Brevet FR2624674A1 — publié le 19890616

PROCEDE ET DISPOSITIF DE MODULATION-DEMODULATION D'AMPLITUDE COHERENTE L'invention concerne les procédés et dispositifs de modulation-démodulation d'amplitude cohérente et, plus particulièrement, un procédé et un dispositif de démodulation cohérente d'un signal modulé dont une composante est a. porteuse supprimée et l'autre à porteuse résiduelle. Il est connu de transmettre sur un même canal de fréquence deux signaux a(t) et b(t) distincts en modulant en amplitude deux signaux à la fréquence porteuse en quadrature U(t,O) et U(t,-9O#), l'un par le signal A(t) et l'autre par le signal B(t). Les signaux modulés P(t) et Q(t) sont ensuite additionne pour obtenir le signal à transmettre S(t). Pour obtenir un tel signal S(t), on peut utiliser le dispositif de la figure 1 qui comprend un générateur 1 du signal U(t,O) à la fréquence porteuse F, un premier multiplieur 2 auquel sont appliqués le signal U(t,O) et le signal A(t), un deuxième multiplieur 3 auquel sont appliqués le signal B(t) et le signal U(t,-9o#) obtenu par déphasage de 90 du signal U(t,O) dans un circuit déphaseur 4.Le signal de sortie modulé P(t) du multiplieur 2 et le signal de sortie. modulé Q(t) du multiplieur 3 sont appliqués à un circuit d'addition 5 qui fournit le signal à transmettre S(t). Le signal à transmettre S(t) est défini par la relation s(t) = A(t)Ucos(gt + d) + B(t)Usin(gt + d) (1) formule dans laquelle g = tAfF et d est un déphasage quelconque. A la réception, le signal S(t) est démodulé de manière à retrouver les deux composantes initiales A(t) et B(t). Cette démodulation est par exemple obtenue par un dispositif qui sera décrit en relation avec la figure 2. I1 comprend deux multiplieurs 6 et 7 auxquels est appliqué un signal à la fréquence porteuse F fourni par un générateur 8 Ce signal est de la forme U'(t,O) pour le multiplieur 6 et de la forme U'(t,-90), c'est-à-dire déphasé de -90 dans un circuit déphaseur 9 par rapport au signal U'(t,O). Les signaux de sortie des multiplieurs 6 et 7 sont appliqués respectivement à des filtres passe-bas 10 et 11 de manière à fournir les signaux recherchés A(t) et B(t). Dans le dispositif de démodulation de la figure 2, il est nécessaire d'élaborer un signal U'(t,O) à la fréquence porteuse F. A cet effet, plusieurs solutions sont possibles et notamment la transmission d'un signal pilote dont la fréquence Fp est un multiple nF ou sous-multiple F/m de la fréquence porteuse.Dans cette solution, schématisée par le dispositif de la figure 3, le signal S(t) transmis est filtre dans un circuit 12 pour séparer le signal la fréquence-pilote Fp, ce dernier étant appliqué à un détecteur de phase 13 qui reçoit par ailleurs un signal à la fréquence Fp obtenu par division ou multiplication de fréquence dans un circuit 15 d'un signal à la fréquence F par un oscillateur 14 à fréquence variable commandé en tension, oscillateur plus connu sous l'expression anglo-saxonne Voltage Controlled Oscillator" ou V.C.O. Le détecteur de phase 13 fournit un signal d'écart de phase qui, après amplification dans un circuit 17 et filtrage dans un circuit 16, commande l'oscillateur 14 pour réduire et annuler l'écart de phase.On obtient ainsi à la sortie de l'oscillateur 14, un signal U'(t,O) à la fréquence porteuse F. Cette solution, mettant en oeuvre un signal à la fréquence pilote Fp, présente l'inconvénient d'être sensible à des variations du temps de retard de groupe du canal de transmission, ce qui introduit une erreur de phase, variable et incontrôlable, entre le signal modulé et le signal pilote. Une autre solution consiste à faire en sorte que le signal S(t) comporte une composante à la fréquence porteuse. A la réception, pour obtenir le signal U'(t,0), on utilise, par exemple, un dispositif selon le schéma de la figure 4. Le signal S(t) est appliqué à un détecteur de phase 16 par l'intermédiaire d'un circuit limiteur d'amplitude 30. L'autre entrée du détecteur de phase est connectée à la sortie d'un oscillateur 20 à fréquence variable voisine de F commandé en tension (V.C.O.). Le signal d'écart de phase du détecteur 16 est amplifié dans un circuit 18 et.filtré dans un circuit 19 avant d'être appliqué comme tension de commande à l'oscillateur 20. Un tel procédé et dispositif présente l'inconvénient de mettre en oeuvre une boucle à verrouillage de phase. En outre, les erreurs de phase introduites par le transit du signal dans le limiteur d'amplitude sont la source de diaphonie entre les signaux A(t) et B(t) et doivent, de ce fait, être compensées. Ce dernier inconvénient existe également dans la version avec fréquence pilote quand le filtre 12 introduit des erreurs de phase. Un but de la présente invention est donc un procédé et un dispositif de modulation-démodulation d'amplitude cohérente qui ne présente pas les inconvénients précités pour les dispositifs à la fréquence pilote Fp ou à porteuse résiduelle. Un autre but de la présente invention est .un procédé et un dispositif de modulation-démodulation d'amplitude cohérente qui présente une diaphonie minimale entre les signaux A(t) et B(t). Le procédé se rapporte à un procédé de modulation-démodulation d'amplitude cohérente de deux signaux caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes a) une élaboration de deux signaux modulants a(t) et b(t) tels que a(t) = 1 + m A(t) b(t) = B(t) b) une modulation en amplitude d'un signal Ucos(gt+d) à la fréquence porteuse F = par les signaux précités de manière à obtenir un signal à transmettre S(t) tel que 8(t) = U (1 + m A(T)) cos(gt+d) + U B(t) sin(gt+d) et, c) une démodulation en amplitude du signal trans mis SOt) par un signal U'(t,0) = 2/U cos(gt+e) à la fréquence porteuse F pour obtenir un signal p'(t) et par un signal U'(t,-90#) déphasé de -90 par rapport å U'(t,0) pour obtenir un signal q'(t), ledit signal U'(t,0) ayant une phase e tel que d-e = -90#+2k.l80#. L'invention se rapporte également à un dispositif de démodulation dans un système de modulation-démodulation mettant en oeuvre le procédé ci-dessus qui comprend un premier multiplieur auquel est appliqué le signal U'(t,0), un deuxième multiplieur auquel est appliqué le signal U'(t,0) par l'intermédiaire d'un circuit déphaseur de -90', et un circuit d'élaboration du signal U'(t,0), caractérisé en ce que ledit circuit d'élaboration du signal U'(t,0) comprend - un circuit intégrateur du signal p'(t), qui fournit un signal p' (e) - un oscillateur à fréquence variable commandé par la tension p' (e) qui fournit le signal U' (t, O). D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un #exemple particulier de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints dans lesquels - la figure 1 est un schéma fonctionnel d'un dispositif de modulation d'amplitude cohérente par deux signaux A(t) et B(t) selon l'art antérieur de manière à obtenir un signal composite S(t) :: - la figure 2 est un schéma fonctionnel d'un dispositif de démodulation d'amplitude cohé rente d'un signal S(t) selon l'art antérieur de manière à obtenir les signaux A(t) et B(t.) - la figure 3 est un schéma fonctionnel d'un dispositif d'élaboration d'un signal à la fréquence porteuse F à partir d'un signal à la fréquence pilote Fp, selon l'art antérieur - la figure 4 est un schéma fonctionnel d'un dispositif d'élaboration d'un signal à la fréquence porteuse F à partir d'un signal résiduel également à la fréquence F, et - la figure 5 est un schéma fonctionnel d'un dispositif de démodulation d'amplitude cohé rente selon. la présente invention. Selon la présente invention, les signaux modulants a(t) et b(t) doivent être de la forme a(t) = 1+ m A(t) b(t) = B(t). Dans ces formules, A(t) est un signal quelconque, déterministe ou aléatoire et sa valeur moyenne A (ou son espérance mathématique) doit être telle que le produit m.A reste supérieur à -1 afin d'obtenir un résidu moyen à la fréquence porteuse qui est en phase avec le signal de la porteuse U(t). Le résidu r(t) à la fréquence porteuse s'exprime par r(t) = (1 + mA) cos(gt+d) (3) Par ailleurs B(t) est également un signal quelconque déterministe ou aléatoire dont la valeur moyenne est B = O. Le signal composite S(t) qui résulte de la modulation telle que décrite ci-dessus dans le préambule est exprimé par S(t) = U(l+m A(t)) cos(gt+d) + U.B(t) sin(gt+d) (2) avec le symbole U désignant l'amplitude de la porteuse. C'est ce signal qui est appliqué, à la récéption, au dispositif de démodulation d'amplitude cohérente de la figure 5. Ce dispositif comprend deux multiplieurs 21 et 22 auxquels est appliqué le signal S(t).A chaque multiplieur est également appliqué un signal U'(t) à la fréquence porteuse F, l'un U'(t,O), appliqué au multiplieur 21 et provenant directement d'un oscillateur 24 à la fréquence variable commandé en tension (V.C,O.) et l'autre, U'(t,-90#) par l'intermédiaire d'un circuit 23 de déphasage fixe de -90 pour être appliqué au multiplieur 22. Le signal de sortie q' (t) du circuit multiplieur 22 est appliqué à un filtre passe-bas 29 qui donne à sa sortie un signal y(t). Par ailleurs le signal de sortie p' (t) du circuit multiplieur 21 est appliqué à un filtre passe-bas 28 qui donne à sa sortie un signal x(t). Le signal p'(t) est également appliqué à un amplificateur intégrateur 25 qui comprend donc un intégrateur 26 suivi d'un amplificateur 27. Le signal de sortie de l'amplificateur 27 est appliqué à 1'oscillateur 24 comme tension de commande de la fréquence. Les éléments 21, 24, 26 et 27 réalisent une boucle d'asservissement lorsque certaines conditions sont remplies. Pour définir ces conditions et démontrer que x(t) et y(t) sont les signaux modulants que l'on - recherche, on suppose qu'à un instant donné, l'oscillateur 24 délivre un signal U'(t,0) de même fréquence que la porteuse U(t,0) mais de phase e, soit U'(t) = 2/u cos(gt+e) on peut alors écrire les expressions p'(t) = 2 (1 + m A(t)) cos(gt+d) cos(gt+e) + 2B(t) sin(gt+d) cos(gt+e) q'(t) = 2( 1 + m A(t)) cos(gt+d) sin(gt+e) + 2B(t) sin(gt+d) sin(gt+e) Ces expressions peuvent s'écrire sous la forme p' (t) = (1 + m A(t)) (cos(2gt+d+e) + cos(d-e)) + B(t) (sin(2gt+d+e) + sin(d-e)) (4) q' + B(t) (cos(d-e) - cos(2gt+d+e)) Si le signal p'(t) est intégré dans le circuit 26, il découle que sa valeur moyenne est donnée par p'(e) = (1 + mA) cos(d-e) (5) La boucle d'asservissement a pour but d'agir sur la phase e de l'oscillateur 24 afin d'annuler p'(e). Ce dernier sera nul pour cos(d-e) = 0 soit pour (d-e) = (2k + 1) 90". Par ailleurs, si on a cos(d-e) = 0, on a également sin(d-e) = + 1. Pour respecter la polarité. des signaux démodulés vis-à-v#is des signaux modulants d'origine, on choisit sin(d-e) = 1, soit d-e = 90 + 2k.180 . Ces deux conditions ne peuvent être réalisée que si d-e = 90 + 2k.180 . Lorsque ces conditions sont atteintes, leur report dans le jeu d'équations (3) et l'élimination des composants haute fréquence par filtrage passe-bas dans les filtres 28 et 29, conduit à x(t) = B(t) y(t) = 1 + m A(t) c'est-à-dire les signaux modulants. Dans la description cirdessus de l'invention, on a supposé que le signal U(t) à la fréquence porteuse était de forme sinusoïdale pure sans harmonique. L'invention s'applique également aux cas où le signal U(t) comporte des harmoniques, par exemple lorsque U(t) est un signal de forme rectangulaire de fréquence F, sous réserve que la rotation de phase qui existe entre le signal fondamental et ses harmoniques à la modulation, soit conservée à la démodulation. La description qui vient d'être faite permet de définir un procédé de modulation-démodulation cohérente qui comporte les étapes suivantes 1. l'élaboration de deux signaux modulants a(t) et b(t) tels que a(t) = 1 + m A(t) b(t) = B(t) 2. la modulation en amplitude d'un signal Ucos(gt+d) à la fréquence porteuse F par les signaux a-(t) et b(t) de manière à obtenir un signal à transmettre S(t) tel que s(t) = U(l+mA(t)) .cos(gt+d) +'U,B(t) sin(gt+e), et 3. la démodulation en amplitude du signal reçu S(t) par un signal U'(t,0) - = 2/U cos (gt+e) à la fréquence porteuse F et par un signal U'(t,-90*) déphasé de -90 par rapport à - U'(t,0), ledit signal U'(t,0) ayant une phase e tel que d-e = -906+2k.180. Le procédé de modulation-démodulation selon l'invention ne nécessite pas l'utilisation d'un discriminateur de phase et il en résulte un dispositif plus simple. En outre, comme le dispositif tend, sur une voie, à annuler directement le résidu de porteuse contenu dans le signal S(t), il en résulte un signal utile proche de la valeur maximale et par voie de conséquence#, un signal.de la voie adjacente proche de la valeur minimale, sur .ladite voie du signal utile. La réciproque s'applique à la voie adjacente. REVENDICATIONS 1. Procédé de modulation-démodulation d'amplitude cohérente de deux signaux caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes a) une élaboration de deux signaux modulants a(t) et b(t) tels que a(t) = 1 + m A(t) b(t) = B(t) b) une modulation en amplitude d'un signal Ucos(gt+d) à la fréquence porteuse F = par les signaux de manière à obtenir un signal à transmettre S(t) tel que S(t) = U (l+m A(t)) cos(gt+d)+U.B(t) sin(dt+g) et, c) une démodulation en amplitude du signal trans- mis S(t) par un signal U'(t,0) = 2/U côs(gt+e) à la fréquence porteuse F pour obtenir un signal p'(t) et par un signal U'(t,-90e) déphasé de -90 par rapport à U'(t,0) pour obtenir un signal q' (t), ledit signal U' (t,0) ayant une phase e tel que d-e~= -900+2k.l80#. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le signal U' (t,0) est obtenu par les opérations suivantes a) l'intégration du signal p' (t) b) l'utilisation du signal intégré pour modifier la fréquence d'un oscillateur centré sur la fréquence porteuse F. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la valeur moyenne A de A(t) ou son'.espé- rance mathématique est telle que le produit m.A reste supérieur à -l et en ce que la valeur moyenne B de B(t) est nulle. 4. Dans un système de modulation-démodulation cohérente de deux signaux mettant en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, un dispositif de démodulation qui comprend un premier multiplieur (21) auquel est appliqué le signal U'(t,0), un deuxième multiplieur (22) auquel est appliqué le signal U'(t,0) par l'intermédiaire d'un circuit déphaseur (23) de -90", et un circuit d'élaboration du signal U'(t,0), caractérisé en ce que ledit circuit d'élaboration du signal U'(t,0) comprend - un circuit intégrateur (26) du signal p'(t), qui fournit un signal p'p'(e) - un oscillateur (24) à fréquence variable commandé par la tension p' (e) qui fournit le signal U' (t,0).