Brevet FR2585525A1 — publié le 19870130

La présente invention est relative a un dispositif de transmission stéréophonique à modulation de fréquence à au moins une voie supplémentaire et indépendante. Dans le domaine de la radiodiffusion de signaux se fait sentir de façon toujours plus impérative le besoin de vecteurs nouveaux dans un espace électromagnétique déjà très encombré et ce notamment pour ne pas créer de problèmes d'interférence et de fiabilité dans la transmission de signaux radiophoniques. La présente invention tire parti de l'existence d'une portion du spectre audio-fréquence inoccupée dans l'exploitation du principe à sous-porteuse pilote et à porteuse dite supprimée utilisé dans toutes les stations de radiodiffusion -à modulation de fréquence (FM) stéreophonique. De façon plus précise, la présente invention a pour but d'occuper la zone du spectre audio-fréquence qui est comprise entre 15 et 23 KHZ et qui est normalement inutilisée, sauf la valeur 19 KHz réservée à ladite sousporteuse pilote, cette dernière ne servant qu'en tant que référence pour la constitution rigoureuse de la fréquence et de la phase de ladite porteuse supprimée, dont la fréquence est exactement le double de la fréquence de la sous-porteuse pilote, à savoir 2 x 19 KHz = 38 KHz, l'énergie utile étant distribuée dans les deux bandes latérales adjacentes à cette fréquence de 38 KHz (cf. le diagramme de la figure 1). De cette manière les dispositifs de transmission FM stéréophonique du type - -sous---porteùse ilote à porteuse supprimée, conformes à la présente invention, ne prennent pas davantage de place que celle normalement occupée par ce type de dispositifs et la diffusion de signaux supplémentaires s'ajoutant ainsi aux voies existantes gauche et droite n'affecte en rien les signaux à fréquence acoustique normalement transmis par ces dispositifs, tout en respectant les normes des émetteurs ; de plus, le parc des récepteurs FM ordinaires,qu'ils soient de type stéréophonique ou monaural, est insensible auxdits signaux supplémentaires, ce qui permet de donner à ces derniers éventuellement un caractère confidentiel. La présente invention a pour objet un dispositif de transmission a modulation de fréquence stéréophonique comportant un émetteur et un récepteur, lequel émetteur est du type qui transmet une onde modulée en fréquence par un signal composite1 comportant un signal de canal de gauche et un signal de canal de droite situés dans le domaine des fréquences acoustiques, lequel signal de canal de droite module une porteuse dite supprimée, généralement à 38 KHz, dont la fréquence et la phase dépendent d'une sous-porteuse dite pilote, dont la fréquence est égale d'une fraction simple de la fréquence de la porteuse supprimée et généralement égale à 1/2 - ce qui donne donc une sous-porteuse pilote à 19 KHz - ladite porteuse sup- primée et ladite sous-porteuse pilote étant générées localement dans l'émetteur, lequel dispositif est caractérisé en ce que ledit signal composite comporte en outre au moins un signal de canal supplémentaire, lui aussi situé dans le domaine des fréquences acoustiques, qui module ladite sous-porteuse pilote à 19 KHz, à cet effet 1 'émetteur comportant au moins un canal slémentaire sur lequel est disposé un modulateur qui reçoit, d'une part, le signal à fréquence acoustique disponible sur la borne d'entrée dudit canal supplémentaire et, d'autre part, la sous porteuse pilote à 19 KHz générée localement, le signal du canal de gauche et le signal oonstitué par la porteuse supprimée à 38 KHz modulée par le signal du canal de droite s'additionnant au signal pilote à 19 KHz modulé par ledit signal du canal supplémentaire avant d'attaquer, de façon oonnue en soi, un modulateur de fréuence et un générateur d'onde porteuse destiné à produire une onde porteuse modulée en fréquence en fonction du signal composite FM. Selon un mode de réalisation préféré du dispositif conforme à l'invention, ledit modulateur du canal supplémentaire est de préférence un modulateur d'amplitude. Selon un mode de réalisation avantageux du dispositif conforme à l'invention, ledit canal supplémentaire de l'émetteur FM stéréophonique comporte en amont dudit modulateur un compresseur de modulation contrôlant rigoureusement le taux de modulation afin de rester compatible avec les récepteurs ordinaires FM stéréophoniques. Selon une disposition avantageuse de ce mode de réalisation, en cascade avec le modulateur du canal supplémentaire et ledit compresseur de modulation sont disposés un filtre passe-bas dont la fréquence de coupure est 3 KHz et un filtre passe-bande qui est centré autour de 19 KHz et dont la largeur de bande par rapport a cette fréquence est de + 3 KHz, le filtre passe-bas étant compris entre le compresseur et le modulateur, tandis que le filtre passebande est en aval de ce modulateur. Selon un autre mode de réalisation avantageux du dispositif conforme à l'invention, celui-ci comporte un récepteur qui est pourvu d'un canal supplémentaire équipé d'un démodulateur du signal composite transmis par l'émetteur, lequel démodulateur coopère en amont et en aval avec des moyens connus en soi permettant d'extraire du signal composite le signal véhiculé par le canal supplémentaire, à savoir le signal pilote à 19 KHz modulé par le signal supplémentaire à basse fréquence. Selon une disposition préférée de cet autre mode de réalisation du dispositif conforme à l'invention, la porteuse supprimée à 38 KHz est reconstituée dans un doubleur de fréquence à partir du signal pilote à 19 KHz - modulé par le signal supplémentaire à basse fréquence qui est disponible sur le canal supplémentaire, etn ce que le démodulateur, qui reçoit la porteuse supprimée ainsi reconstituée, reçoit également le signal composite à démoduler après que celui-ci a traversé un filtre passe-bande dont la largeur de bande est de 23 à 53 KHz. Outre les dispositions qui précèdent, l'invention comprend encore d'autres dispositions, qui ressortiront de la description qui va suivre. L'invention sera mieux comprise à l'aide du complément de description qui va suivre, qui se réfère aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est un diagramme représentant le spectre de fréquence d'un signal FM stéréphonique composite classique, tandis que - la figure la est un diagramme représentant le spectre de fréquence du signal stéréophonique composite selon l'invention ; - la figure 2 est un schéma à blocs de l'émetteur FM stéréophonique selon l'invention - la figure 3 est un schéma à blocs du récepteur FM stéréophonique apte à recevoir le signal composite selon l'invention qui est émis par l'émetteur de la figure 2, et - la figure 3a étant une variante de ce schéma montrant des connexions plus avantageuses par rapport à celles de la figure 3. Il doit être bien entendu, toutefois, que ces dessins et les parties descriptives correspondantes sont donnés uniquement à titre d'illustration de l'objet de l'invention, dont ils ne constituent en aucune manière une limitation. Avec un dispositif classique a modulation de fréquence (FN) stéréophonique, c'est-à-dire avec un dispositif de transmission FM à deux canaux, deux signaux stéréophoniques habituellement appelés signaux G (gauche) et D (droite) sont émis et reçus. Ces signaux stéréophoniques proviennent normalement des générateurs ou- sources sonores standard tels que microphones toune-disques et magnetophones,par exemple, et ils sont élaborés de façai 0noe en soi pour disposer sur le canal de gauche du signal G + D et sur le canal de droite du signal G - D. La figure 1 reproduit le spectredefréuen d'unsignal FM stéréophonique osite classique Sc qui est destiné à moduler en fréuence, de façon connue en soi, une onde porteuse située dans la bande de fréquence FM,à salir dans la bande des fréquences comprises généralement entre 88 MHz et 103 MHz, qui est normalement attribuée a ce type de radiodiffusion. Dans le spectre de fréquence dudit signal composite classique Sc représenté à la figure 1 on reconnait - la portion correspondant au signal G + D - la portion correspondant à la sous-porteuse pilote a 19 KHz et - la portion correspondant a la porteuse supprimée a 38 KHz modulée par le signal du canal de droite G - D. Or, en termes d'excursion de fréquence, la répartition des signaux composants se fait de façon compatible au standard, dans ce sens qu'on attribue le 45 % du signal composite aux signaux G + D et G - D (à savoir 22,5 % pour chaque bande latérale de ce dernier), tandis que l'amplitude P du signal pilote correspond à 10 %. Les blocs Apl et Ap2 présents sur les canaux gauche G et droit D sont des amplificateurs à basse fréquence comportant chacun un circuit de préaccentuation des signaux stéréophoniques à fréquence acoustique selon une courbe de réponse normalisée (à 75 us). Les fréquences charnières se situent à 2,1 et 23 KHz. Les circuits de préaccentuation sont essentiellement des filtres passe-haut dont la fonction de transfert est calculée selon des normes bien connues des techniciens en la matière. Les blocs S1 et D1 ont pour fonction de réaliser respectivement la somme et la différence des signaux à fréquence acoustique issus préaccentués des canaux de gauche G et de droite D. Les circuits constituant ces blocs sont essentiellement des amplificateurs opérationnels. Les signaux G + D et G - D ainsi obtenus, qui sont des signaux à fréquences acoustiques dont la densité spectrale dépend essentiellement des générateurs (ou sources) des canaux gauche G et droit D, attaquent les blocs Pal et Pb2 respectivement qui sont des filtres passebas dont la fréquence de coupure est de 15 KHz, de façon à obtenir une transmission radiophonique de bonne qualite. Comme prévu par le standard, le signal G - D calibré spectralement par le filtre passe-bas Pb2 est présent à l'entrée d'un modulateur M1 équilibré à porteuse supprimée dont la fréquence est égale - ainsi qu'il a été rappelé plus haut - a 38 KHz. Ce modulateur M1 reçoit évidemment sur sa deuxième entrée cette porteuse supprimée du bloc G5 de génération des signaux à 19 et 38 KHz, la porteuse supprimée à 38 KHz étant en relation rigoureusement harmonique avec la sous-porteuse pilote à 19 KHz. (On voit donc que, conformément a la technique habituelle adoptée dans la réalisation d'un émetteur FM stéréophonique classique, les signaux à 19 KHz et 38 KHZ en relation strictement harmonique sont élaborés localement). De façon connue en soi, le signal issu du modulateur M1 traverse un filtre passe-bas passif Pb3, et ce afin de débarasser le signal composite de toutes composantes dont la fréquence est supérieure à la fréquence maximale admissible autorisée de 53 KHz qui peuvent être générées ou transmises par le modulateur équilibré M1 a porteuse supprimée à 38 KHz.La réjection des signaux à fréquence indésirée est de 70 db, tout en assurant la transmission des signaux utiles (distribués dans la double bande latérale centrée autour de la porteuse supprimée a 39 KHz) et tout en s'en écartant de 15 KHz pour les raisons de qualité sonore susdites (cette dernière fonction étant assurée par le filtre passe-bas Pub2}, Or, conformément a l'invention, le signal composite comporte, en plus des composantes classiques susdites, un signal de canal supplémentaire S qui module la sous-porteuse pilote à 19 KHz à l'aide du modulateur M2 situé sur ce canal supplémentaire et recevant sur sa pre mière entrée ledit signal supplémentaire S et sur sa deuxième entrée le signal pilote a 19 KHz. Ce signal pilote est de préférence modulé en amplitude, bien qu'on puisse également envisager une modulation de phase (ou de fréquence) dont les limites d'application sont notoirement dues au fait qu'il n'est pas possible de descendre beaucoup dans la fréquence du signal modulant. Le taux de modulation d'amplitude est très modéré et dépend des performances des dispositifs actuels à titre d'exemple non limitatif, on peut préconiser, a l'état actuel de la technique, un taux compris entre 0 et 30 % environ. Il va de soi qu'afin de rester compatible avec les récepteurs ordinaires stéréophoniques, ce taux doit être rigoureusement contrôlé : c'est le role du bloc compresseur de modulation CP. En outre, pour ne pas altérer la qualité musicale des signaux stéréophoniques normalement reçus par les mêmes récepteurs, les bandes latérales de modulation de ladite sous-porteuse pilote à 19 KHz ne doivent en aucune manière s'écarter de cette fréquence au-delà des limites théoriques de + 4 KHz, limites qui en pratique sont avantageusement restreintes, de préférence au plus a + 3 KHZ c'est,par exemple, le rôle combiné des blocs Pb4 et PB1, Pb4 étant un filtre passe-bas 3 KHz et PB1 un filtre passebande t 3 KHz centré autour de 19 KHz. La réjection globale des fréquences indésirées doit être au moins 70 db/octave au delà de 3 KHz. De plus, le filtre passe-bande PB1 garantit que les produits- de modulation indésirés ou harmoniques générées par le modulateur M2 n'affecteront pas le signal composite final. I1 est donc clair que, afin de laisser disponible une place suffisante permettant d'admettre des raies de modulation autour de la sous-porteuse pilote a 19 KHz les signaux issus desdits blocs S1 et D1 doivent avoir une densité spectrale strictement et exactement limitée à 15 KHz. A cet effet, on peut avantageusement utiliser des filtres numériques a capacités commutées ayant des fonctions de transfert et des temps de propagation de groupe adéquats avec une courbe de réponse extrêmement abrupte, de l'ordre de 100 db/octave au-del de 15 KHz. Le spectre de fréquence du signal composite final est représenté a la figure la où le signal du canal supplémentaire S,modulant la sous-porteuse pilote à 19 KHZ, occupe la double bande latérale à cheval de cette fréquence. Conformément a la technique habituelle, le signal composite final est réformaté à partir de ses constituantes élémentaires, dans un sommateur de voies E. Evidemment, au lieu de disposer dans la zone comprise entre 15 et 23 KHZ d'un seul canal supplémentaire, on peut également faire en sorte de disposer de deux canaux supplémentaires ,chacun correspondant à une desdites deux bandes latérales situées de part et d'autre par rapport a la fréquence 19 KHz ; de même que chacunede ces bandes peut être divisée en un certain nombre de canaux secondaires. En ce qui concerne le récepteur, celui-ci est représenté, en termes de schéma a blocs, à la figure 3. Les blocs SE, D5, Pb5, Ph' Db, Dom1' b6 et H ne requièrent aucun commentaire particulier étant donné que, conformément aux règles de l'Art en la matière, ils correspondent aux fonctions élémentaires et classiques de tout récepteur destiné à recevoir les émissions stéréophoniques transmises habituellement dans la bande dite FN comprenant les fréquences comprises entre 88 et 103 MHz.De toutes façons, ci-après sont rappelées brièvement les fonctions de ces blocs - SE est un superéthérodyne, D D5 est un discriminateur, Pb5 est un filtre passe-bas 15 KHz, - Ph est un filtre passe-haut 19 KHz, - Db est un doubleur de préférence (qui peut être également constitué par un bloc dit PLL, à savoir, une boucle de verrouillage de phase), qui permet donc de reconsti tuer la porteuse supprimée à 38 KHz qui est modulée par le signal composite sortant du filtre Ph dans le bloc DM1, - DM1 est donc un démodulateur équilibré, - Pb6 est une autre filtre passe-bas 15 KHz, - H comprend pour chacune des voies (ou canaux) de gauche G et de droite D un bloc amplificateur G et i respecti vement, avec circuit de désaccentuation, qui font suite à un bloc sommateur S2 et différence D2, respectivement de façon plus précise, ces blocs S2 et D2 font la somme et la différence des signaux composites provenant, après discrimination du signal FM capté par l'antenne A, du filtre passe-bas Pb5 et de la chaîne Ph,oDb, DM1 et Pb6. Par contre, le bloc I est un bloc qui permet de recueillir le signal du canal supplémentaire créé confor mément à l'invention. En ligne de principe, ce bloc I comporte essentiellement un filtre passe-bande PB2 19 KHz + 3KHz, un démodulateur DM2 et un filtre passe-bas Pb7 3 KHz. Or, la difficulté technologique dans la réalisation pratique de ce bloc I réside essentiellement dans le fait qu'il s'agit d'extraire le signal du canal supplémentaire d'un signal composite qui est particulièrement dense,ainsi que le montre le spectre de fréquence de la figure la : en fait,il faut extraire d'une bande de O à 53 KHz un signal dont le spectre est de quelques KHz (+ 3 KHz) centrés autour de 19 KHz dont l'amplitude est seulement quelques % de l'amplitude totale du signal composite.Toutefois, il s'agit de difficultés a la portée de l'homme de l'Art dans ce sens qu'elles font appel à des techniques classiques et à des procédés connus en soi (notamment transposition de fréquence, filtrages analogiques ou digitaux, démodulation synchrone ou asynchrone). La figure 3a montre une variante avantageuse par rapport au schéma de figure 3, qui tire parti de la présence sur le canal supplémentaire S du signal pilote à 19 KHz (modulé par le signal supplémentaire) pour reconstituer la porteuse supprimée à 38 KHz dans le doubleur de fréquence Db , ce qui permet de remplacer le filtre passe-haut Ph de la figure 3 par un filtre passe bande PB3 dont largeur de bande est évidemment comprise entre 23 et 53 KHz. Ainsi que cela ressort de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes de mise en oeuvre, de réalisation et d'application qui viennent d'être décrits de façon plus explicite ; elle en embrasse au contraire toutes les variantes qui peuvent venir à l'esprit du technicien en la matière, sans s'écarter du cadre, ni de la portée de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif de transmission à modulation de fréquence (FM) stéréophonique comportant un émetteur et un récepteur, lequel émetteur est du type qui transmet une onde modulée en fréquence par un signal composite, comportant un signal de canal de gauche (G + D) et un signal de canal de droite (G - D) situés dans le domaine des fréquences acoustiques,lequel signal de canal de droite module une porteuse dite supprimée, généralement à 38 KHz, dont la fréquence et la phase dépendent d'une sousporteuse dite pilote, dont la fréquence est égale à une fraction simple de la fréquence de la porteuse supprimée et généralement égale à 1/2, - ce qui donne donc une sous-porteuse pilote à 19 KHz - , ladite porteuse supprimée et ladite sous-porteuse pilote étant générées localement dans l'émetteur, lequel dispositif est caractérisé en ce que ledit signal composite oompor- te en outre au moins un signal de canal supplémentaire, lui aussi situé dans le domaine des fréquences acoustiques qui module ladite sous-porteuse pilote à 19 KHz, à cet effet l'émetteur comportant au moins un canal supplémentaire (S) sur lequel est disposé un modulateur (M2) qui reçoit, d'une part, le signal à fréquence acoustique disponible sur la borne d'entrée dudit canal supplémentaire et, d'autre part, la sous-porteuse pilote à 19 KHz générée localement, le signal du canal de gauche (G + D) et le signal constitué par la porteuse supprimée à 38 KHz modulée par le signal du canal de droite (G - D) s'additionnant au signal pilote à 19 KHz modulé par ledit signal du canal supplémentaire (S) avant d'attaquer, de façon connue en soi, un modulateur de fréquence et un générateur d'onde porteuse destiné à produire une onde porteuse modulée en fréquence en fonction du signal composite FM. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit modulateur (M2) du canal supplémentaire (S) est de préférence un modulateur d'amplitude. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ledit canal supplémentaire (S) de l'émetteur FM stéréophonique comporte en amont dudit modulateur (M2) un compresseur de modulation (CP) contrôlant rigoureusement le taux de modulation afin ae rester compatible avec les récepteurs ordinaires FM stéréophoniques. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'en cascade avec le modulateur (M2) du canal supplémentaire (S) et ledit compresseur de modulation (CP) sont disposés un filtre passe-bas (Pb4) dont la fréquence de coupure est 3 KHz et un filtre passe-bande (PB1) qui est centré autour de 19 KHz et dont la largeur de bande par rapport à cette fréquence est de + 3 KHz, le filtre passebas (Pb4) étant compris entre le compresseur (SP) et le modulateur (M2) , tandis que le filtre passe-bande (PB1) est en aval de ce modulateur. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que celui-ci comporte un récepteur qui est pourvu d'un canal supplémentaire (S) équipé d'un démodulateur (DM2) du signal composite transmis par l'émetteur, lequel démodulateur (DM2) coopère en amont et en aval avec des moyens connus en soi permettant d'extraire du signal composite le signal véhiculé par le canal supplémentaire (S), à savoir le signal pilote a 19 KHz modulé par le signal supplémentaire basse fréquence. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la porteuse supprimée, à 38 KHz est reconstituée dans un doubleur de fréquence (Db) a partir du signal pilote à 19 KHz - modulé par le signal supplémentaire à basse fréquence - qui est disponible sur le canal -supplé- mentaire, et en ce que le démodulateur, qui reçoit la porteuse supprimée ainsi reconstituée, reçoit également le signal composite à démoduler après que celui-ci a traversé un filtre passe-bande (PB3) dont la largeur de bande est de 23 à 53 KHz.