Brevet FR2589298A1 — publié le 19870430

i 2589298 La présente invention concerne un modulateur par déplacement de phase à quatre états ou modulateur MDP4 et, plus généralement, des modulateurs pour modulation d'amplitude à deux porteuses en quadratu- 2n re à grand nombre d'états ou modulation MAQ 22n, dans lesquels sont utilisés des modulateurs MDP4 suivant l'invention. On rappelle qu'un signal à modulation par déplacement de phase à quatre états ou signal MDP4 est formé d'une porteuse sinusoidale de fréquence fo qui prend un état de phase parmi quatre états de phase possibles: 0 , 90 , 180 et 270 , en fonction du signal numérique modulant. Par ailleurs, les syst4mes de transmission numérique à modula- 2n tion MAQ 2, o n est grand, présentent un grand intérêt. Or, dans 2n les systèmes de modulation de type MAQ 2, tel que MAQ 64 ou MAQ 256, qui sont, par exemple, décrits dans les documents suivants: - "Design and Application of the RD-4A and RD-6A 64 QAM Digital Radio Systems" par J.D. McNicol et al., paru dans ICC'84 Conf. Rec. Vol. 2, pp. 646-652, - "64 QAM Digital Radio Transmission System. Integration and Performance" par J. A. Crosset and P.R. Hartmann, paru dans ICC'84 Conf. Rec. Vol. 2, pp. 636641, - "Design and Performance of 6 GHz 135 Mb/s Radio System with 64 QAM" par Y. Ito et al., paru dans ICC'84 Conf. Rec. Vol. 2, pp. 632-635, - "256 QAM Modem for High Capacity Dgital Radio Systems" par Y. Daido et al., paru dans Globecom'84, Vol. 2, pp. 16.8.1-16o- 8.5, la fonction modulation est réalisée au moyen de modulateurs en anneau, c'est-à-dire de composants analogiques, qui doivent être de grande qualité, donc chers. L'utilisation de composants analogiques, comme composant de base, dans les modulateurs ne permet pas leur intégration, si bien que les modulateurs occupent un gros volume. Le principe est également connu de réaliser des modulations MAQ 22n à partir de modulations élémentaires réalisées dans des modulateurs MDP4 dont les signaux de sortie subissent des atténua- tions sélectives avant d'être sommés, mais seuls sont alors utilisables des modulateurs MDP4 de grande précision. D'autre part, on connait d'après le document FR-A-2 469 062, une réalisation d'un modulateur MDP4 dans la construction duquel n'entrent pratiquement que des circuits logiques. Ce modulateur MDP4 peut donc être fabriqué sous forme intégrée, est d'un prix de revient bas, a une bonne fiabilité et ne nécessite que peu de réglage. En pratique, il est pratiquement indépendant aussi bien de la fréquence porteuse que du débit numérique. En ce qui concerne la précision sur les phases des différents états, elle atteint le degré, ce qui est tout à fait suffisant quand le modulateur MDP4 est utilisé seul, mais qui demeure insuffisant quand on somme plusieurs signaux pour obtenir une modulation MAQ d'ordre élevé. On rappelle encore que, dans ce modulateur MDP4 connu, le réglage fin des phases est effectué en agissant sur les condensateurs de circuits RC, les condensateurs étant en parallèle sur les fils transmettant les porteuses déphasées. Un objet de la présente invention consiste à prévoir un modula- teur MDP4 dans la structure physique duquel n'entrent que des cir- cuits logiques intégrables et dont la précision sur les phases soit meilleure qu'un dixième de degré. Avec le modulateur de l'invention, il devient donc possible de réaliser des modulations MAQ d'ordre élevé avec intégration des circuits. Suivant une caractéristique de l'invention, il est prévu un modulateur par déplacement de phase à quatre états comportant un générateur de signaux haute fréquence pourvu de quatre sorties déli- vrant ce signal avec quatre phases différentes, respectivement O0 900 1800 2700 décalées de 90 - F O, F, F180 et F 270 -, un sélecteur de phase ayant quatre entrées de porteuse respectivement reliées aux quatre sorties du générateur, quatre entrées de signaux modulants et quatre sorties de porteuses déphasées, chaque entrée de signal modulant étant reliée à l'entrée de commande d'un commutateur monté entre une entrée de porteuse et une sortie de porteuse, les quatre sorties du sélecteur étant respectivement reliées aux entrées de données de quatre bascules, type D, dont les sorties Q sont reliées aux quatre entrées d'une porte OU, un doubleur de fréquence dont l'entrée est reliée à une sortie du générateur et qui comporte deux sorties en opposition de phase, les entrées d'horloge des premières et secondes bascules étant reliées à la première sortie du doubleur de fréquence et les entrées d'horloge des troisième et quatrième bascules étant 3 2589298 reliées à la seconde sortie du doubleur de fréquence. Suivant une autre caractéristique, entre les fils d'entrée d'horloge des quatre bascules et la masse, sont prévus des condensa- teurs de circuits RC. Suivant une autre caractéristique, le générateur de signaux rectangulaires comprend une source de signaux haute fréquence dont la sortie est reliée, d'une part, à l'entrée de données d'une cinquième bascule et, d'autre part, à la première entrée d'une porte OU-exclu- sif dont la sortie est reliée à l'entrée de données d'une sixième bascule, la seconde entrée de la porte OU-exclusif étant reliée à la première sortie du doubleur de fréquence, les entrées d'horloge des cinquième et sixième bascules étant respectivement reliées aux première et seconde sortie du doubleur de fréquence, les sorties Q et Q des cinquième et sixième bascules constituant les quatre sorties du générateur. Suivant une autre caractéristique, il est prévu un modulateur MAQ 22n comprenant n modulateurs MDP4 dont les sorties sont respecti- vement reliées aux entrées de n atténuateurs ayant respectivement des coefficients d'atténuation de 6(n-1), avec n variant de O à n, les sorties des atténuateurs étant reliées aux n entrées d'un sommateur, les modulateurs MDP4 étant des modulateurs définis ci-dessus. Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ain- si que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la des- cription suivante d'exemples de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels: - la Fig. 1 est le schéma d'un modulateur DDP4 suivant l'invention, la Eig. 2 est le bloc-diagramme d'un modulateur MAQ 22n suivant l'invention, et les Figs. 3a à fonctionnement du modulateur de la Fig. 1. Le modulateur MDP4 de la Fig. 1 comprend une source 1 qui -élivre uwi signal F de fréquence fo. La sortie de la source 1 est reliée, d'une part, à l'entrée d'un doubleur de fréquence 2 et, d'aPtre part, - l'entrée de données D d'une bascule 3. Le doubleur de fréquence 2 a deux sorties qui délivrent respectivement deux signaux i e O, n psiti de phases tous deux, de frquence 2fo Le ii et A en o poiinde phase;, tous deux de frSquence 2fOe Le 4 2589298 signal F est représenté à la Fig. 3a, le signal HO à la Fig. 3b et le signal H180 à la Fig. 3c. On remarquera que les passages par zéro de ces signaux coincident. 0o La bascule 3 a son entrée d'horloge cl reliée à la sortie H. Sa sortie Q délivre le signal F, remis en forme, et est reliée, d'une part, à l'entrée unique d'une première porte OU-exclusif 4 et à la première entrée d'une seconde porte OU-exclusif 5 à deux entrées. La (O seconde entrée de la porte 5 est reliée à la sortie H. En pratique, la porte 4 délivre un signal FO et la porte 5 un signal F90, en quadrature de phase avec FO. La fonction de la porte 4 est simple- ment d'établir un retard égal à celui de la porte 5 qui effectue le déphasage de F en F. La sortie de la porte 4 est reliée à l'entrée de données d'une bascule 6 tandis que la sortie de la porte 5 est reliée à l'entrée de données d'une bascule 7. Les entrées d'horloge cl des bascules 6 et 7 OC 1800 sont respectivement reliées aux sorties H et H. L'ensemble des éléments 1 à 7 forme un générateur de porteuses déphasées de 90 dont les sorties Q et Q des bascules 6 et 7 constituent respectivement les OC 900 1800 2700 sorties F, F90 F180 et F270 La sortie Q de la bascule 6 est reliée à la première entrée A d'une porte ET 8 tandis que la sortie Q est reliée à la première entrée B d'une porte ET 9. La sortie Q de la bascule 7 est reliée à la première entrée C d'une porte ET 10 tandis que la sortie Q est reliée à la première entrée D d'une porte ET Il Les sorties des portes ET 8 à ll sont respectivement reliées aux entrées de données de quatre bascules 12 à 15. Les sorties Q des bascules 12 à 15 sont reliées aux entrées d'une porte OU 16 dont la sortie constitue la sortie du modulateur. Les entrées d'horloge cl des bascules 12 et 13 sont reliées à la sortie HO tandis que les entrées d'horloge cl des bascules 14 et sont reliées à la sortie Hi De:lus, entre les entrées d'horloge des bascules -12 à 15 et la masse sont respectiveme-.int prévus des condensateurs ajustables C1 à C4. Les condensateurs C1 à C4 permettent d'ajuster, en apportant un retard, les instants d'appli cation des fronts des signaux d'horloge H et H80 Le modulateur est complété pasr uan décodetur 17 dont les quatre sorties A', B', C' et D' sont respectivement reliées aux secondes 2589298 entrées des portes 8 à 11. Le décodeur 17 comporte une entrée à deux fils 18 et 19 auxquels sont appliqués les éléments binaires ou bits du signal modulant. L'ensemble des éléments 8 à 11 et 17 forme un sélecteur de phase. Le fonctionnement du modulateur de la Fig. 1 est le suivant. Le signal F de la source 1 appliqué à la bascule 3 a une fréquence égale à fo, o fo est la fréquence de la porteuse, qui peut, par exemple, être égale à 140 MHz. La sortie Q de la bascule 3 délivre un signal F remis en phase par le signal H. La porte 4 délivre le même signal FO tandis que la porte OUexclusif 5 délivre un signal en quadrature, soit F Les Figs. 3e à 3h représentent respectivement (O 900 1800 27001 les signaux F, F90 F180 et F270, délivrés par les sorties Q de 6, Q de 6, Q de 7 et Q de 7. On notera que les signaux des Figs. 3e, 3g, 3f et 3h, observes dans cet ordre sont chacun décalés de 90 par rapport au précédent. Ainsi, on dispose aux sorties des bascules 6 et 7 des quatres phase du signal F. Ces signaux déphasés sont appliqués aux premières entrées des portes ET 8 à 11, respectivement. Par ailleurs, à chaque symbole quaternaire 009 01, 10 ou 11 constitué par la paire de bits appliquée au rythme du train de bits, par exemple d'une. fréquence de l'ordre de quelques dizaines de MHz aux fils d'entrée 18 et 19 du décodeur 17, correspond une des sorties A' à D' activée pendant un temps d'horloge. Pendant la période d'un symbole, suivant la valeur de celui-ci, une sortie du décodeur étant activée, une des portes 8 à 11 est ouverte et une seule, les trois autres étant inhibées. Le signal délivré par la porte ET sélectée par le décodeur 17 est transmis par la bascule qui lui est associée parmi les bascules 12 à 15. Dans ces bascules, les transferts sont effectués suivant les signaux HO ou H180 afin de respecter les phases. Enfin, la porte OU 16 réunit les signaux de sortie des bascules 12 à 15, dont une seule est active à la fois. Dans le modulateur décrit dans le document FR-A-2 469 062 déjà mentionné, il faut utiliser une fréquence égale à quatre fois la fréquence porteuse. Dans le modulateur de l'invention, la fréquence 2fo, double de la fréquence porteuse fo, suffit, ce qui est d'autant plus avantageux que la fréquence porteuse est plus élevée. Alors que, dans le modulateur connu, les condensateurs de réglage fin sont directement en parallèle sur les fils transmettant la porteuse, les condensateurs C1 à C4 sont, dans la présente invention, en parallèle sur les fils d'horloge des bascules 12 à 15. Dans le modulateur connu, la phase à la sortie de la porte ET est réglée, mais il existe une distorsion de la forme de la porteuse à l'entrée de la porte OU qui réunit les signaux. Les signaux appliqués à la porte OU n'ont donc pas tous la même forme pour les quatre phases possibles. Ainsi, après filtrage, la composante à la fréquence porteuse du signal de sortie de la porte OU n'a pas la même amplitude pour chaque phase possible. Dans le modulateur de l'invention, le réglage s'effectue sur le signal d'horloge des bascules. Ce sont donc les bascules qui détermi- nent les formes des signaux appliqués à la porte OU 16. Or, dans un même circuit intégré, les bascules sont pratiquement identiques et les formes de leurs signaux de sortie sont identiques. Par ailleurs, ces formes sont indépendantes des réglages des condensateurs C1 à C4. Il en résulte que les phases peuvent être réglées avec une précision meilleure que 0,1 alors que, dans le modulateur connu, la précision n'était que 1 . Les amplitudes sont constantes au lieu de varier de 0,2 dB. Ainsi le modulateur de l'invention est utilisable pour en- gendrer des modulations MAQ16, MAQ64 ou des modulations MAQ d'ordre encore plus élevé. Le modulateur de la Fig. 2 comprend n modulateurs élémentaire MOD1 à MODn, qui sont chacun identiques au modulateur MDP4 de la Fig. 1. Les sorties des modulateurs MOD2 à MODn sont respectivement reliées aux entrées de (n-l) atténuateurs ATT2, ATT3, ATTn dont les coefficients d'atténuation sont respectivement 6dB, 12dB,..., 6(n-1'l) dB. La sortie du modulateur MOD1 et les sorties des atténuateurs ATT2 à ATTn sont respectivement reliées aux entrées d'un additionneur ADD dont la sortie délivre le signal à 2n modulation MAQ 22n. La sortie de l'additionneur ADD est reliée à un filtre passe bande FPB centré sur la fréquence fo de la porteuse et dont la largeur de bande est fonction de la fréquence rythme des trains binaires modulants. Le signal de sortie de l'additionneur ADD est alors semblable au signal obtenu par des moyens classiques. 7 2589298 REVENDICATIONS 1) Modulateur par déplacement de phase à quatre états caractérisé en ce qu'il comporte un générateur de signaux rectangulaires haute fréquence pourvu de quatre sorties délivrant le signal à fréquence porteuse avec quatre phases différentes, respecti- Qo 900 1800 2700 vement décalées de 90 (F, F90 F180 F270), un sélecteur de Q0 900 1800 2700 phase ayant quatre entrées de porteuse (F, F , F, F y respectivement reliées aux quatre sorties du générateur, quatre entrées (A', B', C', D') de signaux modulants et quatre sorties de porteuses déphasées, chaque entrée de signal modulant étant reliée à l'entrée de commande d'un commutateur (8, 9, 10, 11) monté entre une entrée de porteuse et une sortie de porteuse, les quatre sorties du sélecteur étant respectivement reliées aux entrées de données de quatre bascules (12, 13, 14, 15), type D, dont les sorties Q sont reliées aux quatre entrées d'une porte OU (16), un doubleur de fréquence (2) dont l'entrée est reliée à une sortie du générateur et QO 1800 qui comporte deux sorties en opposition de phase (H, H8), les entrées d'horloge des premières et secondes bascules (12, 13) étant reliées à la première sortie du doubleur de fréquence (2) et les entrées d'horloge des troisième et quatrième bascules (14, 15) étant reliées à la seconde sortie du doubleur de fréquence (2). 2) Modulateur suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'entre 'es fils d'entrée d'horloge des quatre bascules (12, 13, 14, !.5) et la masse, sont prenus des condensateurs (CI, C2, C3S C4) de circuits RC. 3) Modulateur suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé an ce que le générateur de signaux rectangulaires comprend une source de signaux rectangulaires haute fréquence (1) dont la sortie est reliée, d'une part, à l'entrée de données d'une cinquième bascule (6) et, l'autre part, à la première entrée d'ume porte OU-exclusif (5) dont 13 sortie às-t rliee a!'entrée de données d'une sixième bascule (7), la seconde entrée de la porte OU-exclusif (5) étant reliée à la première sortie (HO) du doubleur de fréquence (2), les entrées d'horloge des cinciuième et sixième bascules (6, 7) étant respectivement reliées aux première et seconde sortie du doubleur de fréquence (2), les sorties Q et Q des cinquième et sixième bascules 6, 6) c1.nstitu-ant las quatre sorties du générateur. 4) Modulateur MAQ 22n comprenant n modulateurs MDP4 (MOD1 à MODn) dont les sorties sont respectivement reliées aux entrées de n atténuateurs (ATT1 à ATTn) ayant respectivement des coefficients- d'atténuation de 6(n-l), avec n variant de O à n, les sorties des atténuateurs étant reliées aux n entrées d'un sommateur (ADD), caractérisé en ce que les modulateurs MDP4 étant des modulateurs suivant l'une des revendications 1 à 3.