Brevet FR2585908A1 — publié le 19870206

Procédé et récepteur de transmission par paquets de signaux numériques sur voie de grande capacité, notam- ment sur voie de diffusion par satellite - L'invention concerne la transmission plein temps de signaux numériques sur une voie de grande capacité et elle trouve une application particulièrement importante dans la transmission sur les voies présentant les carac- téristiques prévues pour la diffusion directe par satel- lite, à une fréquence de porteuse de 12 GHz autorisant un débit numérique de 20 Mbits par seconde. Les réseaux terrestres câblés n'offrent par contre qu'une bande passante d'environ 14 MHz, au lieu des 27 MHz d'une voie par satellite, ce qui fait qu'un multiplex temporel plein temps, s'il a des caractéris- tiques permettant sa transmission sur réseau câblé et autorisant la réception avec un même appareil quelle que soit la voie de transmission, utilise mal la capacité de transmission par satellite. On sait par ailleurs que la télédiffusion par satellite sera effectuée en Europe en utilisant le sys- tème MAC/PAQUETS au standard de 625 lignes. Ce système est basé sur la transmission séquentielle des signaux de luminance et de chrominance, sous forme analogique avec compression temporelle, et d'un multiplex par paquets pour le son et les données. Parmi les variantes du MAC/PAQUETS, celle connue sous la dénomination D2- MAC/PAQUETS utilise, pour les signaux numériques, une modulation de type duo-binaire, avec une bande passante compatible avec celle des réseaux terrestres, alors qu'au contraire la variante dénommée C-MAC/PAQUETS utilise pour les signaux numériques un codage dit MDP 2-4 (également appelé MSK 2-4), à très large bande. On pourra trouver une description du D2- MAC/PAQUETS dans la demande de brevet n' EN 84 08727 des demandeurs. L'invention vise à fournir un procédé de trans- mission permettant la réception d'un multiplex D2 plein temps en utilisant la pleine capacité d'une voie de transmission par satellite, et ce en n'exigeant que des adjonctions limitées aux récepteurs prévus pour le D2MAC/PAQUETS et en conservant les avantages du D2-PAQUETS en ce qui concerne la possibilité de transmission sur réseau terrestre. Dans ce but, l'invention propose notamment un procédé de transmission plein temps de signaux numé- riques, sous forme d'éléments binaires ou bits succes- sifs, sur voie de diffusion par satellite, caractérisé en ce qu'on transmet simultanément deux multiplex de largeur_ de bande moitié de celle de la voie sur deux porteuses en quadrature, par modulation de type quatre phases avec symboles décalés sur les deux porteuses et en ce qu'on effectue à la réception une démodulation de fréquence, différentielle de phase, ou cohérente de phase de '1 un des multiplex, avec séparation physique d'un élément binaire sur deux. Chaque multiplex est avantageusement soumis à l'émission à un précodage de transformation de modula- tion d'état en modulation par transition entre états, afin d'autoriser à la réception l'utilisation d'une démodulation de fréquence ou différentielle et d'éviter l'ambiguité de phase en cas de démodulation cohérente. Ce précodage peut être indépendant sur chaque porteuse en quadrature ou s'effectuer entre porteuses en qua- drature, ce qui apparait être la meilleure solution lorsque l'on veut pouvoir utiliser une démodulation par discrimination de fréquence ou démodulation différen- tielle de phase. L'invention propose également un récepteur permettant de récupérer les signaux d'un des deux multi- plex et comportant, en plus des éléments de réception de D2-MAC/PAQUETS, un ensemble spécifique commutable pour substitution avec un démodulateur duo-binaire appartenant au récepteur, ayant un circuit de récupé- ration d'horloge à la fréquence double de celle des éléments binaires de chaque canal et un compteur de sélection d'un élément binaire sur deux, initialisable pour permettre la sélection de celui des multiplex qui est appliqué aux circuits de décodage DE-MAC/PAQUETS. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de modes particuliers d'exécu- tion donnés à titre d'exemples non limitatifs. La des- cription se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels: - la Figure 1 est un synoptique d'un modulateur d'émission fournissant une porteuse modulée en MDP 2-4 transportant deux multiplex D2-PAQUETS sur deux compo- santes en quadrature I et Q de la porteuse., - la Figure 2 est un synoptique montrant un mo- dulateur constituant une variante de celui de la Figure 1, travaillant en bande latérale résiduelle, désignée par l'abréviation BLR ou VSB, - la Figure 3 est un synoptique de principe mon- trant l'équipement à démodulation de fréquence à ajouter à un récepteur classique D2-MAC/PAQUETS pour permettre la réception d'un des multiplex transmis en plein temps, cet équipement utilisant la démodulation de fréquence, - les Figures 4 et 5, similaires à la Figure 3, sont également destinées à la réception individuelle et utilisent respectivement la démodulation différentielle et la démodulation cohérente, - la Figure 6, similaire aux Figures 3 à 5, uti- lise la démodulation cohérente, mais pour la réception communautaire, - la Figure 7 est un diagramme de comparaison des performances pour les trois types de démodulation envisagés plus haut. Le modulateur montré en Figure 1 est destiné à être incorporé à un émetteur pour voie de communication par satellite et à fournir une porteuse modulée plein temps en MDHOP 2-4 transportant deux multiplex D2PAQUETS séparables à la réception au niveau physique, c'est-à- dire dés les premières couches du protocole standard IS0. par prélèvement d'un élément binaire sur deux. Il convient de garder en mémoire que le terme D2-PAQUETS ne s'applique ici qu'à la constitution des paquets qui seront utilisés pour la modulation de la porteuse, en respectant la répartition des signaux dans un D2- MAC/PAQUETS, dont on trouvera une description dans la demande de brevet français FR 84 08727 déjà mentionnée. _Les deux multiplex sont assemblés de la même façon: les sources S fournissant les messages à transmettre sont reliées à deux circuits classiques 10 de groupement en paquets. Les paquets sont adressés aux multiplexeurs temporels respectifs 12 dont la sortie est commandée par une horloge de modulation commune 14 (à 10,125 MHz dans le cas de transmission sur voie satel- lite), la durée T affectée à un élément binaire étant -8 alors de (1/10.125.10) secondes. L'un des canaux, que l'on appellera canal A, fournit des éléments binaires pairs a2k, tandis que l'autre, que l'on appellera canal B, fournit des élé- ments binaires impairs a2k alternant avec les élé- a2k+l, ltenn vclsE ments ak 2k' La première opération consiste en un précodage permettant d'utiliser, à la réception, une démodulation de fréquence ou différentielle. Dans le cas de la Figure 1, ce pré-codage est destiné à transformer la modulation d'état des éléments a en modulation par transitions entre états de phase. Il est effectué entre les por- teuses I et Q. mais un pré-codage indépendant sur chaque porteuse serait possible, à condition d'utiliser une démodulation cohérente, qui exige un matériel plus com- plexe que la discrimination de fréquence ou la démodu- lation différentielle de phase. On supposera dans ce qui suit que ce sont les éléments binaires a2k et a2k+1 qui sont fournis simul- tanément par les multiplexeurs 12. La voie A comporte un additionneur 16A auquel sont appliqués, d'une part, a2k, d'autre part, la sortie de l'additionneur 16B du canal 8, par l'intermédiaire d'un élément 18 fournissant un retard T. La sortie a2k de 18A est donc, si on désigne par a2k+l la sortie de 18B au même instant: 2k a2k 2k-1 (1) L'additionneur 16B reçoit de son côté a2k+ et la sortie a 2k de sorte que l'on a: L2k+1 = a2k+l 0 "2k (2) L'additionneur 16A attaque directement un con- vertisseur non retour à zéro/retour à zéro symétrique A qui peut étre de l'un quelconque des types connus. L'additionneur 16B attaque de son côté un convertiseur NRZ/RZ symétrique 20B, mais par l'intermédiaire d'un inverseur 22 et d'un élément 24 fournissant un retard T/2, de façon à fournir un décalage tel que les symboles seront appliqués en alternance à la porteuse. La modulation proprement dite s'effectue de façon classique: la porteuse C à 10,125 MHz, fournie par un oscillateur 26, est appliquée directement au modulateur 28A du canal A, par l'intermédiaire d'un dé- phaseur 30 (provoquant un décalage de phase égal à w/2), au modulateur 28B du canal B. Enfin, les deux compo- santes modulées I et Q de la porteuse sont combinées dans un additionneur 32 qui est relié au circuit d'émission classique (non représenté). On voit que les circuits fournissent les tran- sitions d'état de phase Atp à partir des états des éléments binaires a suivant la table: 2 k 2k- 1 -p a2kl 2k Ap 0 1 +r/2 0 1 -r/2 O O -r/2 O O + wr/2 I 1 -r/211 +i/2 1 0 +1/2 10 -ir/2 qui peut s'écrire: [2(a 2k + a2k-1) -1]/2=(2.a2k_1)w/2 (sauts pairs) ,25 MHz. Sur la Figure 2, o les éléments correspon- dants à ceux de la Figure 1 sont désignés par le même numéro de référence, les multiplexeurs temporels 12 reçoivent simultanément un signal de base de temps à fréquence moitié de la fréquence de l'horloge 34, par l'intermédiaire d'un diviseur 35. La fréquence d'horloge est appliquée directement à un commutateur 36 permettant d'envoyer en alternance les éléments binaires provenant d'un canal et de l'autre sur un additionneur 38. Cet additionneur constitue, avec un élément à retard 40 de rebouclage depuis la sortie, le circuit de pré-codage. Le signal provenant de l'additionneur 38 est également appliqué à un circuit 42 de mise en forme et de symé- trisation, dont le rôle est similaire à celui des circuits NRZ/RZ de la Figure 1. Enfin, les symboles de sortie du circuit 42 sont appliqués à un modulateur 44 qui reçoit également la sortie d'un générateur 46 à fréquence fi1. La porteuse modulée est appliquée à un filtre 48 à bande latérale résiduelle dont la fréquence centrale fO est liée à fi1 par la relation: F1 = fO-2/T (5) La largeur de bande du filtre 48 doit être telle que la fréquence fi soit en majeure partie éliminée. Le montage de la Figure 2 a une constitution apparentée à celle du modulateur décrit dans le document FR-A-2 428 345 auquel on pourra se reporter. On décrira maintenant divers récepteurs utili- sables, d'abord pour la réception individuelle. Dans tous les cas, le récepteur comportera des éléments prévus dans les récepteurs D2MACPAQUETS et un ensemble spécifique. Cet ensemble, destiné à la démodulation du signal, pourra utiliser l'une ou l'autre de plusieurs approches et le choix sera fait suivant les performances recherchées et le prix estimé acceptable. La Figure 3 montre un récepteur dont l'ensemble spécifique 50 est prévu pour recevoir les signaux pro- venant d'un démodulateur de fréquence 52 qui peut être d'un type quelconque classique. L ensemble spécifique 50 comprend un filtre passe-bas 54. Ce filtre d'entrée 54 est appliqué à un commutateur 56 de sélection de multiplex, destiné à appliquer un élément binaire sur deux à un comparateur amplificateur 58, de façon à assurer la séparation phy- sique des multiplex. Le commutateur 56 est fermé à la fréquence d'apparition des symboles appartenant à l'un des deux multiplex, élaborée par un circuit 62 de récu- pération d'horloge et un diviseur par deux 60. Ce divi- seur est initialisable à l'aide d'une entrée 64 pour permettre la sélection d'un multiplex ou de l'autre. On obtient ainsi, à la sortie de l'ensemble spécifique 50, un signal de données D1 et un signal d'horloge H1 à 10,125 MHz. L'équipement spécifique est complété par un commutateur non représenté permettant d'appliquer soit Dl et H1, soit les sorties 02 et H2 d'un démodulateur duobinaire D2MAC-PAQUETS classique 66 aux entrées DO et H0 d'un ensemble appartenant aux cir- cuits normaux d'un récepteur D2MAC-PAQUETS. Ce dernier ensemble peut être regardé comme comprenant les circuits 68 de synchronisation, de débrassage et d identification de la ligne 625 de la trame, les circuits 70 de synchro- nisation des paquets et de démultiplexage des paquets, et les circuits 72 de décodage du son et des données, fournissant la sortie restitutée 74. Un commutateur manuel non représenté prévu sur les circuits 68 permet de fournir l'ordre de sélection au diviseur 60. La Figure 4, o seuls ont été représentés l'ensemble spécifique 76 et les circuits 68, 70, 72, montre une variante de réalisation d'un récepteur indi- viduel, mettant cette fois en oeuvre une démodulation différentielle. L'ensemble spécifique 76 comprend un filtre passe-bande d'entrée 78, dont la bande passante est centrée sur la fréquence intermédiaire FI du récep- teur. Le démodulateur différentiel comprend un mélangeur qui reçoit la sortie du filtre 78, d'une part direc- tement. d'autre part, par l'intermédiaire d'un élément 82 fournissant un retard T/2. La sortie du mélangeur 80 est appliquée à un filtre passe-bas 84. Le reste de l'ensemble spécifique 76 comporte les mêmes éléments que ceux de la Figure 3, désignés par les mêmes numéros de référence. On voit que le dispositif de la Figure 4 se différencie essentiellement de celui de la Figure 3 par l'adjonction du démodulateur différentiel à 20,25 Mbits par seconde. La variante montrée en Figure 5, o les éléments correspondant à ceux déjà décrits portent encore le même numéro de référence, utilise la démodulation cohérente. Cette solution est celle qui offre les meilleurs perfor- mances, mais en contrepartie elle conduit à l'ensemble spécifique 86 le plus complexe. L'ensemble montré en Figure 5 comprend un mé- langeur d'entrée 88 destiné à passer de la première fréquence intermédiaire, fournie par les étages clas- siques non représentés, et un oscillateur local commandé permettant de passer à la seconde fréquence intermé- diaire. Celle-ci est isolée par un filtre de bande 92 centré sur la seconde fréquence intermédiaire. La sortie du filtre 92 est appliquée: d'une part, à un circuit de récupération de porteuse 94 qui commande l'oscillateur 90 par l'inter- médiaire d'un circuit 96 d'aide à l'acquisition, - d'autre part, à un mélangeur 98 qui reçoit également la porteuse récupérée par le circuit 94. Le signal de sortie du mélangeur 98 est appliqué à un filtre passe-bas 100 de récupération du signal utile. La récupération d'horloge et la sélection du multiplex à recevoir s'effectuent comme dans le cas des Figures 3 et 4. Mais le démodulateur est de type cohé- rent et comporte un additionneur 102 qui reçoit sur une entrée le signal de sortie provenant directement du filtre 100, d'autre part, le même signal retardé de T/2 par l'élément 104 (ligne à retard par exemple). Le reste du circuit présente la même constitution que sur les Figures 3 et 4. Quel que soit le mode de réalisation du récep- teur qui est adopté, on voit que seul le circuit de récupération d'horloge fonctionne à 20,25 MHz. Toutes les autres fonctions se font à 10,125 Mbits par seconde. On voit que, par simple entrelacement bit à bit des deux multiplex D2PAQUETS, on conserve les avantages du 02 tout en obtenant la même capacité qu'avec un système C- PAQUETS, simplement en substituant un oscillateur com- mandé à 20,25 MHz à un oscillateur à 10,125 MHz. Dans tous les cas également, l'ensemble spécifique à ajouter à un récepteur D2 MAC-PAQUETS se limite à une carte peu complexe et à un commutateur permettant de passer de la réception D2 MAC-PAQUETS normale à la réception d'un des multiplex diffusés plein temps sur une voie satellite. Les trois types de démodulation qui viennent d'être décrits dans le cas d'un récepteur individuel sont également transposables au cas d'un récepteur communautaire. Pour simplifier, seul sera décrit le cas d'un récepteur communautaire à démodulation cohérente, o les organes correspondant à ceux déjà montrés en Figure 5 sont désignés par le même numéro de référence. Le récepteur communautaire doit être à même de fournir, sur deux sortie différentes, les deux multiplex présents sur la voie de transmission, La partie amont 106 du récepteur montré en Figure 6 peut avoir la même constitution que sur la Figure 5. Mais le démodulateur comprend deux échantillonneurs 56 et 108, respectivement commandés par la sortie du diviseur 60 et par le complé- ment de cette sortie, fourni par un inverseur 110. La sortie du premier échantillonneur 56 attaque directement l'une des entrées d'un additionneur 112 dont l'autre entrée est reliée à la sortie de l'autre échan- tillonneur 108 par l'intermédiaire d'un élément de retard 114, fournissant un retard égal à T/2. Un autre additionneur, 116, est monté symétriquement par rapport au premier et reçoit, d'une part, la sortie de l'échan- tillonneur 108, d'autre part, la sortie de l'échantil- lonneur 56 retardé de T/2 par un second élément de retard 118. Les additionneurs 112 et 116 attaquent cha- cun une chaine d'alimentation de récepteurs individuels comportant chaque fois un codeur duobinaire 120 et un modulateur-amplificateur 122. Chaque chaine constitue un i1 canal à 7 MHz D2-PAQUETS. Les démodulateurs montrés en Figures 3 à 5 pré- sentent des performances légèrement différentes qui conduiront à choisir l'un ou l'autre selon le résultat recherché et le prix admissible. La Figure 7 montre la variation de ces performances sous forme du taux d'er- reur en fonction du rapport signal à bruit C/N, pour la bande de 27 MHz. Les courbes II, III et IV correspondent respec- tivement au cas d'un démodulateur de fréquence à limiteur-discriminateur, d'un démodulateur différentiel et d'un démodulateur cohérent. REVENDICATIONS 1. Procédé de transmission plein temps de signaux numériques, sous forme d'éléments binaires ou bits successifs, sur voie de diffusion par satellite, caractérisé en ce qu'on transmet simultanément deux mul- tiplex de largeur de bande moitié de celle de la voie sur deux porteuses en quadrature, par modulation de type quatre phases avec symboles décalés sur les deux por- teuses et en ce qu on effectue à la réception une démo- dulation de fréquence, différentielle de phase, ou cohé- rente de phase de l'un des multiplex, avec séparation physique d'un élément binaire sur deux. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque multiplex est soumis à l'émission à un précodage de transformation de modulation d'état en mo- dulation par transition entre états, afin d'autoriser à la réception l'utilisation d'une démodulation de fré- quence ou différentielle et d'éviter l'ambiguité de phase en cas de démodulation cohérente, 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le pré-codage est effectué entre porteuses en quadrature, afin de permettre une démodulation par dis- crimination de fréquence ou démodulation différentielle de phase. 4. Récepteur utilisable pour la récupération d'au moins un des deux multiplex transmis par le procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, ca- ractérisé en ce qu'il comporte, en plus des éléments de réception de D2MAC/PAQUETS, un ensemble spécifique (50, 76, 106) commutable pour substitution avec un démodu- lateur duobinaire appartenant au récepteur, ayant un circuit de récupération d'horloge à la fréquence double de celle des éléments binaires de chaque canal et un compteur de sélection d'un élément binaire sur deux, initialisable pour permettre la sélection de celui des multiplex qui est appliqué aux circuits de décodage D2-MAC/PAQUETS. 5. Récepteur communautaire de récupération des signaux des -deux multiplex transmis par un procédé selon l'une quelconque des revendications I à 3, caractérisé en ce qu'il comporte un ensemble spécifique ayant un circuit (62) de récupération d'horloge à la fréquence double de celle des éléments binaires de chaque canal, un diviseur par deux (60) et deux chaines destinées à sélectionner chacune un élément sur deux, la sortie de chaque chaine étant appliquée à une chaine de décodage D2-MAC/PAQUETS. 6. Récepteur selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que l'ensemble spécifique comporte un démodulateur de fréquence, un démodulateur différentiel ou un démodulateur cohérent.