Brevet FR2539261A1 — publié le 19840713

_ 1 _ 2539261 La présente invention concerne les systèmes de modulation plurivalentes pour faisceaux hertziens et plus particulière- ment les systèmes de modulation à 16 états d'amplitude et de phase. Des systèmes de modulation de la phase d'une onde porteuse par les impulsions numériques d'un message formé d'informa- tions numériques ont déjà été décrits Les plus connus sont les systèmes à deux, quatre ou huit phases Ainsi, par exem- ple, pour une modulation à deux états de phase chaque bit de valeur 1 est représenté par une onde porteuse dont la phase est la phase de référence ou phase O tandis que chaque bit de valeur O est représenté par une onde porteuse dont la phase est décalée de Ir par rapport à la précédente Dans une modula- tion à quatre états de phase, à chacune des quatre valeurs différentes que peut prendre chaque groupe de deux bits suc- cessifs, on fait correspondre une onde porteuse dont la phase est l'une des quatre phases, équidistantes, décalée de 2 de cette onde. Pour des raisons d'efficacité spectrale, les nouvelles gé- nérations de faisceaux hertziens numériques font appel à des modulations plurivalentes et plus particulièrement à la modu- lation à 16 états d'amplitude et de phase: les systèmes plu- riétats utilisent une bande passante plus étroite et permet- tent ainsi d'augmenter le débit numérique des informations transmises. Pour représenter la linéarité nécessaire à la bonne trans- mission des seize états d'amplitude et de phase que comporte une telle modulation, la cha Sne émission, dans les équipements classiques, doit fonctionner avec une décote de 8 à 10 4 B par rapport à sa puissance saturée Ceci impose d'une part,la né- cessité d'utiliser des composants hyperfréquences très large- ment dimensionnés par rapport à la puissance effectivement produite, d'autre partun rendement-énergétique faible, donc une consommation importante Cette chaine est donc un organe onéreux, peu fiable et de faible rendement énergétique. Une amélioration a été proposée dans le document IEEE transactions ou communications Vol com 30 no 3 March 1982 de MM MORAIS et FEBER Dans cet article, le système émetteur à 16 états de phase et d'amplitude est considéré comme l'associa- tion par sommation de deux porteuses modulées à quatre états de -2 _ phase, chacune de ces deux modulations composantes étant trai- tée indépendamment et en particulier amplifiée séparément à l'aide d'un amplificateur utilisé en régime non linéaire Ce type d'amplification, présentant une conversion de la modula- tion d'amplitude en modulation de phase, est rendu possible uniquement parce que le signal MAQ 16 est constitué par som- mation après l'amplification des deux porteuses modulées à quatre états de phase. Cependant, si cette conception des émetteurs apporte des avantages quant au niveau de la puissance de sortie possible, il reste des problèmes liés à la complexité des amplificateurs. En effet, les problèmes posés par la mise en oeuvre des ampli- ficateurs à transistors sont bien connus Le gain considérable à effectuer sur la chaîne émission et le faible gain par étage élémentaire d'amplification imposent la mise en cascade d'un nombre élevé d'étages, le plus souvent séparés par des isola- teurs ou des coupleurs. De plus, si l'on veut constituer le signal MAQ 16 de fa- çon aussi parfaite que possible à partir des deux signaux mo- dulés à quatre états de phase, il faut que leurs phases et leurs niveaux relatifs soient constants en sortie des deux am- plificateurs non linéaires Ceci implique que les variations de la fonction de transfert de chacun des amplificateurs soient identiques pour tout changement d'environnement. L'invention se propose de préconiser également une ampli- fication non linéaire des deux signaux modulés à quatre états de phase avant leur sommation Toutefois cette amplification s'effectue à l'aide de deux dispositifs d'amplification et de transfert de modulation (ATM) utilisant chacun un seul compo- sant hyperfréquence coûteux Ces dispositifs permettent de plus de conserver facilement les phases et les amplitudes re- latives des deux signaux modulés à quatre états de phase. L'invention consiste essentiellement à utiliser l'onde porteuse issue de chaque modulateur à quatre états de phase pour asservir un oscillateur hyperfréquence sur chaque voie, ledit oscillateur hyperfréquence étant inséré dans une boucle de phase. Le dispositif ATM, utilisé dans le cas o la génération des signaux modulés à quatre états de phase s'effectue en hy- perfréquence, se trouve remplacé par un dispositif à transpo- 2539261. sition amplification et transfert de modulation (TATM) dans le cas o les deux ondes porteuses modulées sont générées en fré- quence intermédiaire, la transposition en hyperfréquence étant alors effectuée dans chaque boucle de phase. Selon une première caractéristique, chaque boucle de pha- se se compose d'un détecteur de phase recevant d'une part le signal issu dudit modulateur à quatre états de phase, d'autre part une partie du signal fourni par ledit oseillateur hyper- fréquence à travers un coupleur de sortie. Le détecteur de phase fournit alors dans chaque boucle de phase une tension d'erreur, tension qui est appliquée à l'en- trée d'un amplificateur, avant de commander ledit oscillateur hyperfréquence. Selon la première réalisation, chaque onde porteuse est générée par un oscillateur local émission. Selon la seconde réalisation, chaque onde porteuse issue dudit modulateur à quatre phases est en fréquence intermédiai- re et un même oscillateur local émission transpose dans cha- que boucle de phase par l'intermédiaire d'un mélangeur ledit signal fourni par chaque oscillateur hyperfréquence à la sortie dudit coupleur. De plus, les signaux issus desdits oscillateurs hyperfré- quences sont appliqués en sortie desdits coupleurs à l'entrée- d'un dispositif de contrôle automatique de niveau, le résultat permettant d'asservir le niveau de puissance des deux oscilla- teurs hyperfréquences l'un par rapport à l'autre * Selon une caractéristique préférée de l'invention, l'am- plificateur de chaque boucle de phase se compose de deux am- plificateurs placés en parallèle, l'un étant un amplificateur opérationnel, l'autre un amplificateur vidéo, lesdits amplifi- cateurs étant couplés par des réseaux résistance-capacité. D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description suivante illustrée par des dessins. La figure 1 représente un schéma général d'un émetteur pour faisceau hertzien numérique à modulation MAQ 16 selon l'invention. La figure 2 représente une variante de la figure 1. La figure 3 représente un détail de réalisation d'un am- plificateur d'une boucle de phase selon les figures 1 et 2. En se référant à la figure 1, le train numérique entrant TN 2539261. -4- est appliqué à l'entrée d'un codeur t qui le divise et le co- de en quatre trains numériques P, Q, R, S Ces trains numéri- ques sont appliqués par groupes de deux à l'entrée de chacun des deux modulateurs 2 et 3 à quatre états de phase. Les deux ondes porteuses ( 0) et (t,) générées par l'oscil- lateur local émission 4 et modulées à 4 états de phase par les modulateurs 2 et 3, respectivement sont appliquées chacune à l'entrée des boucles de phase 6 et 7 qui asservissent la pha- se des oscillateurs hyperfréquences de puissance 63 et 73 res- pectivement. La boucle de phase 6 se compose essentiellement d 'un dé- tecteur de phase 61 recevant d'une part le signal modulé par le modulateur 2 (à quatre états de phase) et d'autre partune partie du signal fourni par l'oscillateur commandé en tension (OCT) ( 63) à travers le coupleur de sortie 65 La tension d'erreur proportionnelle à l'écart de phase entre ces deux signaux est amplifiée par un amplificateur de boucle 62 déli- vrant une excursion de tension suffisante pour commander la diode d'accord de l'oscillateur hyperfréquence de puissance 63. Le signal fourni par cet oscillateur 63 est transmis au moyen du coupleur de sortie 65 à l'entrée du circuit de sommation 11. De la même façon, la boucle de phase 7 permet à l'onde porteuse p modulée à 4 états de phase, d'asservir l'oscilla- teur hyperfréquence 73. Le circuit de sommation 11 permet à partir des porteuses i/et t/ amplifiées par les deux boucles de phase (ATM) 6 et 7 de constituer le signal MAQ 16 La bande de boucle de l'ATM 6, par exemple, dépend du produit A (P) K Kd o A (P) représente le gain de l'amplificateur de boucle 62, K MHZ/V la pente de l'oscillateur hyperfréquence 63 et Kd Rd/V la pente du détec- teur de phase 61 On ne peut, pour des raisons de stabilité, l'augmenter arbitrairement puisqu'on est limité par les dé- phasages rencontrés dans la boucle: oscillateur, détecteur de phase, amplificateur d'erreur et par toutes les longueurs de ligne parasites L amplificateur d'erreur est donc un élé- ment essentiel de-la boucle de phase. Les qualités demandées à cet amplificateur 62 sont d'am- plifier avec un gain constant et un minimum de déphasage les signaux issus du détecteur de phase et de délivrer une tension continue importante compatible avec l'accord électrique de 2539261. l'oscillateur commandé en tension 63. Un amplificateur d'erreur 62 présentant toutes ces ca- ractéristiques avantageuses sera illustré ultérieurement dans la description. Du fait qu'il faut pour obtenir la constellation opti- mun du signal MAQ 16 que les deux signaux issus des boucles de phase 6 et 7 soient en phase et décalés en niveau de 6 d B, un déphaseur variable 5 et un dispositif de contrôle automatique de niveau 10 sont utilisés. Le déphaseur variable 5 placé en sortie de l'oscillateur local émission 4 permet, par exemple, d'ajuster la phase sta- tique de la porteuse d par rapport à celle de la porteuse | à travers les deux boucles de phases ATM 6 et 7 qui recopient sans distortion les phases statiques des ondes porteuses o et P. Le dispositif de contrôle automatique de niveau 10 (CAN) asservit le niveau de puissance de l'oscillateur hyperfréquen- ce 63 sur le niveau de puissance de l'oscillateur hyperfré- quence 73 de façon à maintenir les niveaux des signaux en sor- tie des boucles de phase 6 et 7, toujours décalés de 6 d B Le dispositif 10 agissant sur un élément situé dans la boucle de phase 6 pour faire varier le niveau de sortie de l'oscillateur 63 les variations de phase éventuelles en fonction des varia- tions de niveau de la porteuse i se trouvent comprimées par la boucle de phase, c'est à dire que la phase de la porteuse,' / ne varie pas lorsque l'on agit sur le dispositif de contrôle pour ajuster les niveaux des porteuses i 4 et'Qà l'entrée du circuit sommateur 11 Le déphaseur 5 et le dispositif de con- trôle 10 permettent ainsi de rendre indépendant le réglage de la phase et du niveau relatifs des deux porteuses OZ et t. On sait qu'une boucle de phase recopie sans distordre la modulation de phase du signal appliqué à son entrée si la fré- quence de modulation est inférieure à la-bande de boucle du système ATM (sans transposition) tels que 6 et 7. Si l'on veut dqpc transmettre des débits numériques im- portants avec un tel dispositif, il faut donc que le système ATM tel que 6 ou 7 possède une bande de boucle beaucoup plus grande que le débit numérique à transmettre. La figure 2 représente une variante de la figure 1 pour laquelle la transposition de fréquence n'est pas effectuée au 2539261. -6- niveau des ondes porteuses C et issues des modulateurs 2 et 3 à quatre états de phases mais dans chaque boucle de phase 6 et 7 En effet, les modulateurs 2 et 3 reçoivent une fréquence intermédiaire d'un oscillateur 4 ' On insère dans chaaue bou- cle de phase 6 (resp 7) un mélangeur 64 (resp 74) entre le coupleur de sortie 65 (resp 75) et le détecteur de phase 61 (resp 71) Ces mélangeurs reçoivent la fréquence de l'oscilla- teur local émission 8 et permettent d'effectuer la transposi- tion hyperfréquence dans les boucles de phase 6 et 7. L'amplificateur de la figure 3 permet de dissocier la fonction amplification basse fréquence, à large excursion de tension, de l'amplification vidéo, pour les signaux de faible amplitude Ainsi, l'amplification vidéo peut être réalisée avec des transistors de faible puissance possédant une fréquen- ce de transition très élevée L'amplificateur d'erreur 62 est donc constitué d'un amplificateur opérationnel 621 couplé par l'intermédiaire de réseaux RC à un amplificateur vidéo 622 Ce type d'amplificateur 62 présente en outre l'avantage de per- mettre d'obtenir des gains très différents pour chacun des chemins de l'amplificateur Un gain très important en continu plus grand que 80 d B évite à la phase statique de l'onde por- teuse d / (resp j 1) de varier par rapport à celle de l'onde porteuse i (respl-3) lorsque la tension de l'une des diodes d'accord des oscillateurs hyperfréquences varie Cette varia- tion de tension ramenée à l'entrée de l'amplificateur 62 est divisée par son gain en continu et ainsi le point de fonction- nement sur la caractéristique du détecteur de phase ne varie que très peu. Le gain de l'amplificateur vidéo 622 est ajusté, indépen- damment du gain continu, pour obtenir la bande de boucle maxi- mum compte tenu des critères de stabilité de la boucle. Les constantes de temps çon que la fréquence pour laquelle les deux modules des gains des deux amplificateurs 621 et 622 deviennent égaux, soit suf- fisamment faible par rapport à la bande de boucle du dispositif de sorte que les distortions éventuelles de la fonction de transfert de l'amplification sont comprimées par la boucle de phase. 2539261. -7- REVENDICATIONS 1 Dispositif émetteur pour faisceaux hertziens dans le- quel le signal numérique entrant est décomposé en deux voies, chaque voie transmettant un signal modulé à quatre états de phase au moyen d'une onde porteuse. Dispositif comportant un circuit de sommation des signaux de chacunes desdites deux voies et fournissant en sortie une onde porteuse modulée en seize états d'amplitude et de phase, dispositif caractérisé par le fait que chaque onde porteuse issue dudit modulateur à quatre états de phase asservit un oscillateur hyperfréquence sur chaque voie, ledit oscillateur hyperfréquence étant inséré sur une boucle de phase. 2 Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que ladite boucle de phase se compose d'un détecteur de phase recevant, d'une part, le signal issu dudit modulateur à quatre états de phase, d'autre part, une partie du signal fourni par ledit oscillateur hyperfréquence à travers un cou- pleur de sortie. 3 Dispositif émetteur selon la revendication 2 carac- térisé par le fait que ledit détecteur de phase fournit une tension d'erreur dans chaque boucle de phase, tension qui est appliquée à-l'entrée d'un amplificateur avant de commander le- dit oscillateur hyperfréquence. 4 Dispositif émetteur selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé par le fait que chaque onde porteuse est géné- rée par un oscillateur local émission. Dispositif émetteur selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé par le fait que chaque onde porteuse issue du- dit modulateur à quatre phases est en fréquence intermédiaire et qu'un même oscillateur local émission transpose dans chaque boucle de phase par l'intermédiaire d'un mélangeur ledit si- gnal fourni par chaque oscillateur hyperfréquence à la sortie dudit coupleur. 6 Dispositif émission selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé par le fait que les signaux issus desdits os- cillateurs hyperfréquences sont appliqués en sortie desdits coupleurs à l'entrée d'un dispositif de contrôle automatique de niveau (CAN), le résultat de ce dispositif de contrôle permet- tant d'asservir le niveau de puissance des deux oscillateurs hyperfréquences l'un par rapport à l'autre. -8 - 7 Dispositif émetteur selon l'une des revendications 1 a 6 caractérisé par le fait que l'amplificateur de chaque bou- cle de phase se compose de deux amplificateurs placés en pa- rallèle, l'un étant un amplificateur opérationnel, l'autre un amplificateur vidéo, lesdits amplificateurs étant couplés par des réseaux résistance-capacité. 8 Dispositif émetteur selon la revendication 7 caracté- risé par le fait que ledit amplificateur vidéo est réalisé au moyen de transistors de faible puissance possédant une fré- quence de transition très élevée.