Brevet FR2554998A1 — publié le 19850517

La présente invention a pour objet un procédé de modulation permettant de transmettre simultanément des si- gnaux analogiques et numériques avec un encombrement de fré- quence inférieur à celui requis par Les moyens connus. Quand l'on veut émettre et recevoir des données analogiques et numériques sur un même réseau téléphonique (lignes commutées), sur des lignes louées, ou sur un canal satellitaire, il est d'usage de partager la bande passante utilisable au moyen de filtres, et d'envoyer séparément, sur chacun des sous canaux ainsi formés, d'une part le signaL analogique, et d'autre part Le signal numérique au moyen d'un modem. Une variante consiste à numériser le signal analo- gique, et à le multiplexer avec Le signal numérique et à en- voyer ce signal numérique multiplexe à un modem dont le si- gnal émis sera propre à être véhiculé par le réseau choisi. Ces solutions présentent plusieurs inconvénients: Si l'on sépare la bande passante utiLe par des fil- tres, une grande partie de cette bande sera perdue, perte due à l'utilisation de ladite bande par une plage morte nécessai- re à la séparation analogique des sous-bandes ainsi formées, pour éviter tout phénomène d'intermodulation. Si l'on utilise le principe du multiplexeur, après avoir numérisé le signal analogique, on sera tenu d'utiliser une bande passante plus grande que celle prévue initialement si l'on veut garder le signal analogique exempt de toute for- me de distorsions. Un exemple numérique non limitatif, comme décrit ci-après, permettra de mieux saisir le probLème. Si l'on désire transmettre simultanément un signal analogique dont la bande passante est de 2400 Hz, et un si- gnal numérique de 4800 bits binaires par seconde sur un si- gnal analogique, La bande passante de ce canal devra être égale à 2400 Hz plus la largeur de bande requise par la mo- dulation d'un signal analogique par un signal numérique de 4800 bits binaires par seconde, à savoir: 1500 Hz minimum, dans le cas d'une modulation simultanée de phase et de fré- quence. La bande passante nécessaire sera donc de 3900 Hz. Si, par ailleurs,on utilise un canal numérique, on est amené à utiliser un canal possédant un débit binaire de 4800 bits/seconde, plus le débit nécessaire à transmettre correctement un signal analogique de 2400 Hz, selon le théo- rème de SHANNON, 4800 échantillons, chacun de ceux-ci quanti- fié sur 8 bits binaires: soit 38400 bits. On arrive, dans ce cas à un débit total de 38400+ 4800, soit 43200 bits binaires par seconde. Cela interdit l'usage d'une ligne de'transmission conventionnelle dont La bande passante est de 3000 Hz en Europe et de 2400 Hz en Amé- rique du Nord, permettant de véhiculer 14400 bits par secon- de au moyen d'un modem très onéreux, et à condition que la ligne de transmission soit de qualité supérieure. Si même on applique plusieurs codes de compression afin de réduire le débit binaire, il semble difficile de réduire le débit en ce casde 10000 bits par seconde. Hormis La complexité technique inhérente à ce trai- tement de compression à l'émission et de décompression à la réception, le coût du matériel à mettre en oeuvre pour la transmission et la réception (modem et multiplexeur), reste très élevé, vingt fois plus, environ, que dans la solution préconisée par le demandeur. Donc, quelque soit la technique employée, il est sinon impossible ou tout au moins extrêmement coûteux de transmettre la somme des informations précitées sur un canal analogique de 3000 Hz de bande passante, et de qualité supé- rieure. A fortiori sur un réseau de 2400 Hz de bande passan- te. Un objet de la présente invention est de fournir un procédé de modulation pour la transmission simultanée de signaux analogiques et de signaux numériques, caractérisé en ce qu'au moins un signal analogique et au moins un signal numérique synchronessont additionnés. Un autre objet de la présente invention réside dans le fait qu'il permet d'appliquer un encryptage dans lequel on peut faire varier l'amplitude des signaux numériques selon un mode aléatoire ou pseudo-aléatoire uni- quement connu des correspondants. Encore un autre objet de la présente invention est de fournir un dispositif de modulation pour la trans- mission simultanée de signaux analogiques et de signaux numériques synchrones, caractérisé en ce qu'il comprend, d'une part, à l'émission, un modulateur, un générateur de signal porteur et d'horloge, un modulateur du signal numé- rique et un additionneur analogique, ces fonctions pouvant être remplies par un micro-processeur, et, d'autre part, à la réception, un démodulateur double-alternance, un trieur de "SCHMIDT "1un amplificateur- limiteur, un modulateur du signal numérique, un circuit sur tracteur, ces mêmes fonc- tions pouvant être remplies par un micro-processeur. Dans un mode de réalisation préférée de l'inven- tion: L'addition des signaux numériques et des signaux analogiques, se fait à chaque alternance ou chaque demi- alternance du signal analogique. La valeur binaire, I ou 0,du signal numérique est additionnée à la demi-alternance ou à l'alternance corres- pondante du signal analogique, et dans le cas de l'addition à la demi-alternance avec le signe de cette demi-alternancel'- amplitude du signal numérique de valeur I additionnée é- tant une valeur constante. La valeur absolue maximale du signal analogique doit être inférieure à la valeur absolue du signal numéri- que représentant un état 1, de sorte que le tri en amplitu- de doitpossible à la réception. Le signal analogique est le signal porteur de l'in- formation analogique utile modulant ce signal porteur, tan- dis que ce dernier peut être modulé en amplitudede préfé- rence en bande latérale atténuée, en phase ou en fréquence D'autres avantages et caractéristiques de l'in- vention apparaîtront à la lecture de la description suivan- te, donnée à titre illustratif et nullement limitatif de l'invention, en référence aux dessins annexés dans lesquels: Fig. 1 représente un signal numérique binaire. Fig. 2 représente une onde porteuse sinusoidale. Fig. 3 représente La sommation des deux signaux illustrés par Les figures 1 et 2. Fig. 4 représente la réalisation matérieLLe d'un encodeur faisant partie du dispositif destiné à mettre en oeuvre l'invention. Fig. 5 représente un dispositif décodeur faisant partie du dispositif destiné à mettre en oeuvre l'inven- tion. Sur la figure 1 est représenté un signal numéri- que binaire qu'on peut écrire "101101". Sur la figure 2 est représentée une porteuse sinu- soidale modulée en amplitude par le signal analogique à trans- mettre, et on peut constater que le signal numérique de la figure 1 est synchrone avecle signal analogique de La figu- re 2. Sur la figure 3 qui illustre la sommation des deux signaux selon le procédé de l'invention, les deux lignes en pointillé représentent la valeur maximum du signal numéri- que (a et a') et les deux lignes (b et b') représentent la valeur maximum du signal analogique. Si l'on numérote les demi alternances successives de 1 à 6, on remarque que si le signal de la figure I indique un état positif (1), cet état sera additionné au signal de la figure 2, avec la polarité de la demi sinusoïde en phase. Ainsi, la demi période 1 (-fi- gure 3) est la sommation affectée d'un signe plus des signaux correspondants des figures 1 et 2. La demi période 2 (figure 3) indique la présence d'un zéro binaire et de la demi sinuso- Ide négative. La demi période 4 (figure 3) indique une demi- sinusoide négative additionnée avec un I binaire, l'ensem- bLe affecté d'un signe négatif, puisque la demi sinusoïde correspondante de la figure 2, est négative. L'addition du signal numérique au signaL anaLogi- que, doit se faire de façon synchrone à chaque demi alter- nance du signal analogique. Ainsi, pour un signal analogique de bande passante P, modulant une fréquence porteuse F, a- vec la bande LatéraLe supérieure atténuée, il est possible d'ajouter à ce signal un nombre de bits binaires par secon- de, égal à 2F. Soit un signal de bande passante égale à 2400 Hz, modulant une porteuse à 2400 Hz, avec la bande latérale su- périeure atténuée; on peut donc ajouter à ce signal analogi- que, un signal numérique égaL à 4800 bits par seconde. En se référant aux figures 1, 2 et 3, on peut constater que la seule façon de séparer le signal analogi- que (Va) du signal numérique (Vn), à chaque demi alternance, est un tri par amplitude. Il importe donc de donner à Vn une amplitude constante quand le bit binaire = 0; quand le bit binaire = 1, Vn = + ou - une valeur constante. Il fau- dra donc que l'amplitude absolue de Va, soit inférieure à la valeur absolue de Vn, de telle sorte qu'il sera toujours pos- sible à la réception, de différencier les deux informations: si la valeur absolue du signal composite est inférieure à Vn, on a en présence d'un bit égal b zéro, et d'un signal a- nalogique égal à cette valeur absolue; par contre, si la valeur absolue du signal composite est égale ou supérieure à Vn, on sera en présence d'un bit égal à 1, et d'un signal analogique égal à la valeur du signal composite, moins la va- leur du signal numérique. Dans l'encodeur représenté sur la figure 4, la va- leur absolue du signal numérique égale à 1 est de 400 milli- volts, et la valeur absolue maximum du signal analogique est de 300 millivolts, de sorte qu'il n'y aura aucune ambi- guité dans la reconnaissance des signaux respectifs. Le schéma-bloc de la figure 4 représente le signal analogique Va entrant dans un modulateur 1, alimenté par un signal porteur sinusoidal produit par l'oscillateur 2. Le signal issu du modulateur 1 est ensuite appliqué à l'une des deux entrées de l'additionneur 4. Le signal numérique Vn est appliqué à l'entrée d'un circuit 3 qui délivrera pour cha- que signal binaire égal à 1, une valeur constante affectée du signe de la demi sinusoïde en phase. Le signal issu de 3, sera additionné au signal issu de 1, dans l'additionneur 4, qui délivrera un signal composite, Vc, propre à être envoyé sur un réseau analogique. 6 2554998 Le signal composite, Vc, est appLiqué à l'entrée drun re- dresseur double alternance 1, suivi par un trieur de "SCHMIDT" 2, lequel prendra en compte tous Les signaux su- périeurs à la valeur maximale du signal analogique. La sor- tie de 2 délivrera Le signal numérique Vn. Le signal Vc est également appliqué à L'entrée d'un amplificateur à satura- tion 3, dont la sortie délivrera un signal en créneau, syn- chrone à la fréquence porteuse modulée Va. Ce signal en cré- neau pourra servir d'horLoge pour décoder le signal numéri- que, à la sortie S. Ce signal horloge est également appliqué au cir- cuit 4, de sorte que la sortie de circuit délivre le signal numérique Vn, avec les " 1" (états positifs binaires), soient de même signe que les demi sinusoïdes synchrones du signal composite. La sortie de 4 est donc appliquée à L'en- trée d'un soustracteur 5, dont la seconde entrée reçoit le signal composite Vc. La sortie de ce soustracteur délivrera donc le si- gnal module Va, lequel sera démodulé par des moyens connus de l'homme de l'art. Il est de toute évidence qu'il faudra ajouter à ce circuit, un contrôle de gain automatique, et que le signal composite peut comporter des signaux récurrents d'amplitu- de connue, destines à détecter toute variation d'amplifica- tion du réseau supportant Le signal, et par la même préve- nir toute variation d'amplitude intempestive. Là encore, ce genre de technique est parfaitement connue de. L'homme de l'art et est couramment appliquée. Une variante pourrait consister à transmettre un élément binaire par période entière, aulieu de deux, comme décrit ci-dessus. Cela diviserait par deux le nombre d'élé- mentsbinairesqui serait égal à F (fréquence de la porteuse Va), au Lieu de 2xF. Néanmoins, cela peut présenter un a- vantage quand on désire transmettre un signal analogique avec un minimum de distorsions harmoniques et d'amplitude. Il est évident que les exemples pris ici pour expliquer le procédé, ne sont nullement limitatifs, et tou- te réalisation reprenant le principe de sommation des in- formations analogiques modulant une porteuse et d'un signal numérique synchrone à cette porteuse, même si cette porteu- se est modulée en fréquence ou en phase, ne s'écarte pas pour autant de La présente invention, même pour des fréquen- ces totalement différentes, et/ou sur des réseaux ou canaux également différents. REVENDICATIONS 1. Procédé de modulation pour la transmission si- multanée de signaux analogiques et de signaux numériques, caractérisé en ce que au moins un signal analogique et au moins un signal numérique synchrones sont additionnés. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'addition des signaux numériques et des signaux analogiques, se fait à chaque alternance ou chaque demi- aLternance du signal analogique. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 1 et 2, caractérisé en ce que la valeur binaire,-1 ou O, du signal numérique, est additionnée à la demi alternan- ce ou à L'alternance correspondante du signal analogique, et dans le cas de l'addition à la demi alternance, avec le si- gne de cette demi alternance. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'amplitude du signal numérique de valeur 1 à additionner, est une valeur constante. 5. Procédé selon l'une des revendications I à 4, caractérisé en ce que La vaLeur absolue maximale du signal anatogique doit être inférieure à la valeur absolue du signal numérique représentant un état 1, de telle sorte que le tri en amplitude est possible à la réception. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le signal analogique est le signat porteur de l'information analogique utile modulant ce si- gnal porteur. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le signal porteur peut être modulé en amplitude de préférence en bande tatérale atténuées en pha- se ou en fréquence. 8. Application du procédé seton l'une des reven- dications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il permet d'appli- quer un encryptage dans lequel on peut faire varier l'ampli- tude des signaux numériques seLon un mode aléatoire ou pseu- do aléatoire uniquement connu des correspondants. 9. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé seLon L'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'- il comprendd'une part,à l'émission, un modulateur, un géné- rateur de signal porteur et d'horloge, un modulateur de si- gne du signal numérique et un additionneur analogique; et, d'autre part, à la réception, un démodulateur double alter- nance, un trieur de " SCHMIDT'".un amplificateur limiteur, un modulateur de signe du signal numérique et un circuit soustracteur. 10. Dispositif selon la revendication 9, caracté- risé en ce que, tant à L'émission qu'à La réception, l'ensem- ble des fonctions sont remplies par un micro-proces- seur.