Brevet FR2633128A1 — publié le 19891222

"PROCèDE DE DEMODULATION D'UN SIGNAL EN BANDE LATERALE UNIQUE ET DEMODULATEUR PAR LEQUEL EST MIS EN OEUVRE LE PROCèDE". La présente invention a pour objét un procédé numérique de démodulation d'un signal reçu en bande latérale unique et le démodulateur par lequel est mis en oeuvre le procédé. Un récepteur radio muni d'un démodulateur mettant en oeuvre un tel procédé numérique est décrit dans l'article The application of DSP techniques in HF radio receiver design", divulgué lors de la Conférence IEEE 'HF Radio Systems and Techniques* tenue à Londres en avril 1988. De manière générale la modulation en bande latérale unique (BLU) est utilisée pour la transmission de la parole. Le fait de ne transmettre qu'une seule bande latérale présente les avantages d'une faible occupation spectrale et d'un rapport puissance d'information utile sur puissance transmise égal à l'unité. Ainsi la BLU est largement utilisée dans la gamme HF(1,5 à 30MHz) en raison de son faible encombrement spectral. De maniéré connue, pour effectuer une modulation en BLU, il est nécessaire de réaliser ou de simuler un dispositif ayant les caractéristiques d'un filtre passe-bande. En outre, deux types de BLU sont à distinguer, la BLU dite supérieure où seule la bande latérale supérieure est transmise et la BLU dite inférieure où seule la bande latérale inférieure est transmise. Cependant la génération du signal BLU et la démodulation de celui-ci posent des problèmes complexes qui peuvent être plus aisément résolus à l'aide de techniques numériques avec un processeur de signal. Dans l'article précité, afin d'éliminer la bande adjacente non désirée, est employé un procédé du type à recombinaison de phase, procédé qui repose entre autres sur l'utilisation d'un filtre opérant une transformée de Hilbert sur le signal sur l'une des deux voies à recombiner. Synthétiser un tel filtre réalisant un déphasage parfait de 900 dans une bande large est éminemment compliqué lorsque sont employées des techniques analogiques, c'est pourquoi de plus en plus couramment et particulièrement dans ledit article cidessus mentionné sont utilisées des techniques numériques qui permettent des synthèses de filtres quasiment parfaits avec un haut degré de reproductibilité. Néanmoins un filtre opérant une transformée de Hilbert, et donc un déphasage de 900 sur une largeur de bande souhaitée, présente une ondulation dans la bande passante.Comme la réjection de la bande adjacente non désirée est fortement dépendante de l'équilibre entre les deux voies à recombiner, ledit article propose d'introduire un filtre non déphaseur sur la seconde voie, filtre dont l'ondulation doit être voisine de celle du filtre opérant sur la première voie la transformée de Hilbert. La bande adjacente étant ainsi rejetée, la sélectivité est alors assurée au moyen d'un filtre à réponse impulsionnelle finie (RIF). Un premier inconvénient apparaît en ce qu'il est difficile de synthétiser sur les deux voies deux filtres dont l'ondulation dans la bande passante doit être la plus proche possible pour l'obtention d'un signal équilibré. Outre cette difficulté de synthèse, un second inconvénient se présente.En effet, les filtres permettant de réaliser des déphasages de 900 et 0 respectivement sur la première et la deuxième voies demandent un nombre de coefficients élevé et donc un temps de calcul non négligeable alors que la tendance est de toujours minimiser la durée de traitement d'une fonction pour éviter de surcharger l'organe de calcul de sorte que celui-ci puisse être utilisé à d'autres tâches. La présente invention propose l'emploi d'un procédé numérique particulièrement bien adapté à la démodulation BLU et qui permet de minimiser sensiblement le temps de traitement, elle propose en outre un démodulateur par lequel est mis en oeuvre ledit procédé. Pour cela le procédé numérique de démodulation d'un signal reçu en bande latérale unique, est remarquable en ce que le signal reçu après transposition en fréquence intermé diaire est dans une première étape numérisé après application d'une technique de sous-échantillonnage à une fréquence d'échantillonnage déterminée transposant le signaI à une seconde fréquence intermédiaire égale au quart de la fréquence d'échantillonnage, dans une seconde étape le signal ainsi numérisé est transposé en bande de base sur deux voies en quadrature par multiplication de chaque voie par une suite représentative de l'onde sinusoïdale en quadrature à la seconde fréquence intermédiaire, dans une troisième étape le signal ainsi transposé passe dans un filtre complexe assurant la sélectivité, le filtre complexe ayant pour coefficients la suite (han) avec n élément de N+ pour un signal en bande latérale unique supérieure, la suite (han), avec n élément de N+, pour un signal en bande latérale unique inférieure, puis dans une quatrième étape la partie réelle du sig#nal transposé complexe est convertie au moyen d'un dispositif-de conversion numérique analogique pour donner enfin le signal audio démodulé. Pour mettre en oeuvre le procédé#, le démodulateur est, entre autres, constitué d'un dispositif de conversion de la fréquence du signal reçu en fréquence intermédiaire, d'un dispositif d'échantillonnage suivi d'un dispositif de conversion analogique numérique du signal, -de deux dispositifs de multiplication par une suite représentative de l'onde sinusoïdale en quadrature pour transposer le signal en bande de base, d'un filtre complexe et d'un dispositif de conversion numérique analogique du signal à la sortie duquel est présenté le signal audio démodulé. Selon une application préférée le démodulateur par lequel est mis en oeuvre le procédé est remar#quable en ce que le filtre complexe assurant la sélectivité est réalisé sous la forme d'un filtre à réponse impulsionnelle infinie. Un tel choix permet de réduire l'ordre du filtre tout en assurant une excellente sélectivité et une bonne stabilité. Selon une caractéristique préférée, le démodulateur est élaboré autour d'un processeur de signal susceptible de travailler en mode complexe et effectuant les fonctions purement numériques, en particulier la démodulation de la bande latérale unique inférieure peut être également réalisée lors de la troisième étape du procédé, en appliquant au signal un opérateur de conjugaison et en conservant alors les coefficients (hn) du filtre utilisé pour la démodulation de la bande latérale unique supérieure. Ainsi lFemploi d'un filtre complexe pour la réalisation d'un filtre passe-bande non symétrique par rapport à la fréquence nulle permet d'effectuer très facilement une démodulation BLU. De plus lorsque le filtre complexe est configuré à partir d'un processeur de signal, ce qui est d'un grand confort d'utilisation, il est possible de sélectionner la bande latérale unique supérieure ou inférieure soit, en changeant les coefficients du filtre complexe, c'est à dire en prenant la suite de coefficients (hn) ou bien (h*n), soit en appliquant un opérateur de conjugaison sur le signal numérisé tout en gardant la même suite de coefficients (hn).Une commutation aussi aisée de la bande supérieure à la bande inférieure ou inversement est très appréciable et peut être également avantageusement exploitée pour des signaux en bande latérale indépendante (BLI). La description suivante en regard des dessins annexés, le tout donné à titre d'exemple, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 montre l'évolution du spectre du signal à démoduler pendant le traitement. La figure 2 propose un schéma de principe d'une réalisation pratique du démodulateur par lequel est mis en oeuvre le procédé selon l'invention. La- figure 1 retraçant l'évolution du spectre du signal à démoduler à différentes étapes est à examiner en combinaison et en complément de la figure 2 représentant une réalisation pratique du démodulateur par lequel est mis en oeuvre le procédé basé sur la notion de filtrage numérique complexe permettant de détecter la BLU d'une façon simple et rapide. Le démodulateur est avantageusement élaboré autour d'un processeur de signal travaillant en mode complexe et effectuant les fonctions purement numériques. Un processeur de signal conve nant particulièrement bien à l'application de la-présente invention est décrit dans la demande française n02 569 286, ce processeur de signal est d'autre part fabriqué sous la référence TS 68 930/31. Afin de mieux appréhender l'idée de l'invention, il convient de faire un rapide rappel concernant la notion de filtre complexe. Ainsi un filtre complexe se caractérise par une réponse impulsionnelle à valeur complexe. Contrairement à un filtre r#éel, la symétrie hermitienne n'est pas respectée, ce qui offre la possibilité de réaliser des filtres de type passe-bande non symétriques par rapport à la fréquence zéro. Pour synthétiser un filtre complexe passe-bande de largeur de bande B et symétrique par rapport à une fréquence F, le cheminement suivant peut être adopté. Dans un premier temps, réaliser la synthèse d'un filtre réel passe-bas et dans un second temps effectuer une transposition de fréquence. Ainsi en ce qui concerne la synthèse d'un filtre réel, les méthodes de synthèse classiques peuvent être adoptées et particulièrement la transformée bilinéaire peut être avantageusement utilisée pour synth~tiser un filtre à réponse impulsionnelle infinie du type passe-bas réel centré sur la fréquence zéro et de bande passante égale à B/2. Les coefficients h ncaractérisent ce filtre dont H(z) est -la fonction de transfert en z. Une fois ce filtre synthétisé, la transposition de fréquence- est alors effectuée. Pour obtenir un filtre complexe centré sur la fréquence désirée F il faut ainsi remplacer z par z.e~J2rFT où T est la période d'échantillonnage. La fonction de transfert du filtre complexe est alors expression qui peut se mettre sous la forme simplifiée Où hn=hOn ejn2uFT Le signal reçu SSB en bande latérale unique, présent à l'entrée du démodulateur DEM (fig.2) est par exemple un signal BLU en bande supérieure dont le spectre lZ(f)l est représenté à la figure la, la fréquence fO portée sur l'axe des fréquences f, correspondant à la fréquence d'émission.Le signal BLU reçu d'abord transposé en fréquence intermédiaire fi par exemple fi=1MHz de manière connue par le dispositif IFC (fig.2) et filtré au moyen d'un filtre passe-bande BP classique à la sortie du dispositif IFC. Selon le procédé conforme à l'invention il est dans une première étape numérisé après application d'une technique de sous-échantillonnage à une fréquence d'échantillonnage déterminée f5 Shannon. Dans cette condition, en choisissant une fréquence f5 telle que fi=(n+b) fe, l'échantillonnage a pour effet de transposer le signal de la fréquence fi à la fréquence fiL=fS/4. Il est à noter de plus que pour éviter d'opérer avec une fréquence d'échantillonnage f5 trop grande, il est nécessaire que le dispositif IFC soit suivi d'un filtre limitant la bande passante B, c'est le rôle du filtre-BP.Ainsi le signal à la sortie du filtre BP est échantillonné à l'aide du dispositif échantilîomneur-bloqueur SH à la fréquence f5 et numérisé à cette même fréquence au moyen du dispositif de conversion analogique numérique ADC. Dans la seconde étape du procédé selon l'invention le signal ainsi numérisé est transposé en bande de base, donc en fréquence basse, sur deux voies en quadrature par multiplication de chaque voie par une suite représentative de l'onde sinusoïdale en quadrature à la seconde fréquence intermédiaire fiL. Ainsi le signal numérisé est aiguillé sur deux voies I et Q en quadrature et transposé en bande de base par traitement numérique réalisé par le processeur de signal grâce à une multiplication d'une part par la suite numérique l,0,-5,0,1,0,#.., sur la voie I, suite correspondant à l'approximation de cos2nt(-f,4) et d'autre part par la suite numérique 0,-1,0,+1,0,-1,..., sur la voie Q, suite correspon dan à l#approximation de sin2ltt(-f5/4). Cette multiplica- tion qui fait partie du- traitement purement numérique réalisé par un processeur de signal, est symbolisée par un multiplieur MI sur la voie I et par un multiplieur MQ sur la voie Q. La figure lb représente le spectre {Y(f)l du signal BLU ramené en bande de base dont l'expression est alors Y(f) = Z(f).e-j2ntfo. Dans la troisième étape du procédé conforme à l'invention, le signal ainsi transposé en bande de base passe dans un filtre complexe CF assurant la sélectivité, le filtre complexe CF ayant pour coefficients la suite (hn), avec n appartenant aux entiers naturels positifs, pour un signal en bande latérale unique supérieure ce qui est le cas de l'exemple, ou la suite (h*n) con#juguée de (hn)., avec n appartenant aux entiers naturels positifs, pour un signal en bande latérale unique-inférieure. La figure -ic montre le gabarit du filtre complexe tH(f)l lorsqu'est sélectionnée la bande latérale supérieure. Le filtre complexe-CF est également réalisé à l'aide de ses coefficients par un #processeur de signal. Le filtre complexe permet d'éliminer les bandes adjacentes non désirées. Il est avantageusement synthetisé et réalisé sous la forme d'un filtre à réponse impulsionnelle infinie (RIl), ce qui permet ainsi de réduire l'ordre du filtre et donc par conséquent le nombre de coefficients tout en garantissant une excellente sélectivité et une bonne stabilité. Le spectre du signal complexe en bande de base après filtrage IX(f)i et réjection des bandes adjacentes est proposé à la figure 1d et a pour expression X(f) = Y(f) . Dans la quatrième étape du procédé selon linven- tion, la partie réelle I' du signal transposé complexe est convertie au moyen d'un dispositif de conversion numérique analogique DAC pour donner enfin le signal audio démodulé DSS. Le spectre du signal réel IM(f)l présent sur la voie I' et transmis vers le dispositif DAC est représenté à la fig le et a pour expression Le dispositif DAC est avantageusement suivi d'un filtre passe-bas LP qui permet de restituer le signal analogique après le traitement numérique. Un tel procédé de démodulation d'un signal BLU par filtrage complexe fait appel à une technique purement numérique particulièrement bien adaptée à un processeur de signal susceptible de travailler en mode complexe et permet de réaliser la démodulation du signal de façon aisée et efficace. De plus, pour transmettre ou recevoir des signaux en BLU, de manière générale un émetteur est associé à un récepteur, lorsqu'il y a émission il n'y a pas réception et inversement. Ainsi lorsque le modulateur par lequel est mis en oeuvre un procédé de modulation par filtrage complexe est élaboré autour d'un processeur de signal synthétisant entre autres un filtre complexe, ce filtre complexe peut être utilisé aussi bien à l'émission pour la modulation du signal qu'à la réception pour la démodulation du signal, ce qui signifie qu'un seul processeur de signal peut être utilisé, sans surcharge de travail, pour la modulation et la démodulation. REVENDICATIONS 1. Procédé numérique de démodulation d'un signal reçu en bande latérale unique, caractérisé en ce que le signal reçu après transposition en fréquence intermédiaire est dans une première étape numérisé après application d'une technique de sous-échantillonnage à une fréquence d'échantillonnage déter minée transposant le signal à une seconde fréquence intermé diaire égale au quart de la fréquence d'échantillonnage, dans une seconde étape le signal ainsi numérisé est transposé en bande de base sur deux voies en quadrature par multiplication de chaque voie par une suite représentative de l'onde sinusoï dale en quadrature à la seconde fréquence intermédiaire, dans une troisième étape le signal ainsi transposé passe dans un filtre complexe assurant la sélectivité, le filtre complexe ayant pour coefficients la suite thon)^ n élément de N+, pour un signal en bande latérale- unique supérieure, la suite (han), n élément de N+, pour un signal en bande latérale unique inférieure, puis dans une quatrième étape la partie réelle du signal transposé complexe est convertie au moyen d'un dispositif de conversion numérique analogique pour donner enfin le signal audio démodulé. 2. Démodulateur par lequel est mis en oeuvre le procédé conforme à la revendication 1 constitué dlun dispositif de conversion de la fréquence du signal reçu en fréquen#ce inter médiaire, d'un dispositif d'échantillonnage suivi-d'un dispo sitif de conversion analogique numérique, de deux dispositifs de multiplication par une suite représentative de l'onde sinusoïdale en quadrature pour .transposer le signal en bande de base, d'un-filtre complexe et d'un dispositif de conversion numérique analogique du signal à la sortie duquel est présenté le signal audio démodulé. 3. Démudulateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le filtre complexe#assurant la sélectivité est réa lisé sous la forme d'un filtre à réponse impulsionnelle infi nie. 4. Démodulateur selon-I'une des revendications précé dentes, élaboré autour d'un processeur de signal susceptible de travailler en mode complexe et effectuant les fonctions pu rement numériques, en particulier la démodulation de la bande latérale unique inférieure peut être également réalisée lors de la troisième étape du procédé selon la revendication 1, en appliquant au signal un opérateur de conjugaison et en conservant alors les coefficients (hn) du filtre utilisé pour la démodulation de la bande latérale unique supérieure. 5. Démodulateur selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, inséré entre le dispositif de conversion de la fréquence du signal reçu en fréquence intermédiaire et le dispositif d'échantillonnage un filtre passe-bande pour limiter la bande passante du signal de fréquence intermédiaire. 6. Démodulateur selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte de plus connecté à la sortie du dispositif de conversion numérique analogique un filtre passe-bas permettant de restituer le signal analogique après traitement numérique.