Brevet FR2550675A1 — publié le 19850215

On applique les signaux téléphoniques à des fréquences plus élevées que les fréquences de courant à la fois sur les lignes à l'intérieur des immeubles et sur les lignes de distribution à longue distance Des circuits complexes 5 sont nécessaires pour démoduler ces signaux haute fréquence et les convertir en signaux numériques. On connaît un récepteur à autocorrélation ne nécessitant pas de composants discrets de sorte que le récepteur peut être entièrement réalisé par des techniques numé10 riques On a découvert pendant la mise en oeuvre de la partie autocorrélation du récepteur, qu'un retard pré- déterminé fixe dans le registre à décalage à autocorrelation par rapport à la fréquence porteuse du signal en modulation de fréquence (signal FM), provoque une relation linéaire directe 15 entre le signal de bande de base et la fréquence porteuse On a en outre découvert que ces variations de l'amplitude du signal pouvait provenir de variations de la fréquence ou de la phase Ces variations de l'amplitude en fonction de la fréquence répondent aux nécessités d'un discriminateur FM qui 20 est défini comme un détecteur de signaux FM Lorsque le signal FM reçu est retardé et traité par un circuit numérique à autocorrélation, le discriminateur fournit une tension de sortie dont l'amplitude suit les variations de la fréquence Pour les applications aux télécommunications, dans 25 lesquelles la mise en oeuvre numérique est conservée, le si- gnal de sortie du discriminateur FM de l'invention est similaire à un signal numérique, c'est-à-dire "marche" ou "arrêt", avec un rapport cyclique dépendant de l'amplitude de la tension du signal acoustique appliqué à la porteuse par 5 l'émetteur On peut réaliser un récepteur téléphonique FM notablement simplifié en utilisant le discriminateur de l'invention puisque les décodeurs à boucle de verrouillage de phase, normalement utilisés sur un circuit téléphonique, ne sont plus nécessaires. L'invention a par conséquent, pour but de réaliser un circuit téléphonique FM amélioré qui utilise des techniques d'autocorrélation telle qu'un détecteur FM sans recourir à un circuit de décalage de phase ou toute autre technique de conservation de l'énergie telle que les décodeurs à 15 boucle de verrouillage de phase. L'invention comporte un récepteur à autocorrélation pour des signaux FM qui comprend un comparateur, un registre à décalage et des circuits de bascule On multiplie le signal FM par un temps de retard fixe choisi à l'inté rieur 20 du registre à décalage pour obtenir un signal à deux composantes On filtre la double composante de la porteuse et on utilise la composante de bande de base pour réaliser la relation amplitude/fréquence En sélectionnant le retard fixe par rapport à la fréquence porteuse du signal FM, le signal 25 résultant se rapproche d'une représentation numérique du signal FM. La description qui va suivre se réfère aux figures annexées qui représentent, respectivement: figure 1, un diagramme d'un récepteur FM utilisant 30 le détecteur FM de la présente invention; figure 2, un schéma du circuit du détecteur FM, utilisé avec le récepteur de la figure 1, figure 3, une courbe de la relation entre la réponse d'autocorrélation et la fréquence pour le circuit dé35 tecteur FM de la figure 2; et -3 figure 4, une courbe du signal de sortie en fonction de la réponse filtrée pour des fréquences comprises entre 155 k Hz et 215 k Hz. La dérivation mathématique de la fonction de re5 tard d'autocorrélation pour un signal acoustique de bande de base Lf(t)l, une fréquence porteuse (wc) et un signal FM est la suivante: signal FM = sin Luc + f (t))t ( 1) Ce signal retardé par un temps fixe % est signal FM retardé = sin l(wc + f(t)) (t-X 5 ( 2) On multiplie ( 1) par ( 2) ce qui donne x(t) x(t) = sin (wc + f(t))t sin l(wc + f(t)(t) ( 3) on pose w= C + f(t). ( 3) devient maintenant: x(t) = sinwt sinw(t) ( 3) En utilisant une identité trigonométrique, ( 3) devient x(t)= l/2 úcos (w-u(t-) cos (wt + W t -))l x(t)= 1/2 Cos; 1/2 cos( 2 wt -u>) ( 4) le deuxième terme est une composante haute fréquence que l'on peut éliminer par un filtre passe-bas Le premier terme, comme on peut le voir en ( 4), est une valeur de courant continu invariable avec le temps Cependant le terme W varie avec le temps, ce qui oblige le niveau de cou25 rant continu à varier autour du niveau de modulation zéro (f(t) = O) Cette valeur est réglée par la relation entre la fréquence porteuse (wc) et le retard fixe ( un discriminateur FM. Le deuxième terme 1/2 cos ( 2 wt w-) est une com25 posante double de la fréquence sans intérêt pour la détection FM et on peut facilement l'enlever au moyen d'un filtre passe-bas On a contruit comme suit un circuit pour vérifier le concept de corrélation avec un retard fixe. La figure 1 représente le circuit d'autocorréla30 tion 10 utilisé avec un récepteur à autocorrélation Le circuit du récepteur contient un filtre passe-bande 11 pour filtrer un signal FM d'entrée ayant une fréquence porteuse fc On traite ensuite le signal dans un limiteur 12 qui comporte des limiteurs à diode pour éliminer les variations d'amplitude de la porteuse Le circuit de retard 13, qui sera décrit de manière plus détaillée en liaison avec la figure 2, fournit un retard fixe égal à 1,25 divisé par la fréquence porteuse Ce retard fixe est une caractéristique importante de la présente invention puisqu'aucun circuit de 5 décalage de phase n'est nécessaire, comme décrit précédemment On multiplie le signal retardé par le signal de courant ( 20) dans le multiplicateur 22 et on filtre ce signal dans un filtre passe-bas 16 avant de sortir vers le circuit téléphonique. On a représenté figure 2 le circuit détecteur numérique 17 du récepteur à autocorrélation 10 qui consiste en un détecteur de passage par zéro tel que le comparateur 18 qui transforme le signal d'entrée fc limité en bande FM d'une configuration d'onde sinusoïdale A en une configura tion 15 d'onde carrée B en mettant au carré et en limitant le signal d'entrée On échantillonne le signal à l'intérieur d'une bascule D 19 et on obtient le retard en appliquant la fréquence de base sur la ligne de synchronisation 15 reliant les entrées de synchronisation d'horloge de la bascule 19 à 20 l'entrée de synchronisation du registre à décalage 9 à n étages qui constitue le circuit de retard 13 de la figure 1. On relie la borne Q de la bascule 19 à la borne D du registre à décalage 9 et la borne Q du registre à décalage à une entrée d'une porte NON-OU exclusif 22 On relie l'autre 25 entrée de la porte NON-OU exclusif 22 via la ligne 20 à la ligne 23 qui relie les bornes Q et D de la bascule 19 et du registre à décalage 9 respectivement On agence la porte NON-OU exclusif 22 sous la forme d'un multiplicateur numérique dont le signal de sortie est converti par un filtre 30 passe-bas approprié, tel que le filtre 16 de la figure 1, pour enlever la composante haute fréquence comme décrit précédemment. Le signal de synchronisation appliqué à la ligne 15 dépend de la fréquence porteuse (fc), du nombre d'étages (n) 35 dans le registre à décalage et du retard fixe (t) de -6 2,5 f qui est équivalents à 1 f/2 radians Avec une fréquence de 200 k Hz et un registre de décalage 9 CMOS à 12 étages, on a choisi une fréquence d'échantillonnage de 1,92 M Hz On a utilisé un filtre passe-bas 16, à deux pôles, à 3400 Hz pour 5 séparer le signal acoustique et on compare la qualité acoustique du signal résultant à un circuit décodeur à boucle de verrouillage de phase du type normalement utilisé sur les lignes de courant et les circuits radio stéréophoniques La qualité acoustique du signal acoustique était égale ou meil10 leure à celle obtenue à partir d'un décodeur de ligne de courant standard. On a évalué l'efficacité du circuit détecteur 17 pour la réponse d'autocorrélation en augmentant la fréquence (fc) du signal d'entrée et en mesurant le signal acoustique 15 de sortie en volts La relation de la figure 3 indique une réponse quasi-linéaire en volts en tant que fonction directe de la fréquence d'entrée fc en k Hz. On voit mieux la linéarité de la valeur en courant continu du premier terme de chaque côté de la fréquence por20 teuse, figure 4 o on a représenté la courbe du signal de sortie en fonction de la fréquence de part et d'autre de la fréquence porteuse On remarquera que pour un retard fixe désigné pour une fréquence porteuse fc = 155 k Hz, il y a 2 régions linéaires, situées de part et d'autre de 155 k Hz, 25 centrées sur 116,25 k Hz et 193,75 k Hz. REVENDICATIONS 1 Circuit discriminateur FM, caractérisé en ce qu'il comprend: un détecteur de passage par zéro ( 18) pour mettre 5 au carré et limiter un signal d'entrée de fréquence porteuse FM. des moyens d'échantillonnage et de retard ( 13,22) pour échantillonner le signal porteur et pour multi plier ce signal par un signal retardé prédéterminé; et un filtre ( 16) pour enlever une composante de fréquence choisie du signal multiplié. 2 Circuit discriminateur FM selon la revendication 1, caractérisé en ce que le détecteur de passage par zéro ( 18) comporte des limiteurs à diode. 3 Circuit discriminateur FM selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'échantillonnage et de retard comprennent un circuit d'autocorrélation. 4 Circuit discriminateur FM selon la revendication 1, caractérisé en ce que le filtre ( 16) est un filtre 20 passe-bas. Circuit discriminateur FM selon la revendication 3, caractérisé en ce que le circuit d'autocorrélation comprend un registre à décalage ( 9) à N étages. 6 Circuit discriminateur FM selon la revendica25 tion 5, caractérisé en ce que le circuit d'autocorrêlation comprend en outre au moins une bascule ( 19). 7 Circuit discriminateur FM selon la revendication 6, caractérisé en ce que la bascule ( 19) et le registre A décalage ( 9) sont reliés par une ligne de synchronisation 30 commune ( 15). 8 Circuit discriminateur FM selon la revendication 1, caractérisé en ce que le retard est une fonction mathématique de la fréquence porteuse. 9 Circuit discriminateur selon la revendication 1, 35 caractérisé en ce que la fréquence porteuse FM est com prise entre 109 et 215 k Hz. Circuit discriminateur selon la revendication 9, caractérisé en ce que le retard est égal Z 1 fois la réciproque de la fréquence porteuse. 11 Méthode de détection FM, caractérisée en ce qu'elle consiste a: mettre au carré et limiter un signal de fréquen ce porteuse FM; réaliser sur le signal une autocorrélation par rapport à un retard fixe; et filtrer une composante haute fréquence particulière du signal retardé. 12 Méthode selon la revendication 11, caractéri sée en ce que l'autocorrélation consiste en une opération mathématique selon la formule x(t) = sin (wc + f(t))t sin l(wc + f(t))(t -b)l dans laquelle x (t) représente le signal FM retardé, Wc la fréquence porteuse et le retard. 13 Méthode selon la revendication 11, caractéri sée en ce que l'autocorrélation comporte l'étape d'échantil20 lonnage du signal à N fois la fréquence porteuse. 14 Méthode selon la revendication 13, caractéri sée en ce que le retard est obtenu en reliant par une ligne de synchronisation commune une bascule et un registre de décalage à N étages. 15 Méthode selon la revendication 13, caractéri sée en ce qu'elle comporte l'étape de multiplication du si gnal retardé. 16 Méthode selon la revendication 15, caractéri sée en ce qu'elle comporte l'étape de filtrage du signal multiplié 30 par un filtre passe-bas ( 16).