Brevet FR2620885A1 — publié le 19890324

Procédé de détection de faux accrochages du signal référence sur le signal à démoduler en démodulation numérique cohérente et dispositif mettant en oeuvre un tel procédé. L'invention concerne un procédé de détection de faux accrochages (ou "false-locks" en langue anglaise) du signal référence sur le signal à démoduler en démodulation numérique cohérente et un dispositif mettant en oeuvre un tel procédé. Un premier type de chaînes de réception, classiques en hyperfré- quences, comporte en série après l'antenne de réception un filtre de bande hyperfréquence suivi d'un amplificateur faible bruit, puis un mélangeur réalisant une transposition en fréquence intermé- diaire au moyen d'un oscillateur local de réception. Une telle chaîne comporte ensuite un préamplificateur à fréquence intermédiaire, des cellules de correction de temps de propagation de groupe, et un amplificateur à fréquence intermédiaire. Le circuit de démodulation du signal à fréquence intermédiaire permet alors de restituer le signal en bande de base, le signal codé étant restitué après traitement du signal en bande de base. Dans de telles chaînes de réception, la double transposition d'hyperfréquence en fréquence intermédiaire, puis de fréquence intermédiaire en bande de base, conduit à utiliser tout un ensemble de circuits en fréquence intermédiaire, avec en particulier un oscillateur local. Un second type de chaîne de réception hyperfréquence permet de réaliser à partir d'un signal hyperfréquence reçu, une démodulation directe avec un nombre réduit d'éléments, les circuits à fréquence intermédiaire étant supprimés. Ainsi le brevet US 4559499 décrit un dispositif de démodulation directe, en hyperfréquence, d'un signal modulé résultant du mélange de deux porteuses en quadrature modulées par des signaux numériques, qui comporte un circuit de modulation, dont l'entrée est couplée à l'entrée de signal reçu, associé à un oscillateur à la fréquence porteuse du signal reçu, commandable pour que la phase de la porteuse issue de l'oscillateur coincide avec la phase du signal reçu, le circuit de démodulation comportant un séparateur relié aux premières entrées de deux mélangeurs symétriques, un coupleur introduisant -- 2 -- sur l'une des voies un déphasage de 90 dont les sorties sont reliées aux secondes entrées des deux mélangeurs, et des filtres passe- bas reliées aux sorties des mélangeurs délivrant les signaux numériques démodulés. Dans tout système à démodulation cohérente, il est nécessaire d'avoir une référence de phase, celle-ci est obtenue par récupération de la porteuse: l'information est en effet contenue dans la phase de cette porteuse. Quel que soit le type de démodulation, il existe, du fait notamment de la dérive en température de l'oscillateur utilisé, par exemple VCO ("voltage, contrôle oscillation"), des "faux accrocha- ges" du signal référence sur le signal à démoduler, pour lesquels on obtient une information de phase erronée qui ne peut être norma- lement corrigée. Ces faux accrochages sont situés, dans le cas d'une modulation quatre états de phase par exemple, aux multiples du quart du débit numérique de part et d'autre de la fréquence centrale. L'invention a pour objet de résoudre ce problème. Elle propose, donc, un procédé de détection de faux accrochages entre un signal référence et un signal d'entrée à démoduler en démodulation cohérente à plusieurs états de phase, caractérisé en ce qu'il comprend: une étape de comparaison bit à bit entre le niveau du signal d'entrée, après démodulation avant régénération, en un instant préalablement choisi du temps bit du signal d'entrée et le niveau du signal d'entrée après régénération, - une étape de correction éventuelle du signal référence de manière à accrocher celui-ci, en référence et en phase, sur le signal d'entrée. Avantageusement ce procédé est utilisable dans tous les sytèmes de transmission utilisant des procédés de modulation numérique à 2, 4 ou 8 états de phase par exemple. Plus particulièrement, le montage décrit précédemment est utilisé pour un faisceau hertzien à modulation numérique à 4 états de phase. -3- Avantageusement ce procédé ne dépend ni du débit numérique, ni de la nature de la modulation, ni de la fréquence porteuse. Avantageusement l'information que l'on obtient est valable quel que soit le type de démodulation cohérente utilisé: on peut ainsi travailler à faible débit numérique ou en démodulation directe quel que soit le débit. L'invention concerne également un dispositif de détection de faux accrochages, dans une chatne de réception comportant un circuit de démodulation directe d'un signal modulé résultant du mélange de deux porteuses en quadrature modulées par des signaux numériques, dont l'entrée est couplée à l'entrée de signal reçu, associé à un oscillateur à la fréquence porteuse du signal reçu, commandable pour que la phase de la porteuse issue de l'oscillateur coincide avec la phase du signal reçu, et délivrant les signaux numériques démodulés, et comportant en outre un estimateur de phase à deux entrées couplées aux sorties de signaux numériques démodulés dont la sortie délivre un signal fonction de l'écart de phase a entre la porteuse reçue et la porteuse locale, cette sortie étant reliée à l'entrée de commande de l'oscillateur par un filtre intégra- teur de boucle, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit de comparaison situé sur l'une des deux voies entre l'entrée et la sortie du circuit de régénération. Avantageusement le dispositif décrit donne une information permettant la récupération de la porteuse dans le cas d'une porteuse modulée par exemple en 2, 4, 8 états de phase, dans le cas o il y a, par exemple, transposition en fréquence intermédiaire ou même démodulation directe. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple non limitatif, en référence aux figures annexées sur lesquelles: - la figure 1 représente une chaîne de réception dans laquelle est mis en évidence le dispositif selon l'invention, - la figure 2 est un diagramme explicatif, la figure 3 représente un exemple de réalisation du dispositif selon l'invention, -4- - la figure 4 représente une série de courbes illustrant le fonction- nement du circuit représenté à la figure 3. Dans la suite de la description la démodulation considérée sera une démodulation directe à quatre états de phase, mais l'invention n'est absolument pas limitée à ce type de modulation. Cet exemple a été choisi car une démodulation directe à faible débit accentue le phénomène de faux accrochages. La figure 1 représente le schéma synoptique d'un mode de réalisation d'une chaîne de réception. Dans le mode de réalisation décrit, le signal reçu en entrée E est constitué de deux porteuses en quadrature de phase modulées par deux signaux numériques synchrones et formant un signal modulé à quatre états de phase. Ce circuit comporte également une entrée de signal d'oscillation locale OL reliée à la sortie d'un oscillateur 10 commandé en tension. L'entrée de signal d'oscillation locale OL est reliée à l'entrée d'un coupleur 3 dB (11), dont les sorties sont déphasées l'une par rapport à l'autre de 90 . Les deux sorties de ce coupleur 3 dB, sont reliées aux secondes entrées de deux mélangeurs linéaires 12 et 13 dont les premières entrées reçoivent le signal d'entrée E. La fréquence de l'oscillateur local est égale à la fréquence porteuse du signal reçu. Les séquences de démodulation en bande de base sont ensuite appliqués aux entrées de deux amplificateurs à commande automatique de gain 14 et 15. Les sorties de ces amplificateurs, qui fournissent les trains numériques démodulés X(t) et Y(t), sont reliées aux entrées d'un circuit estimateur de phase 16 dont la sortie fournit un signal d'erreur e(t) appliqué à l'entrée d'un filtre intégrateur de boucle 17, lui-même étant reliée à l'entrée de commande de fréquence de l'oscillateur commandé en tension 10. Ces trains numériques démodulés X(t) et Y(t) sont envoyés également sur les entrées d'un circuit de régénération 19. Ce cir- cuit 19 a pour but de délivrer des signaux rectangulaires à partir des signaux distordus disponibles à la sortie du démodulateur, la régénération étant fondée sur l'estimation, à des instants convena- blement choisis, du signal rectangulaire qui a la plus grande probabi- lité d'être représenté par le signal distordu obtenu. La régénération est une partie commune aux trois types de démodulation cohérente: elle est réalisée grâce à une récupération de rythme. La récupération de rythme est effectuée à partir des signaux démodulés (par détection des transitions sur les voies X et Y par exemple), elle est utilisée pour les traitements numériques de restitution de l'information. Un circuit 18, selon l'invention, permet d'effectuer la compa- raison bit à bit entre le signal d'entrée après démodulation avant régénération, avec le même signal après régénération. L'estimateur de phase 16 a pour rôle d'obtenir une référence de phase stable afin d'extraire de façon correcte les différents sauts de phase porteurs de l'information par le circuit de démodula- tion. Dans la chaîne de réception, avec démodulation directe, l'estima- teur de phase 16 fonctionne par exemple à partir d'un système de démodulation à boucle de COSTAS. Dans ce type de système, la tension d'erreur e nécessaire pour verrouiller la boucle de phase est obtenue directement à partir des trains démodulés X(t) et Y(t). En effet, il est possible d'obtenir, à partir de ces deux signaux, un signal d'erreur caractéristique de déphasage 6 entre la porteuse reçue et le signal d'oscillation locale. Comme décrit dans le brevet US 4559 499 l'estimateur peut être du type "signe de sin 40", 6 étant le déphasage entre la porteuse locale fournie par l'oscillateur 10 et la porteuse reçue. Le schéma représenté sur la figure 2 permet de comprendre le fonctionnement d'une tel estimateur. Z(t) est le signal composite résultant de la combinaison des deux porteuses modulées en quadrature à l'émission Z(t) = (t) cos (,ot + (t) g À Soient x(t) et y(t) les signaux de modulation sur ces porteuses à l'émission, x(t) = y(t) dans l'exemple représenté et la phase de modulation est /:. Soient X(t) et Y(t) les signaux démodulés - 6 - à la réception sur les porteuses en quadrature issues de l'oscillateur local, Q étant le déphasage entre les porteuses à l'émission (PE) et à la réception (PR). Pour estimer ce déphasage, une fonction d'erreur est calculée. Si S(t) = X(t) + Y(t) et D(t) = X(t) - Y(t), il est possible de montrer que la fonction X(t).Y(t).S(t).D(t) 1 4t + e4(t) sin 40. Cette fonction a donc une amplitude variable en fonction du temps et elle varie également en fonction de 0 suivant sin 40. A partir de cette fonction, il est possible d'obtenir un signal d'erreur en remarquant que sin 40 change de signe lorsque a passe d'un secteur de a un secteur adjacent, dans la figure déterminée par des axes orthogonaux représentatifs des porteuses émises en quadrature, donnant les valeur x(t) et y(t), et les bissectrices de ces axes correspondant aux phases de modulation à l'émission. Soient A, B, C...H ces secteurs sur la figure 2. 1 4 La fonction d'erreur e(t) = signe (+ 2 e (t) sin 40) est positive dans les secteurs A, C, E, G et négative dans les secteurs B, D, F et H. Ce signe est le résultat du produit des signes des différentes composantes X(t), Y(t), S(t) et D(t). Pour connaître ce signe un tel estimateur de phase peut utiliser par exemple soit des multiplica- teurs analogiques, soit un circuit logique réalisant la fonction "OU EXCLUSIF", qui est identique à la fonction signe du produit. En cas de faux accrochage de la porteuse locale sur la porteuse reçue, les signaux reçus sont erronés mais au bon débit. La récupéra- tion de rythme est donc possible. Le dispositif proposé consiste en la comparaison bit par bit entre le signal régénéré et le même signal non régénéré afin d'obtenir une information permettant de différencier le bon du faux accrochage pour pourvoir ensuite faire une correction au niveau de l'oscillateur 10. En effet soit S. le signal reçu modulé en quatre états de phase à l'entrée du démodulateur: Si = s cos (w t + t(t)) L = 2lf S.i = a. cos CWt - b. sin Wt f: fréquence de la porteuse 1. I - 7 - L'oscillateur (par exemple VCO) a pour expression: sur la voie, X: u (t) = u cos ( 2 t +P) J = 2 = F F: fréquence du VCO sur la voie Y: u (t) u cos (JLt + +2) u (t) =-u sin (Lt + X.(t) = a (cos ( L t+ J)t + cos ( L -)t- - 2 -b 2.(sin J[(t +U + sn C)t ++ sin J -) après filtrage HF; on obtient sur la voie x le signal démodulé: a. si 1u X(t) =1 2 cos ()t 2 sin (L_)t - 2. 2 2 Xi(t) = Ai cos (C.J-J)t-) - Bi sin C(L0Y-)t -CF Sur la voie y: Yi(t) = Lai oosW t - bi sin6 j tE- u sin ( t+Y j) de la même manière que précédemment. On obtient sur la voie y un signal démodulé: Y (t) = -Ai sin ( AJ-J)t - + Bi cos ( - Z)t - Lors d'un accrochage réel on a: +7C- W = let = O -k k = (O, 1, 2, 3) et quel que soit l'instant d'échantillonnage tn = nD avec n: numéro de l'échantillonnage et D la vitesse de modulation X.i(t) = A. si9= o -8Yi(t) B À Xi(t) = Bi si ? =W2 Yi(t) = Ai À xi(t) = -Ai si =7r Yi(t) = -B i i Xi(t) -Bi si /D =3... yi(t) -A. Lors d'un faux accrochage, en supposant que: A = W+ 2:D et t= O avec D = vitesse de modulation l'expression de l'oscillateur local est alors: sur la voie X: u (t) = u cos (l)+.tD)t sur la voie Y: u (t) = - u sin (C + 2f' l)t Et à un instant d'échantillonnage t n D On a sur la voie X: X. A. Cos - n + B. sin n et sur la voie Y: A in -Yi = Ai sin n + B. cos - n Si on examine les signaux Xi et Yi aux instants caractéristiques n. À tn =-, avec = O on obtient le tableau I représenté en fin de description: On constate que lors d'un faux accrochage, à chaque instant d'échantillonnage, les valeurs des signaux en bande de base sont erronées, mais elles correspondent à un état possible du signal. En conséquence, l'estimateur de phase va calculer une tension qui ne dépendra pas du terme 2' t, mais seulement de l'erreur de phase Y, d'o la nécessité d'une correction comme prévu dans le procédé de l'invention. -9- Sur la figure 3 est représenté un exemple de réalisation du dispositif de détection de faux accrochage selon l'invention. Une première bascule 20, ici de type D, reçoit sur son entrée le signal démodulé non régénéré, par exemple le signal X(t), (ce pourrait tout aussi bien être le signal Y(t)), et sur son entrée horloge le signal rythme récupéré. Sur la sortie de cette bascule on obtient donc un signal régénéré. Une deuxième bascule 21, ici de type D, reçoit sur son entrée le même signal d'entrée, donc X(t), et sur son entrée horloge le signal régénéré après passage dans un circuit retard réglable 22. Cette bascule permet d'effectuer la comparaison bit à bit entre le niveau du signal d'entrée après régénération en un instant choisi en milieu du temps bit du signal d'entrée et le niveau du même signal avant régénération en fin de temps bis - (réglable par le délai). Le fonctionnement d'un tel circuit est illustré à l'aide des courbes de la figure 4, o: a) représente le signal d'entrée (au point A) avant régénération "l'oeil" étant saturé, dans le cas d'un bon accrochage. b) représente le même signal d'entrée (au point A), avant regénération mais dans le cas d'un faux accrochage. c) représente le signal rythme récupéré (au point B). d) représente le signal après régénération ("oeil") dans le cas d'un bon ou d'un faux accrochage (au point C). e) représente le signal régénéré après le retard à (au point D). - f) représente le signal de sortie de la deuxième bascule 21 dans le cas d'un bon accrochage (au point E). g) représente le même signal de sortie dans le cas d'un faux accro- chage (au point E). Il est bien entendu que la présente invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et que l'on pourra remplacer ses éléments constitutifs par des éléments équivalents sans pour autant sortir du cadre de l'invention. Ainsi le dispositif ci-dessus a été décrit pour un signal modulé à quatre états de phase. Cet exemple n'est évidemment pas - 10 - limitatif et la chalne de réception décrite est applicable à la réception de tout signal à modulation numérique qui peut se mettre sous la forme de deux porteuses en quadrature de phase. Ainsi le procédé de l'invention est applicable à la démodulation numérique cohérente de signaux non situés dans la gamme des hyperfré- quences. - 11 - TABLEAU I T Instants Xi(t) Yi(t) i 2 d'échantillonnage vrai faux vrai faux accrochageaccrochageaccrochage accrochage n D 1 1 | Ai Bi Bi Ai i ii2 2 A. -A. B. -B. 3 |Ai- B. Bi - Ai 4 1 A. A. B. B. i, I ! 49 + 1 I B iA 4p+ +3Ai Bi B. A. 4p 2 Ai Ai Bi Bi i ii 4p + 3 A -B B. -A. Ai A Bi 4p +4 A 2 2 A.B. B. iB - 12 - REVENDICATIONS 1/ Procédé de détection de faux accrochages entre un signal référence et un signal d'entrée à démoduler en démodulation cohérente à plusieurs états de phase, caractérisé en ce qu'il comprend: - une étape de comparaison bit à bit entre le niveau du signal d'entrée, après démodulation avant régénération, en un instant préalablement choisi du temps bit du signal d'entrée et le niveau du signal d'entrée après régénération, - une étape de correction éventuelle du signal référence de manière à accrocher celui-ci, en référence et en phase, sur le signal d'entrée. 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'instant préalablement choisi est la fin du temps bit du signal d'entrée. 3/ Dispositif de détection de faux accrochages, dans une chaîne de réception comportant un circuit de démodulation directe d'un signal modulé résultant du mélange de deux porteuses en quadrature modulées par des signaux numériques dont l'entrée est couplée à l'entrée de signal reçu, associé à un oscillateur (10) à la fréquence porteuse du signal reçu, commandable pour que la phase de la porteuse issue de l'oscillateur coincide avec la phase du signal reçu, et délivrant les signaux numériques démodulés, et comportant en outre un estimateur de phase (16) à deux entrées couplées aux sorties de signaux numériques démodulés dont la sortie délivre un signal fonction de l'écart de phase Q entre la porteuse reçue et la porteuse locale, cette sortie étant reliée à l'entrée de commande de l'oscilla- teur (10) par un filtre intégrateur de boucle (17), caractérisé en ce qu'il comprend un circuit de comparaison (18) situé sur l'une des deux voies entre l'entrée et la sortie du circuit de régénération 4/ Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend deux bascules (20 et 21) recevant sur une entrée le signal d'entrée après démodulation, la première (20) recevant sur son entrée horloge te signal rythme récupéré, la deuxième (21) recevant sur son entrée horloge la sortie de la première bascule (20) après passage dans un circuit retardateur (22). / Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les bascules (20 et 21) sont des bascules de type D.