Brevet FR2636183A1 — publié le 19900309

-- i -- Filtre numérique à débit variable pour modulateur de phase La présente invention concerne un filtre numérique recevant un signal numérique entrant à débit variable, et plus particulièrement un modulateur numérique de phase contenant un tel filtre. Un tel modulateur est utilisé pour des transmissions numériques à débit variable, par exemple des faisceaux hertziens numériques. Actuellement dans un modulateur numérique, le filtre numérique ainsi qu'un convertisseur numérique-analogique relié à la sortie du filtre reçoivent un signal d'horloge d'échantillonnage à fréquence variable directement proportionnelle au débit du signal entrant dans un rapport égal à un facteur de suréchantillonnage constant. Le facteur de suréchantillonnage limite le débit maximum qu'est susceptible de présenter le signal entrant; en effet, plus le facteur de suréchantillonnage est élevé, plus la fréquence d'échantillonnage atteint rapidement la fréquence maximale d'utilisation du convertisseur numérique-analogique. En outre, le filtre numérique est un filtre de type transversal passe-bas en bande de base. Des moyens de filtrage analogiques et anti-périodiques sont alors nécessaires dans le modulateur, entre la sortie du convertisseur numérique-analogique et l'entrée d'un circuit de modulation de phase à fréquence intermédiaire. Si le modulateur doit couvrir une large gamme de débits du signal entrant, on doit accepter un compromis entre le débit maximum possible du signal entrant et le nombre de filtres passe-bas analogiques, anti-périodiques et commutables, dans les moyens de filtrage. Un filtre analogique passe-bas ne peut garantir un filtrage suffisant de la périodicité que dans une gamme réduite de débits, la largeur de cette gamme étant directement proportionnelle au facteur de suréchantillonnage constant. Le but de la présente invention vise à remédier aux inconvénients précités, en fournissant d'une part un filtre numérique dont le facteur de suréchantillonnage s'adapte en continu au débit variable du signal entrant, d'autre part, un modulateur numérique ne comprenant qu'un unique filtre passe-bas 263 6 183 -2- anti-périodique et non une batterie de tels filtres qui sont commutables. A cette fin, un filtre numérique selon l'invention pour filtrer un signal numérique entrant à fréquence binaire variable en un signal numérique sortant de suréchantillonnage, est caractérisé en ce qu'il comprend des moyens logiques recevant un signal d'horloge ayant la fréquence binaire variable du signal entrant et un facteur de suréchantillonnage FA sensiblement choisi inversement proportionnellement à la fréquence binaire variable pour produire cycliquement FA numéros d'échantillon en réponse à chaque bit du signal entrant, lesdits numéros d'échantillon étant produits au rythme d'une fréquence d'échantillonnage (Fe) sensiblement constante, plusieurs moyens de mémorisation d'adresses en nombre égal au nombre de facteurs de suréchantillonnage possibles et ayant mémorisé des adresses d'échantillon, -l'un deadits moyens de mémorisation d'adresses étant sélectionné par le facteur de suréchantillonnage choisi reçu et étant lu cycliquement par lesdits numéros d'échantillon, des moyens pour convertir les bits du signal entrant en des mots de symbole respectifs ayant'un nombre prédéterminé de bits du signal entrant, et un mot de symboles correspondant 'à un bit du signal entrant comprenant ce bit et des bits voisins de ce bit dans le signal entrant, et plusieurs moyens de mémorisation d'échantillons en nombre égal au nombre de mots de symboles possibles et ayant chacun mémorisé des réponses impulsionnelles dudit filtre pour lesdits facteurs de suréchantillonnage possibles, lesdits moyens de mémorisation d'échantillons étant sélectionnés respectivement par lesdits mots de symboles et le moyen de mémorisation d'échantillons sélectionné étant lu par les adresses d'échantillon qui sont lues dans le moyen de mémorisation d'adresses sélectionné par le facteur de suréchantillonnage choisi reçu afin de fournir FA échantillons numériques composant le signal sortant. En pratique, le facteur de suréchantilionnage choisi est sensiblement inversement proportionnel au débit variable du signal -3- entrant, chaque facteur de suréchantillonnage correspondant à une gamme de débit prédéterminée du signal entrant. La fréquence d'échantillonnage ne varie que très faiblement. Contrairement à la technique antérieure, la limitation de débit due au convertisseur numérique-analogique est beaucoup moins sévère puisque le facteur de suréchantillonnage variable selon l'invention est le plus faible pour les débits élevés du signal entrant. Un modulateur numérique selon l'invention comprend le filtre numérique selon l'invention, et, en outre, des moyens uniques de filtrage passe-bas analogiques et anti-périodiques reliés en sortie du filtre numérique à travers des moyens de conversion numérique-analogique. Comme on le verra dans la suite dans une réalisation préférée concernant un modulateur numérique, chacune des deux voies parallèles -en phase et quadrature dans le modulateur comprend un unique filtre passe-bas anti-périodique. Ce filtre remédie aux inconvénients de réglages et de commutations dans une batterie de filtres selon la technique antérieure. D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la Fig. 1 est un bloc-diagramme schématique d'un modulateur numérique MDP4 selon l'invention; et - la Fig. 2 est un bloc-diagramme détaillé d'un filtre numérique selon l'invention, pour le modulateur de la Fig. 1. Selon la réalisation illustrée à la Fig. 1, un filtre numérique 1 est destiné à produire deux signaux numériques d'échantillons EC1 et EC2 à deux entrées 2P et 2Q d'un circuit de modulation à 2 E=4 états de phase (MDP4) 2, à travers deux convertisseurs numériques-analogiques 31 et 32 respectivement. En référence à la Fig. 2, le filtre 1 comprend, en entrée, des moyens pour séparer un signal numérique entrant à débit variable SN en bande de base à filtrer et moduler en deux trains binaires pair et impair, TB1 et TB2, composés de mots de symbole à bits parallèles. Dans les moyens pour séparer, un séparateur numérique reçoit le signal entrant SN et un signal d'horloge Hb ayant la fréquence binaire variable Fb du signal SN. Le séparateur 10 sépare -4- le signal entrant SN en deux trains binaires série tb1 et tb2 composés respectivement des bits de rang impair et des bits de rang pair dans le signal SN, sous le contrôle d'un signal d'horloge de symbole Hs ayant la fréquence Fs=Fb/E=Fb/2. Un bit du train tb1 et un bit du train tb2, qui succède audit bit du train tb1 dans le signal SN, constitue un symbole à deux groupes parallèles ayant E/2 bits chacun. Le signal Hs est délivré par un diviseur de fréquence par deux 12 divisant par E=2 la fréquence Fb du signal d'horloge de bit Rb. Les moyens pour séparer comportent également deux convertisseurs série- parallèle 111 et 112 pour convertir les deux 1 2 trains binaires série tb1 et tb2 en les deux trains binaires à mots de symboles TB1 et TB2 respectivement. Chaque symbole correspondant à E=2 bits consécutifs dans le signal entrant SN est ainsi converti en deux mots de symboles parallèles respectivement dans les trains TB1 et TB2. Un mot de symboles dans le train TB1, TB2 comprend NB=5 bits. Pour une réponse symétrique selon la réalisation illustrée, ledit mot de symboles comprend comme bit central, le bit correspondant du train respectif tb1, tb2, et les deux bits précédant ledit bit central dans le train tb1, tb2 et les deux bits succédant audit bit central dans le train tb1, tb2. Les convertisseurs 111 et 112 comprennent donc chacun un registre à décalage à NB=5 étages commandés par le signal d'horloge de symbole Hs. La réponse impulsionnelle du filtre 1 s'étendant sur des mots de symboles à NB=5 bits dans les trains TB1 et TB2 est préalablement enregistrée dans deux mémoires mortes PROM d'échantillons respectives 131 et 13. Chaque mot de symboles peut être suréchantillonné en au plus 2 =2 7=128 mots d'échantillons dans le signal numérique d'échantillon respectif EC1, EC2. Chaque mot d'échantillon comprend 8 bits selon la réalisation illustrée. Il en résulte que chacune des mémoires 131 et 132 contient NE NB_ 7 5 NB2 2 x2 =2 x2 =4096 octets d'échantillons, répartis en 2 =2 =32 sousmémoires d'échantillons respectivement assignées aux 32 mots de symboles possibles. Chacune des sous-mémoires dans la mémoire 131, 132 est adressée par un mot de symboles à 5 bits du train respectif TB1, TB2, et chacun des mots d'échantillon dans une sous-mémoire est addressé par une adresse d'échantillon à NE=7 bits, qui est lue dans une mémoire morte PROM d'adresses d'échantillon 14. En d'autres termes, une adresse totale d'un mot d'échantillon est composée d'une première partie à NB=5 bits de poids fort égale au mot de symboles à suréchantillonner dans le train TB1, TB2, et d'une seconde partie à NE=7 bits de poids faible égale à l'adresse d'échantillon dans la sous-mémoire assignée au symbole. La mémoire morte d'adresses d'échantillon 14 est composée de sous-mémoires d'adresses en nombre égal au nombre de facteurs de suréchantillonnage possibles. La sous-mémoire d'adresses correspondant à un facteur de suréchantillonnage donné est lue cycliquement pour chaque paire de mots de symbole parallèles dans les trains TB1 et TB2. Selon la réalisation illustrée, un facteur de suréchantillonnage FA parmi NFA-8 possibles est reçu sous la forme d'un mot codé à 3=1og28 bits parallèles à une troisième entrée du filtre 1. Ce facteur codé est appliqué à une première entrée d'adresse de lecture de la mémoire d'adresses 14 et à une entrée de décodage d'un circuit de multiplication de fréquence programmable 15. Une entrée d'horloge du circuit 15 reçoit le signal d'horloge de symbole Hs. Une sortie du circuit 15 produit un signal d'horloge d'échantillonnage He ayant la fréquence Fe=FAxFs qui est appliqué à des entrées d'horloge d'un compteur à 8 bits 16 et des convertisseurs numériques-analogiques 31 et 32. Le compteur 16 reçoit le signal d'horloge Hs par une entrée de remise à zéro R afin de fournir cycliquement FA numéros d'échantillons à NE=7 bits en réponse à chaque front montant du signal Hs. Les numéros d'échantillon sont appliqués à une seconde entrée d'adresse de lecture de la mémoire d'adresses d'échantillon 14 et sélectionnent des adresses d'échantillon contenues dans la sous-mémoire d'adresses de la mémoire 14 qui est adressée par le facteur codé FA appliqué à la première entrée de la mémoire 14. Ainsi, pour chaque groupe à E/2-1 bit dans le train binaire-série tb1, tb2 correspondant à un cycle égal à la période du signal d'horloge de symbole Hs, FA adresses d'échantillon sélectionnées dans la mémoire 14 sont lues par le compteur 16 afin de lire FA échantillons numériques composant le signal ECI, EC2 263 6 183 6- dans la sous-mémoire respective de la mémoire 131, 132 qui est sélectionnée par le mot de symboles à NB=5 bits dans le train respectif TB1, TB2. L'ensemble des échantillons de cette sous-mémoire représente la réponse impulsionnelle du filtre pour le facteur de suréchantillonnage choisi FA et pour le mot de symboles. En pratique, le paramètre à 3 bits représentant sous forme codée le facteur FA est établi par un circuit de sélection de facteurs de suréchantillonnage qui choisit le facteur de suréchantillonnage correspondant au débit instantané Fb du signal entrant SN par comparaison aux limites de gammes discrètes de débits. Par exemple, si le débit du signal SN varie de 0 à 13,33 Mbits/s, le facteur de suréchantillonnage FA est choisi parmi les valeurs 68, 25, 11, 4, 6 et 3 qui sont codées respectivement en des facteurs codés binaires "000", "001", "010", "011", "100" et "101"t et qui correspondent respectivement aux gammes de débit du signal SN suivantes: (0; 588 kbit/s), (588 kbit/s; 1,6 Mbit/s), (1,6 Mbit/s; 3,64 Mbit/s), (3,64 Mbit/s; 6,66 Mbit/s), (6,66 Mbit/s; Mbit/s) et (10 Mbit/s; 13,33 Mbit/s). Dans ce cas, la fréquence maximum des convertisseurs numériques-analogiques est égale à 3x(13,33/2)=20 MHz. - En se référant à nouveau à la Fig. 1, les mots d'échantillons à 8 bits EC1 et EC2 sont convertis par les convertisseurs 31 et 32 en des échantillons analogiques qui sont appliqués respectivement aux entrées uniquement de deux filtres analogiques passe-bas anti-périodiques 20 et 20 dans le circuit de modulation 2. Chaque 1 2 filtre 201, 202 est un filtre de Butterworth d'ordre 5 de bande de ,85 MHz à 3 dB pour la réalisation pratique précitée. Le circuit de modulation à quatre états de phase comprend classiquement un oscillateur local 21 produisant une porteuse à fréquence intermédiaire prédéterminée FI, et deux modulateurs de phase 221, 222 respectivement associés aux deux axes de phase en quadrature. Le premier modulateur 221 reçoit le premier signal analogique d'échantillon sortant du filtre 201, comme signal modulant, et, la porteuse en avance de phase pour produire un premier signal modulé à deux états de phase O et i. Le second modulateur 222 reçoit le second signal analogique d'échantillon sortant du filtre 202, comme signal modulant, et à travers un déphaseur de e/2,23, la porteuse de l'oscillateur 21 pour produire un second signal modulé à deux états de phase r/2 et 34/2. Un mélangeur 24 mélange les deux signaux modulés en un signal sortant modulé à quatre états de phase SFI. Bien que l'invention ait été décrite en référence à un modulateur à quatre états de phase, d'autres réalisations de modulateurs numériques comprenant un filtre numérique ayant des caractéristiques définies ci- après peuvent être conçues par l'homme du métier. Ainsi, le modulateur peut être un modulateur à 2E états de phase o E est un entier égal ou supérieur à 1; en particulier, le filtre 1 contient toujours deux convertisseurs série-parallèle et deux mémoires PROM d'échantillon, et les mots de symboles sont d'autant plus longs que le nombre E est grand. Par exemple, pour 2 -16 états de phase, chaque symbole correspond à E-4 bits consécutifs dans le signal entrant SN, et à un groupe de bits pairs et un groupe de bits impairs dans les trains tb1 et tb2 ayant chacun E/2- 2 bits, et à deux mots de symboles dans les trains TB et TB2 ayant chacun 5xE/2-10 bits. Un tel filtre numérique peut être utilisé dans un modulateur à sauts de fréquence, par analogie au modulateur à sauts de phase. -8- R E V E N D I C A T I 0 N S I - Filtre numérique (1) pour filtrer un signal numérique entrant (SN) à fréquence binaire variable (Fb) en un signal numérique sortant de suréchantillonnage (EC), caractérisé en ce qu'il comprend des moyens logiques (12, 15, 16) recevant un signal d'horloge ayant la fréquence binaire variable (Fb) du signal entrant (SN) et un facteur de suréchantillonnage FA sensiblement choisi inversement proportionnellement à la fréquence binaire variable (Fb) pour produire cycliquement FA numéros d'échantillon en réponse à chaque ]0 bit du signal entrant, lesdits numéros d'échantillon étant produits au rythme d'une fréquence d'échantillonnage (Fe) sensiblement constante, plusieurs moyens de mémorisation d'adresses (14) en nombre égal au nombre (NFA) de facteurs de suréchantillonnage possibles et ayant mémorisé des adresses d'échantillon, l'un desdits moyens de mémorisation d'adresses étant sélectionné par le facteur de suréchantillonnage choisi reçu (FA) et étant lu cycliquement par lesdits numéros d'échantillon, des moyens (10, 11) pour convertir les bits du signal entrant (SN) en des mots de symboles respectifs (TB) ayant un nombre prédéterminé (NB) de bits du signal entrant (SN), un mot de symboles correspondant à un bit du signal entrant comprenant ce bit et des bits voisins de ce bit dans le signal entrant, et plusieurs moyens de mémorisation d'échantillons (13) en nombre éga au nobre (NB égal au nombre (2N) de mots de symboles possibles et ayant chacun mémorisé des réponses impulsionnelles dudit filtre pour lesdits facteurs de suréchantillonnage possibles, lesdits moyens de mémorisation d'échantillons étant sélectionnés respectivement par lesdits mots de symboles, et le moyen de mémorisation d'échantillons sélectionné étant lu par les adresses d'échantillon qui sont lues dans le moyen de mémorisation d'adresses sélectionné par le facteur de suréchantillonnage choisi reçu afin de fournir FA échantillons numériques composant le signal sortant (EC). 2 - Filtre numérique conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens logiques comprennent des moyens (12, 15) pour multiplier la fréquence binaire variable (Fb) du _ 9- signal entrant (SN) par le facteur de suréchantillonnage choisi FA, de préférence reçu sous forme codée, en ladite fréquence d'échantillonnage (Fb), et des moyens de comptage (16) pour produire les FA numéros d'échantillon au rythme de la fréquence d'échantillonnage (Fb) et cycliquement à la fréquence binaire (Fb). 3 Modulateur numérique caractérisé en ce qu'il comprend un filtre numérique (1) conforme à la revendication I ou 2, et, en outre, des moyens uniques de filtrage passe-bas anti-périodiques (20) reliés en sortie du filtre (1) à travers des moyens de conversion numérique-analogique (3). 4 - Modulateur numérique à 2 états de phase, o E est un entier égal ou supérieur à 1, comprenant un filtre numérique (1), des moyens (31 32) pour convertir des paires d'échantillons numériques parallèles (E1, E2) fournis par le filtre en deux signaux analogiques (2Q, 2P), et des moyens (2) pour moduler une porteuse (FI) par les deux signaux analogiques en un signal modulé (SFI) à 2 états de phase, caractérisé en ce que le filtre numérique est conforme à la revendication 1 ou 2. - Modulateur conforme à la revendication 4, caractérisé en ce que chacun des deux signaux analogiques (2P, 2Q) est appliqué aux moyens pour moduler (2) à travers un unique filtre passe-bas analogique anti-périodique (201, 202). 6 - Modulateur conforme à la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que ledit filtre numérique (1) comprend des moyens (10, 111, 112) pour séparer le signal numérique entrant (SN) en deux trains parallèles de mots de symboles, chaque paire de mots de symboles parallèles correspondant à E bits consécutifs du signal entrant, et en ce que lesdits plusieurs moyens de mémorisation d'échantillons comprennent deux mémoires identiques d'échantillons (13), 132) adressées respectivement en lecture par des premières parties d'adresse égales aux deux mots de symboles parallèles et simultanément en lecture par des secondes parties d'adresse communes égales aux adresses lues dans le moyen de mémorisation d'adresses (14) sélectionné par le facteur de suréchantillonnage choisi reçu FA, lesdites mémoires étant reliées aux moyens pour convertir (3i 32) , et 2636 1 83 - 10 - en ce que les moyens pour convertir reçoivent des moyens logiques (12, 15, 16) une fréquence d'horloge d'échantillonnage (Fe) égale au produit de la fréquence binaire (Fb) par FA/E.