsi si le filtre 14 a la fonction de transfert en z suivante e La condition suivante doit être réalisée: où Q est une constante satisfaisant cette égalité. De plus le nombre n d'électrodes de pondération du filtre 14 doit être tel que: nE Plus n 3 est petit plus la rapidité de décision est grande mais la sensibilité au bruit est accrue. En ce qui concerne les filtres 19 et 20 ils possèdent les mêmes caractéristiques que les filtres 14 et 15 et il suffit de changer FA en Fz et Fz en FA. Ainsi le filtre 19 a une fonction de transfert en z quelconque R(z) avec un zéro à FA. Le filtre 20 a une fonction de transfert en z, R(z) . (1 - z). On détermine la constante Q' pour que les sorties des deux filtres 19 et 20 aient même amplitude à Fz et on doit avoir m t W durée du baud, où m représente le nombre d'électrodes de pondération du filtre 19. Chacun de ces filtres 14, 15, 19, 20 est suivi par un comparateur 16, 17, 21, 22 ayant une courbe de réponse telle que celle représentée sur la figure 4 et un seuil a inférieur à 0,7. Les sorties des deux comparateurs de la voie E, 16 et 17, sont reliées à un circuit logique "et" 18 et de même, les sorties des deux comparateurs de la voie F, 21 et 22, sont reliées à un circuit logique "et" 23. Si on suppose que le signal envoyé à l'entrée du démodulateur est constitué par une sinusoïde à la fréquence FA, les tensions V3 et V4 en sortie des filtres 19 et 20 de la voie F sont sensiblement nulles. En sortie des comparateurs 21 et 22, on obtient donc des 1 et donc un 1 également en sortie du "et" 23. Sur la voie E par contre, on obtient en sortie des filtres 14 et 15 deux tensions V1 et V2 déphasées entre elles de t/2 qui correspondent à la partie réelle et à la partie imaginaire de la transformée de Fourier discrète du signal à démoduler à la fréquence FA. En sortie des comparateurs 16 et 17, on obtient donc à la fois un 1 et un 0, et donc on obtient aussi un 0 en sortie du "et" 18. Si au contraire le signal à démoduler est à la fréquence Fz, on obtient un 1 en sortie du "et" 18 et un 0 en sortie du "et" 23. Ces résultats peuvent se résumer dans le tableau suivant: FA Fz voie E O 1 voie F 1 0 Enfin, il est bien évident que la présente invention s'applique à des démodulateurs faisant partie de n'importe quel type de modem et non pas seulement aux modems D.P.S.K. et F.S.K. pris à titre d'exemple. REVENDICATIONS 1. Démodulateur à comparateurs, comportant des moyens, constitués notamment de filtres adaptés par la méthode de pondération, qui élaborent des couples de tensions, ces tensions étant, en fonction d'un paramètre dépendant du type du modem, soit simultanément nulles pour une valeur donnée du paramètre, soit non nulles et déphasées entre elles de r /2, caractérisé en ce qu'il comporte des couples de comparateurs de tensions (11 et 12, 16 et 17, 21 et 22) à limites supérieure + a.Vm et inférieure - a.Vm, a étant une constante inférieure à 0,7 et Vm étant l'amplitude maximale de la tension d'entrée du comparateur, ces couples de comparateurs recevant les couples de tension (X1 - X2 et Y1 - Y2, V1 et V2, V3 et V4) élaborés par le démodulateur, et caractérisé en ce que les sorties des comparateurs d'un même couple sont reliées à un circuit logique "et" (13, la, 23). 2. Démodulateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les sorties des comparateurs sont au niveau-l lorsque leur tension d'entrée est comprise dans l'intervalle + a.Vm, - a.Vm et au niveau 0 pour les autres valeurs de leur tension d'entrée. 3. Démodulateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les sorties des comparateurs sont au niveau 0 lorsque leur tension d'entrée est comprise dans l'intervalle + a.Vm,- a.Vm et au niveau 1 pour les autres valeurs de leur tension d'entrée, et caractérisé en ce que les sorties des comparateurs sont inversées avant d'être appliquées aux entrées des circuits logiques "et". 4. Démodulateur pour modem D.P.S.K. selon l'une des revendication 1 à 3, caractérisé en ce qutil est constitué de deux filtres (1 et 2) fournissant simultanément deux signaux de sortie X1 et X2, Y1 et Y2, qui correspondent, pour chaque filtre, à la corrélation, sur une durée donnée inférieure à celle du baud, entre d'une part, des échantillons de tensions reçus du réseau et séparés par une durée égale à celle du baud et entre d'autre part, la réponse impulsionnelle du filtre définie par ses coefficients de pondération, pour l'un des filtres ces coefficients étant en sinus et--sinus et pour l'autre filtre ces coefficients étant en cosinus et - cosinus, et caractérisé en ce qu'il comporte quatre couples de comparateurs (11 et 12) reliés à un "et" (13), chaque couple de comparateurs recevant un couple de tensions pris parmi les couples suivants :(X1 - X2) et (Y1 - Y2), (X1 - Y2) et (X2 + Y1), (X1 + X2) et (Y1 + Y2), (X1 + Y2) et (X2 Y1). 5. Démodulateur pour modem F.S.K. selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il est constitué de deux voies (E et F), chaque voie comportant deux filtres en parallèle (14 et 15, 19 et 20), les sorties des filtres d'une même voie étant reliées à un couple de comparateurs (16 et 17, 21 et 22) dont les sorties sont reliées à un circuit "et" (18, 23). 6. Démodulateur selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'un des filtres (14)de l'une des voies (E) a une fonction de transfert en z, quelconque P(z) qui présente un zéro à l'une des fréquences du modem, Fz, l'autre filtre (15) de cette voie ayant une fonction de transfert en z, P(z) . (1 - z), de plus les valeurs absolues des pondérations réalisées étant réglées pour que ces deux filtres aient la même amplitude de sortie pour l'autre fréquence du modem FA, et le nombre n d'électrodes de pondération du filtre ayant la fonction de transfert P(z) étant choisi pour avoir n 4 Q(z) et Q(z) . (1 - z) présentant un zéro à FA et ayant la même amplitude à Fz et tels que n' Adurée du baud, où n' est le nombre d'électrodes de pondération du filtre ayant pour fonction de transfert Q(z). 7. Modem, caractérisé en ce qu'il comporte un démodulateur à comparateurs selon l'une des revendications I à 6.