Brevet FR2667466A1 — publié le 19920403

DEMODULATEUR MULTIPORTEUSES La présente invention est relative aux systèmes de communications de données par satellite et elle concerne en particulier un démodulateur multiporteuses. Un démodulateur multiporteuses est un dispositif servant à effectuer la démodulation simultanée de plusieurs porteuses modulées par des données numériques. Un tel démodulateur se caractérise par deux paramètres de fonctionnement : le nombre de porteuses et le débit de transfert des données. Un débit de transfert de données nominal typique est de 4 mégabits par seconde. Actuellement, la tendance est de faire travailler les systèmes de communications par satellite à des débits de transfert de données plus faibles, par exemple un débit de transfert descendant jusqu'à 64 kilobits par seconde. Ces systèmes à débit de transfert de données relativement faibles, qu'ils soient des systèmes privés ou des systèmes publics, incorporent des stations terriennes ayant des besoins différents en capacité de communications. Le problème est alors d'optimiser la répartition de la capacité de communications disponible entre les différents systèmes exploitants. Jusqu'à présent, cette répartition se fait en définissant une gamme de débits de transfert de données pour chaque système.Pour citer deux exemples, le système de communications INTELSAT IBS travaille avec des débits de transfert de données allant de 64 kilobits par seconde à 4 mégabits par seconde,tandis que le système de communications EUTELSAT SMS travaille avec des débits de transfert de données allant de 64 kilobits par seconde à 2 mégabits par seconde. Des modes de réalisation pour démodulateur multiporteuses sont connus, qui sont conçus pour traiter des signaux porteurs de données transmis avec des débits de transfert fixes. Or le besoin se fait instamment sentir d'un type de démodulateur multiporteuses qui soit capable de traiter des données transmises avec différents débits de transfert et sur des nombres variables de porteuses de manière à pouvoir desservir divers systèmes d'exploitation, par exemple un démodulateur qui est capable de démoduler seize canaux acheminant des données à un débit de 2 mégabits par seconde ainsi que toutes les combinaisons d'exploitation jusqu'à 512 canaux acheminant des données à un débit de 64 kilobits par seconde et cela en restant toujours dans la même bande de fréquences. Un démodulateur multiporteuses capable de traiter des données ayant différents débits de transfert se trouve décrit dans la publication Electrical Communication Vol. 62, N" 3/4, 1988. Ce démodulateur met en oeuvre un procédé d'analyse du signal et comprend, pour chaque canal, des filtres complexes pour convertir la bande de fréquences du canal dans la bande de base, un synchroniseur et un filtre de mise en forme. Le procédé mis en oeuvre dans ce démodulateur résulte en une architecture qui a l'inconvénient d'être complexe et encombrante, ce qui la rend impropre à ltembarquement à bord d'un satellite. La présente invention a pour but de pallier cet inconvénient grâce à un démodulateur multiporteuses de construction simple et peu encombrant, propre à être utilisé aussi bien à bord d'un satellite de communications que dans une station terrienne. Conformément à un premier aspect de l'invention, il est proposé un démodulateur multiporteuses remarquable en ce qutil comprend un ensemble de K filtres passe-bande connectés pour recevoir un signal multiporteuses contenant Nc porteuses modulées par des données transmises avec ledit premier débit Dr prédéterminé, chaque filtre passebande laissant passer une sous-bande distincte dans la bande de fréquences Bw précitée, chaque sous-bande étant occupée par plusieurs des porteuses modulées, des moyens pour échantillonner le signal de sortie de chaque filtre passe-bande a une cadence prédéterminée, une paire de registres-tampons connectés pour recevoir alternativement les échantillons d'une sous-bande respective, un registre-tampon de la paire de registrestampons étant chargé pendant que le contenu de l'autre registre-tampon est lu par des moyens de scrutation, un multiplexeur connecté pour additionner périodiquement les échantillons lus successivement dans celui des registres-tampons qui n'est pas en train d'être chargé, ledit multiplexeur produisant une suite de K séquences d'échantillons, chaque séquence contenant un nombre Nc/K de porteuses acheminant des données avec un débit égal au premier débit Dr précité, ladite suite de séquences d'échantillons transmettant des données avec un débit apparent Dr x K, et un circuit démodulateur multiporteuses connecté à la sortie du multiplexeur de manière à démoduler ladite suite de séquences d'échantillons, ledit circuit démodulateur multiporteuses étant agencé pour démoduler simultanément un nombre prédéterminé Nc/K de porteuses modulées par des données numériques avec un deuxième débit Dr x K prédéterminé supérieur audit premier débit Dr. Conformément à un deuxième aspect de l'invention, il est proposé un dispositif adaptateur destiné à être connecté en amont d'un démodulateur multiporteuses connu, agencé pour démoduler simultanément un nombre Nc/K de porteuses modulées par des données numériques à un débit Dr x K prédéterminé, lequel dispositif est remarquable en ce qu'il comprend un ensemble de K filtres passe-bande connectés pour recevoir un signal multiporteuses contenant Nc porteuses modulées par des données transmises avec un débit Dr prédéterminé inférieur au premier débit précité, ledit signal occupant une bande de fréquences de largeur prédéterminée, chaque filtre passe-bande laissant passer une sousbande distincte dans la bande de fréquences précitée, chaque sous-bande étant occupée par plusieurs des porteuses modulées; des moyens pour échantillonner le signal de sortie de chaque filtre passe-bande a une cadence prédéterminée; une paire de registres-tampons connectés pour recevoir alternativement les échantillons d'une sous-bande respective, un registre-tampon de la paire de registres-tampons étant chargé pendant que le contenu de l'autre registre-tampon est lu par des moyens de scrutation; un multiplexeur connecté pour additionner périodiquement les échantillons lus successivement dans les registres-tampons qui ne sont pas en train d'être chargés, ledit multiplexeur produisant une suite de K séquences d'échantillons, chaque séquence contenant un nombre Nc/K de porteuses acheminant des données à un débit Dr égal au deuxième débit précité, ladite suite de séquences d'échantillons transmettant des données avec un débit apparent Dr x K. Conformément à un troisième aspect de l'invention, il est proposé un procédé de traitement d'un signal modulé multiporteuses par lequel la bande de fréquences du signal reçu est divisée en un nombre K de sousbandes; les données contenues dans chaque sous-bande sont échantillonnées à une cadence Sr prédéterminée; puis les échantillons de données provenant de toutes les sous-bandes sont additionnés de manière à produire un signal comprenant K séquences successives d'échantillons, chaque séquence contenant un nombre Nc/K de porteuses acheminant des données à un débit Dr, et le signal total transmettant des données avec un débit apparent Dr x K de façon que ce signal convienne pour être démodulé par un circuit démodulateur multiporteuses à débit de données Dr x K. L'invention a l'avantage de permettre l'utilisation d'un circuit de démodulation simple et peu encombrant, par exemple un démodulateur classique à paramètres fixes, et de permettre de reconfigurer le montage général de façon simple et rapide afin de pouvoir traiter différentes combinaisons des paramètres d'exploitation sans gaspillage de la bande de fréquences. En bref, l'invention assure une grande souplesse d'exploitation et permet de faire face à des nombreuses applications intéressantes. Les particularités et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de l'exposé qui suit, accompagné de dessins dans lesquels La figure 1 est un schéma général simplifié illustrant la configuration de base du montage selon l'invention. La figure 2 représente un mode d'exécution exemplaire du montage de la figure 1. Les figures 3 et 4 illustrent deux exemples de variantes du montage de la figure 2, particulièrement adaptées pour deux applications exemplaires. Se reportant à la figure 1 qui illustre la configuration de base du montage selon l'invention, le signe de référence 20 désigne un circuit démodulateur de porteuses multiples, connu en soi, ayant comme paramètres de fonctionnement le nombre de porteuses Nc et un débit de transfert de données Dr. Un tel circuit démodulateur est connu pour servir à démoduler simultanément Nc porteuses modulées par des données numériques délivrées avec un débit de transfert Dr. Conformémant à l'invention, il est proposé un montage désigné dans son ensemble par le signe de référence 10, lequel montage se trouve connecté en amont du circuit démodulateur 20. La ligne d'entrée 100 véhicule un signal modulé consistant en plusieurs porteuses modulées chacune par une suite de données ayant un débit de transfert nominal donné. Comme on le verra en détail plus loin, grâce à l'invention, le nombre de porteuses dans le signal d'entrée est par exemple Nc*k et le débit de transfert nominal des données modulant chaque porteuse est par exemple Dr/Nc. La bande de fréquences occupée par le signal modulé a une largeur Bw. Considérant en particulier le montage dans le bloc 10 de la figure 1, un ensemble de K filtres passe-bande 11 sont connectés pour recevoir chacun le signal d'entrée MCS. Chaque filtre a une bande passante de largeur égale à Bw/K Hertz et transmet Nc porteuses. A la sortie de chaque filtre un circuit de numérisation 12 échantillonne le signal filtré et le ramène dans la bande de base produisant des suites d'échan tillons sur les lignes 101. Les échantillons sur chaque ligne 101 sont reçus alternativement dans l'un ou l'autre de deux registres-tampons 13, 14. Pendant que l'un des tampons de chaque paire se trouve chargé avec une suite d'échantillons, par exemple le tampon 13, le contenu de l'autre tampon est lu par un multiplexeur temporel 15. Celui-ci scrute périodiquement les sorties de tous les tampons qui ne sont pas en train d'être chargés à ce moment, c'est-à-dire les tampons 14 dans l'exemple énoncé ci-dessus. Si Sr désigne la vitesse d'échantillonnage, le cycle temporel du multiplexeur 15 est tel que le contenu de chacun des tampons 13 et 14 soit présenté à l'entrée 102 du multiplexeur à une cadence égale à Sr*Nc. La sortie du multiplexeur 15 est appliquée au démodulateur multiporteuses 20 qui, comme énoncé plus haut, a pour paramètres Nc et Dr. Le démodulateur 20 reçoit une succession de séquences temporelles, dans laquelle chaque séquence contient un nombre L d'échantillons, le nombre L étant la longueur de stockage des tampons 13 et 14. Il est à remarquer que chaque échantillon représente un signal de temps comprenant les porteuses appliquées à l'entrée d'un filtre passe-bande 11 dont le spectre de fréquences est élargi jusqu'à couvrir l'entièreté de la bande de fréquences Bw du signal d'entrée MCS et dont le débit des données est étendu jusqu' à la valeur Dr. La figure 2 illustre un exemple de réalisation dans lequel Nc = 8 et Dr = 2 mégabits par seconde. Le montage permet de traiter un signal d'entrée MCS contenant 64 porteuses modulées par des données à 256 kilobits par seconde. Les porteuses sont écartées d'un huitième de l'écart de fréquence nominal des porteuses à 2 mégabits par seconde. Huit filtres passe-bande 11 divisent la bande de fréquences d'entrée en huit sous-bandes de fréquence contenant chacune huit porteuses avec des données à 256 kilobits par seconde. Chaque tampon 13, 14 stocke 32 bits à 256 kilobits par seconde. Chaque échantillon à l'entrée du démodulateur représente 8 porteuses parallèles modulées à la cadence apparente de 2 mégabits par seconde et ayant un écart de fréquences correspondant à l'écart des fréquences porteuses à 2 mégabit par seconde. Aux sorties du démodulateur peuvent être reconstruites 8 x 8 séquences de données à 256 kilobits par seconde. Il est à noter que chaque sous-bande de fréquences transmise par un filtre passe-bande 11 peut contenir un nombre quelconque de porteuses et véhiculer un nombre variable de données selon le débit de données adopté, les données dans chaque sous-bande pouvant être traitées indépendamment des données dans les autres sous-bandes. Le débit de données dans chaque sous-bande de fréquences peut être choisi librement entre Dr et Dr/Nc, et le nombre de porteuses transmises par chacun des filtres passe-bande 11 est égal au rapport entre le débit de données nominal Dr et le débit réel des données modulant les porteuses. Ainsi, le montage conforme à l'invention peut être configuré pour transmettre dans une sous-bande, par 8 porteuses avec un débit de données de 1 mégabits par seconde; ou 8 porteuses avec un débit de données de 256 kilobits par seconde; ou 16 porteuses avec un débit de données de 128 kilobits par seconde; ou 32 porteuses avec un débit de données de 64 kilobits par seconde. La figure 3 illustre une variante de configuration organisée pour traiter des données transmises avec des débits différents : des données à 1 mégabits par seconde dans les canaux 1 à 4; des données à 512 kilobits par seconde dans les canaux 5 et 6; et des données à 256 kilobits par seconde dans les canaux 7 et 8. Considérant d'une façon générale un nombre pair NF de filtres passe-bande 11 parmi les K filtres du montage, il est possible d'additionner les signaux de sortie de ces NF filtres, d'échantillonner le signal résultant à une cadence d'échantillonnage égale à Sr*NF, et d'appliquer ces échantillons à une paire de tampons 13, 14 ayant une capacité de stockage égale à L*NF. Ces deux tampons 13 et 14 remplacent les NF paires de tampons 13, 14 qui seraient utilisées dans la configuration de base de la figure 1. Le multiplexeur 15 scrute alternativement les sorties de ces deux tampons et le cycle du multiplexeur a alors une longueur égale au temps pris à la sortie d'un tampon nominal multiplié par NF. Si Nc est le nombre de porteuses passant dans les NF filtres combinés et si le débit commun des données est (Dr/Nc)*NF, alors le spectre résultant a une largeur telle que le signal appliqué à l'entrée du démodulateur multiporteuses correspond aux paramètres Nc et Dr, et le signal peut dès lors être démodulé par un démodulateur multiporteuses de parametres Nc et Dr. On peut ainsi apprécier la grande souplesse d'exploitation obtenue grâce au montage selon l'invention.Une plus grande souplesse peut même encore être réalisée si l'on peut modifier les valeurs des paramètres Nc et Dr jusqu'à Nc*K et Dr/K pendant le cycle de scrutation du multiplexeur. Un tel cas d'application exemplaire est illustré à la figure 4. Dans cette variante de montage, deux processeurs de sortie 16, 17 sont connectés à la sortie du multiplexeur 15, ces processeurs étant organisés pour calculer les transformées de Fourier rapides, l'un d'eux étant opérationnel pendant que l'autre se reprogramme pour traiter les données de la sous-bande de fréquences suivante. Les circuits pour réaliser les diverses fonctions mises en oeuvre dans le montage conforme à l'invention peuvent bien entendu être réalisés dans divers modes d'exécution relevant de la compétence normale de l'homme du métier. Il est évident également que les filtres passe-bande mis en oeuvre dans le montage peuvent être réalisés sous forme analogique ou numérique. REVENDICATIONS 1. Démodulateur multiporteuses pour démoduler un signal (MCS) contenant Nc porteuses modulées par des données transmises avec un premier débit (Dr) prédéterminé, ledit signal (MCS) occupant une bande de fréquences de largeur (Bw) prédéterminée, caractérisé en ce qu'il comprend un ensemble de K filtres passe-bande (11) connectés pour recevoir un signal multiporteuses (MCS) contenant Nc porteuses modulées par des données transmises avec ledit premier débit (Dr) prédéterminé, chaque filtre passe-bande laissant passer une sous-bande distincte dans la bande de fréquences (Bw) précitée, chaque sous-bande étant occupée par plusieurs des porteuses modulées, des moyens (12) pour échantillonner le signal de sortie de chaque filtre passe-bande (11) a une cadence prédéterminée (Sr), une paire de registres-tampons (13, 14) connectés pour recevoir alternativement les échantillons d'une sousbande respective, un registre-tampon (13) de la paire de registres-tampons étant chargé pendant que le contenu de l'autre registre-tampon (14) est lu par des moyens de scrutation, un multiplexeur (15) connecté pour additionner périodiquement les échantillons lus successivement dans celui des registres-tampons (13, 14) qui n'est pas en train d'être chargé, ledit multiplexeur (15) produisant une suite de K séquences d'échantillons, chaque séquence contenant un nombre Nc/K de porteuses acheminant des données avec un débit égal au premier débit Dr précité, ladite suite de séquences d'échantillons transmettant des données avec un débit apparent Dr x K, et un circuit démodulateur multiporteuses (20) connecté à la sortie du multiplexeur (15) de manière à démoduler ladite suite de séquences d'échantillons, ledit circuit démodulateur multiporteuses étant agencé pour démoduler simultanément un nombre prédéterminé (Nc/K) de porteuses modulées par des données numériques avec un deuxième débit (Dr x K) prédéterminé supérieur audit premier débit (Dr). 2. Démodulateur multiporteuses selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une sous-bande au moins est occupée par un nombre de porteuses différent du nombre de porteuses des autres sous-bandes, les porteuses de ladite sous-bande étant modulées par des données ayant un débit différent de celui des données contenues dans les autres sous-bandes. 3. Démodulateur multiporteuses selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les filtres passe-bande (11) sont des filtres analogiques. 4. Démodulateur multiporteuses selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les filtres passe-bande (11) sont des filtres numériques. 5. Démodulateur multiporteuses selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un dispositif de commande agencé pour reconfigurer le montage d'entrée en fonction du ou des débits de données demandés. 6. Dispositif adaptateur pour démodulateur multiporteuses (20) agencé pour démoduler simultanément un nombre Nc/K de porteuses modulées par des données numériques à un débit (Dr x K) prédéterminé, caractérisé en ce qu'il comprend un ensemble de K filtres passe-bande (11) connectés pour recevoir un signal multiporteuses (MCS) contenant Nc porteuses modulées par des données transmises avec un débit (Dr) prédéterminé inférieur au premier débit précité, ledit signal occupant une bande de fréquences de largeur (Bw) prédéterminée, chaque filtre passebande laissant passer une sous-bande distincte dans la bande de fréquences (Bw) précitée, chaque sous-bande étant occupée par plusieurs des porteuses modulées, des moyens (12) pour échantillonner le signal de sortie de chaque filtre passe-bande (11) a une cadence prédéterminée (Sr), une paire de registres-tampons (13, 14) connectés pour recevoir alternativement les échantillons d'une sousbande respective, un registre-tampon (13) de la paire de registres-tampons étant chargé pendant que le contenu de l'autre registre-tampon (14) est lu par des moyens de scrutation, et un multiplexeur (15) connecté pour additionner périodiquement les échantillons lus successivement dans celui des registres-tampons (13, 14) qui n1 est pas en train d'être chargé, ledit multiplexeur (15) produisant une suite de K séquences d'échantillons, chaque séquence contenant un nombre Nc/K de porteuses acheminant des données à un débit (Dr) égal au deuxième débit précité, ladite suite de séquences d'échantillons transmettant des données avec un débit apparent Dr x K. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'une sous-bande au moins est occupée par un nombre de porteuses différent du nombre de porteuses des autres sous-bandes, les porteuses de ladite sous-bande étant modulées par des données ayant un débit diffé rent de celui des données contenues dans les autres sous-bandes. 8. Dispositif selon la revendication 6 ou 7, caractérisée en ce que les filtres passe-bande (11) sont des filtres analogiques. 9. Dispositif selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que les filtres passe-bande (11) sont des filtres numériques. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un dispositif de commande agencé pour reconfigurer le montage d'entrée en fonction du ou des débits de données demandés. 11. Procédé de traitement d'un signal contenant Nc porteuses modulées par des données transmises avec un premier débit (Dr) prédéterminé, ledit signal occupant une bande de fréquences de largeur (Bw) prédéterminée, caractérisé par les étapes suivantes a) division de la bande de fréquences (Bw) prédéterminée en un nombre prédéterminé (K) de sous-bandes; b) échantillonnage des données contenues dans chaque sous-bande à une cadence (Sr) prédéterminée; c) sommation des échantillons de données provenant de toutes les sous-bandes, de façon à produire un signal comprenant un nombre prédéterminé (K) de séquences successives d'échantillons, chaque séquence contenant un nombre Nc/K de porteuses acheminant des données avec un débit égal au premier débit (Dr) prédéterminé et le signal total transmettant des données avec un débit apparent (Dr x K) prédéterminé de manière que ce signal convienne pour être démodulé par un circuit démodulateur multi-porteuses conçu pour un deuxième débit de données (Dr x K) prédéterminé, supérieur au premier débit (Dr) prédéterminé.