Brevet FR2633790A1 — publié le 19900105

DescriDtion Dispositif de réception de signaux à codage numérique modulés en fréquence' La présente invention concerne un dispositif de réception de signaux à codage numérique modulés en fréquence, comprenant en série un démodulateur de fréquence, un décodeur numérique et éventuellement, entre ces deux éléments, un filtre. Lors d'une transmission en modulation de fréquence, l'étude du bruit après démodulation révèle l'existence d'un seuil de fonctionnement défini en terme de rapport porteuse sur bruit noté (C/N) et généralement voisin de 10 dB. On peut considérer que, lorsque ce rapport est supérieur à cette limite, la perturbation qui affecte le signal de sortie du démodulateur de fréquence est constituée d'un bruit continu, dont la densité- spectrale de puissance est sensi blessent proportionnelle au carré de la fréquence si l'on négigue l'éventuelle fonction de désaccentuation. Ce bruit est connu sous le nom de bruit triangulaire. Par contre, lorsque le rapport C/N est inférieur à 10 dB environ, le signal utile après démodulation est perturbé non seulement comme précédemment par le bruit triangulaire, mais aussi par un bruit de type impulsif. Ce deuxième type de bruit, appelé bruit de clics, est caractérisé par l'apparition d'impulsions très brèves, mais de grande énergie, et de position temporelle aléatoire. Si les signaux qui font l'objet de la transmission sont codés en numérique, il faut naturellement utiliser à la réception un décodeur numérique. Les décodeurs numériques classiques, qu'il s'agisse par exemple de décodeurs à seuil ou de décodeurs à maximum de vraisemblance, sont prévus pour fonctionner dans un environnement où le bruit est blanc, additif et gaussien. Or le bruit triangulaire décrit ci-dessus peut être considéré en première approximation comme gaussien mais il n'est pas blanc. Quant au bruit de clics, ses caractéristiques s'éloignent fortement de celles d'un bruit blanc ou gaussien. Les performances des décodeurs classiques ne sont donc pas optimales dans un tel environnement. Un but de l'invention est de proposer un dispositif de réception de signaux à codage numérique modulés en fréquence, remédiant d'abord aux perturbations apportées par le bruit triangulaire. A cet effet, l'invention concerne un dispositif caractérisé en ce qu'il comprend, en série entre ledit démodulateur et ledit décodeur numérique, avant ou après ledit filtre lorsque celui-ci est prévu, un circuit de codage à réponse partielle, et en ce que le décodeur numérique est adapté au macro-code constitué par association du code utilisé à l'émission et du code utilisé à la réception dans ledit circuit de codage. Dans un mode particulier de réalisation, ce circuit de codage comprend n codeurs duobinaires en cascade, placés en série entre ledit démodulateur et ledit décodeur numérique, avant ou après ledit filtre lorsque celui-ci est prévu. Un autre but de l'invention est de proposer un dispositif de réception de signaux remédiant en outre aux perturbations apportées par le bruit de clics, lorsque le rapport porteuse sur bruit est inférieur à 10dB environ comme on l'a w, et que le bruit de clics coexiste avec le bruit triangulaire sans qu'aucune de ces deux composantes puisse être négligée devant l'autre. A cet effet, l'invention concerne un dispositif caractérisé (A) en ce qu'il comprend (a) en sortie du démodulateur de fréquence, un étage de détection de clics1 lesdits clics étant des signaux impulsionnels, et ledit étage de détection comprenant un circuit de détection et un circuit de comparaison (b) en sortie dudit étage de détection, un circuit de génération d'impulsions (c) en sortie dudit circuit de génération d'impulsions, un circuit de correction prévu pour éliminer les effets perturbateurs de chaque clic (B) en ce que le circuit de détection comprend un filtre linéaire dont la fonction de transfert est du type t DESAC (f) .CLIC(f) H(f) = DESP(num) + DESP (BC) expression dans laquelle f est la fréquence, DESAC*(f) la fonction de transfert conjuguée du filtre de désaccentuation lié à la modulation de fréquence, CLIC(f) le spectre modélisant un clic, DESP(num) la densité spectrale de puissance du signal, et DESP(BC) la densité spectrale de puissance du brui continu (C) en ce que le circuit de comparaison est prévu pour transmettre un signal nul ou la sortie du circuit de détection selon le niveau de cette sortie par rapport à un seuil de référence et en ce qu'il est prévu, entre le circuit de comparaison et le circuit de génération d'impulsions, un circuit de décision prévu pour déterminer deux informations de position temporelle et de polarité de chaque clic transmises audit circuit de correction. Les particularités et avantage; de l'invention apparaitront maintenant de façon plus détaillée dans la description qui suit et dans les dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs et dans lesquels - la figure 1 montre de façon schématique l'étage de réception d'une chaîne classique de transmission d'un signal numérique codé et modulé en fréquence - la figure 2 représente la structure d'un tel étage de réception lorsqu'il consiste en un dispositif de réception de signaux conforme à l'invention ;; - la figure 3 montre un exemple de réalisation du codeur à réponse partielle de la figure 2 - la figure 4 représente la structure du dispositif de réception lorsqu'on est simultanément en présence de bruit triangulaire et de bruit de clics - les figures 5, 6, 7 montrent des exemples de réalisation respectivement du circuit de comparaison utilisé en sortie du circuit de détection de clic, du circuit de décision, et du circuit de correction de clic. La réception de signaux numériques codés et modulés en fréquence est réalisée, de façon traditionnelle, selon le processus représenté sur la figure 1, qui montre en série un démodulateur de fréquence 100 des signaux présents en sortie du canal de transmission 10, un filtre 200 et un décodeur numérique 500. Le dispositif de réception de tels signaux en présence de bruit triangulaire, représenté sur la figure 2 dans un exemple non limitatif de réalisation de l'invention, comprend de façon similaire le démodulateur de fréquence 100, le filtre 200, et un décodeur numérique 510, ainsi qu'un étage supplémentaire placé ici entre le filtre 200 et le décodeur 510. Il est à noter que l'on peut permuter le filtre 200 et cet étage supplémentaire. Le but de cet étage supplémentaire, qui est en fait un codeur à réponse partielle 300, est d'améliorer les performances du décodage en présence de bruit triangulaire. On sait en effet que l'une des caractéristiques du bruit triangulaire est d'avoir une densité spectrale de puissance importante en haute fréquence. Par contre la densité spectrale de puissance du signal numérique lui-même est généralement concentrée en basse fréquence. On peut donc améliorer le rapport signal sur bruit triangulaire en atténuant par filtrage les composantes du signal après démodulation il suffit par exemple de diminuer la puissance du bruit triangulaire d'une valeur plus importante que celle du signal numérique. Bien sur, cette opération de filtrage va en général modifier les caractéristiques du signal numérique en introduisant par exemple de l'interférence entre symbole, notée IES pour abréger, dans la suite de la description. Il faut donc contrôler et si possible supprimer cette IES. La solution ici proposée consiste à utiliser les techniques de codage à réponse partielle pour réaliser cette opération de filtrage, l'IES ainsi introduite étant alors directement prise en compte dans le décodeur 510. En effet, le décodeur 500 de la figure I est adapté à l'éventuel et seul code utilisé à l'émission, tandis que le décodeur 510 de la figure 2 est adapté au macrocode constitué d'une part dudit code utilisé à l'émission et d'autre part du code introduit à la réception par la présence du codeur à réponse partielle 300. A titre d'exemple non limitatif, la figure 3 présente un exemple de réalisation du codeur à réponse partielle 300. Dans cet exemple, le codeur réalisé est constitué de n codeurs duobinaires 310a à 310n cascadés. Ces codeurs 310 sont simples à mettre en oeuvre, et ils permettent de réaliser dans le cas présent uhe fonction de filtrage passebas : ils comprennent chacun à cet effet un circuit de retard 311 et un sommateur 312 de l'entrée et de la sortie dudit circuit de retard. Le dispositif de réception de signaux simultanément en présence de bruit triangulaire et en présence de bruit de clics est représenté sur la figure 4. Dans cet exemple non limitatif de réalisation, il comprend, comme dans le cas de la figure 2, un démodulateur de fréquence100, un filtre 200, un codeur à réponse partielle 300, et un décodeur numérique 510. il comprend aussi un ensemble de circuits référencé 400. Cet ensemble 400, placé en parallèle sur le filtre 200, reçoit en entrée la sortie du démodulateur 100, et sa sortie est envoyée vers le codeur 300. Il comprend un circuit de détection de clics 410, un circuit de comparaison 420, un circuit de décision 430, un circuit de génération d'impulsions et un circuit de correction. Le circuit de détection de clics 410 est un filtre. On a vu en effet que, lorsqu'on travaille au-dessous du seuil de démodulation, la sortie du démodulateur 100 est constituée de trois signaux : le signal démodulé, le bruit triangulaire, et des clics. Pour détecter ce troisième type de signal, on a choisi de considérer que les clics forment le signal utile, et que le signal numérique et le bruit triangulaire sont les signaux perturbateurs bruitant la détection de ces clics.La théorie linéaire de la détection optimale d'un signal (ici, un clic) dans un bruit (ici, le signal numérique et le bruit triangulaire) montre que le meilleur détecteur (selon un critère d'optimisation choisi ici comme étant la recherche du rapport maximum des puissances du signal utile et du bruit à l'instant de décision) comprend un filtre linéaire dont la fonction de transfert H(f) peut être exprimée de la façon suivante DESACt(f) . CLIC(f) H(f) = DESP(num) + DESP(BC) expression dans laquelle DESACt(f) est la fonction de transfert conjuguée du filtre de désaccentuation lié à la modulation de fréquence, CLIC(f) est le spectre d'un clic (qui dépend du mode de représentation choisi pour le clic, par exemple une fonction de Dirac, ou bien une gaussienne étroite), DESP(num) est la densité spectrale de puissance du signal numérique, BC est le bruit continu, DESP (BC) est la densité spectrale de puissance du bruit continu, et f est la fréquence. La sortie du circuit de détection de clics 410 est alors fournie au circuit de comparaison 420, dans lequel la valeur absolue de la sortie du circuit 410 est comparée à un seuil. Si la valeur ainsi présentée est inférieure au seuil, on force la sortie à 0. Si au contraire la valeur est supérieure au seuil, elle est tranférée telle quelle en sortie du circuit de comparaison 420. La valeur du seuil est en général dépendante du rapport porteuse/bruit C/N auquel on travaille. Une réalisation possible du circuit de comparaison 420 est représentée sur la figure 5. Un comparateur 421 reçoit d'une part la valeur du seuil de référence noté Ro et d'autre part la sortie du circuit de détection de clics 410, et délivre un signal binaire fourni à une première entrée d'un circuit de commutation 422 constitué d'un ensemble de portes ET logiques. Ce circuit 422 reçoit sur une deuxième entrée la sortie du circuit de détection de clics 410 et délivre en direction du circuit de décision 430 un signal de sortie soit égal à 0, comme on l'a vu, lorsque le seuil n'est pas dépassé, soit égal au signal de sortie du circuit de détection de clics 410 lorsque ce signal de sortie est supérieur audit seuil. La sortie du circuit de comparaison 420 est donc constituée par une série de valeurs qui sont presque toutes nulles, sauf celles qui dépassent le seuil et qui correspondent à un clic. On constate cependant que, pour un seul clic ainsi repéré, il peut se produire plusieurs détections très rapprochées dont l'une seulement a la même position temporelle que le clic correspondant à ce groupe de détections. Pour déterminer de façon précise cette position temporelle, il faut donc connaître celle de ces détections qui a la valeur absolue maximale. Le circuit de décision 430 représenté sur la figure 6 réalise cette opération. Chaque fois qu'une valeur non nulle est détectée en sortie du circuit de comparaison 420, on ouvre une fenetre temporelle de largeur L, puis on recherche à l'intérieur de cette fenetre où se situe la plus grande valeur (si plusieurs valeurs sont détectées). A cette plus grande valeur correspond la position temporelle réelle du clic, position que l'on mémorise en même temps que le signe du clic. La figure 6 montre une série de circuits à retard 431 définissant la longueur L et dont les sorties sont reliées aux entrées d'un comparateur 432.Un circuit de validation 433, commandé par la première valeur non nulle qui a déclenché l'ouverture de la fenetre temporelle L, active le fonctionnement du comparateur 432, qui opère alors la sélection des deux informations de position temporelle et de polarité du clic de plus grande amplitude détecté à l'intérieur de cette fenêtre. Ces deux informations, disponibles en sortie du comparateur 432, sont fournies au circuit de correction 440. Le circuit de correction 440, qui regroupe ici les fonctions de génération d'impulsion et de correction, reçoit la sortie du circuit de décision 430, c'est-à-dire les deux informations précédentes de position temporelle et de polarité, et est destiné à corriger dans le signal à décoder les effets de la présence des clics, à partir desdites informations. Dans la réalisation de ce circuit de correction proposée sur la figure 7, on soustrait directement du signal d'entrée du codeur à réponse partielle 300 la valeur que le clic lui a ajoutée (ou on lui additionne ce signal en cas de polarité négative). Le circuit de correction comprend à cet effet une mémoire 441 contenant la ou les valeurs à soustraire (à alditionner, dans le cas d'une polarité négative) et un sommateur 443 recevant d'une part, par l'intermédiaire d'un circuit de réalignement temporel 442, le signal de sortie du filtre 200 et d'autre part la sortie de la mémoire 441. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels des variantes peuvent etre proposées sans pour cela sortir du cadre de l'invention. On notera en particulier que, lorsque le filtre 200 est prévu, sa position n'est pas primordiale. Dans le cas de la figure 2 comme dans celui de la figure 4, ledit filtre pourrait être placé après le codeur à réponse partielle 300 sans que le fonctionnement d'ensemble et le résultat final s'en trouvent modifiés, Dans le cas de la figure 4, le filtre pourrait aussi être mis en place entre le circuit 440 et le codeur 300. Revendications 1. Dispositif de réception de signaux à codage nuné- rique modulés en fréquence, comprenant en série un démodulateur de fréquence, un décodeur numérique et éventuellement, entre ces deux éléments, un filtre, caractérisé en ce qu'il comprend, en série entre ledit démodulateur et ledit décodeur numérique, avant ou après ledit filtre lorsque celui-ci est prévu, un circuit de codage à réponse partielle, et en ce que le décodeur numérique est adapté au macro-code constitué par association du code utilisé à l'émission et du code utilisé à la réception dans ledit circuit de codage. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de codage comprend n codeurs duobinaires en cascade, placés en série entre ledit démodulateur et ledit décodeur numérique, avant ou après ledit filtre lorsque celui-ci est prévu. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé (A) en ce qu'il comprend (a) en sortie du démodulateur de fréquence, un étage de détection de clics, lesdits clics étant des signaux impulsionnels, et ledit étage de détection comprenant un circuit de détection et un circuit de comparaison (b) en sortie dudit étage de détection, un circuit de génération d'impulsions (c) en sortie dudit circuit de génération d'impulsions, un circuit de correction prévu pour éliminer les effets perturbateurs de chaque clic (B) en ce que le circuit de détection comprend un filtre linéaire dont la fonction de transfert est du type DESAC t (f) . CLIC(f) H(f) = DESP(num) + DESP (BC) expression dans laquelle f est la fréquence, DESAC*(f) la fonction de transfert conjuguée du filtre de désaccentuation lié à la modulation de fréquence, CLIC(f) le spectre modélisant un clic, DESP(num) la densité spectrale de puissance du signal, et DESP(BC) la densité spectrale de puissance du bruit continu (C) en ce que le circuit de comparaison est prévu pour transmettre un signal nul ou la softie du circuit de détection selon le niveau de cette sortie par rapport à un seuil de référence et en ce qu'il est prévu, entre le circuit de comparaison et le circuit de génération d'impulsions, un circuit de décision prévu pour déterminer deux informations de position temporelle et de polarité de chaque clic transmises audit circuit de correction.