Brevet FR2677195A1 — publié le 19921204

Procédé de démodulation de signaux RDS par voie numérique, et démodulateur mettant en oeuvre ce procédé L'invention concerne un procédé de démodulation de signaux de type RDS. Le système RDS (Radio Data System) est un système de diffu- sion de données numériques sur une sous-porteuse d'un signal de ra- diodiffusion en modulation de fréquence, dont les spécifications ont été définies par l'Union Européenne des Radiocommunications. Les données diffusées peuvent être de nature très variée (type et nom de l'émetteur, heure et date, etc, ou encore des informations de radiotexte); elles sont dérivées de la sous-porteuse au moyen d'un décodeur approprié comportant notamment un démodulateur qui ex- trait les données brutes (suite de bits de données) de cette sous-por- teuse. Plus précisément, le type de modulation employé en RDS est une modulation d'amplitude à deux bandes latérales avec suppression de porteuse et codage différentiel par des signaux biphases, la fré- quence de la sous-porteuse étant de 57 k Hz (valeur correspondant à l'harmonique 3 de la sous-porteuse du signal pilote stéréo à 19 k Hz du signal radiodiffusé) et les bandes latérales étant situées à 1187,5 Hz de la fréquence centrale de la sous-porteuse. Jusqu'à présent, la fonction de démodulation RDS est réalisée de façon analogique et par un composant spécifique (circuit intégré hy- bride). Du fait de son caractère spécifique, ce composant induit nécessai- rement un surcoût de réalisation, une consommation énergétique ac- crue et un encombrement supplémentaire, toutes contraintes allant à l'encontre de la tendance actuelle à la miniaturisation des circuits RDS, tout particulièrement dans le domaine des récepteurs de radio- messagerie, o la plus grande miniaturisation et l'autonomie la plus longue sont hautement souhaitables. L'un des buts de la présente invention est de proposer un nou- veau mode de démodulation RDS qui soit basé sur un concept numé- rique, et non plus sur un concept analogique comme cela était jus- qu'à présent le cas. L'avantage majeur d'une telle démodulation RDS par voie numé- rique est de pouvoir être effectuée par voie logicielle au moyen d'un microprocesseur composant qui, en tout état de cause, préexiste à l'intérieur du récepteur pour assurer les fonctions aval de décodage des signaux numériques bruts. On peut donc ainsi supprimer un circuit intégré spécialisé, af- fecté jusqu'à présent à la seule fonction de démodulation Ceci, outre bien entendu la réduction d'encombrement et de coût, permet d'ac- croître l'autonomie du récepteur en faisant l'économie de la consom- mation nécessaire, jusqu'à présent, à la fonction de démodulation. L'invention a donc pour objet la démodulation de signaux RDS, c'est-àdire de signaux dans lesquels, notamment, une sous-porteuse d'un signal radiodiffusé est modulée par un signal incident porteur de données numériques, cette modulation étant une modulation d'amplitude de la sous-porteuse par un signal périodique de fréquen- ce prédéterminée et dont l'amplitude du signal périodique à la demi- période varie par rapport à un seuil donné. Le procédé de l'invention est caractérisé par les étapes suivan- tes: (a) échantillonnage du signal incident à N fois ladite fréquence prédéterminée; (b) synchronisation de ces échantillons sur le signal incident, par recherche, pour chaque série de N échantillons succes- sifs acquis, de l'échantillon correspondant à un début de période du- dit signal périodique, (c) analyse de cette série de N échantillons ain- si synchronisée, pour délivrer en sortie un '1 ' si la valeur de l'échan- tillon central de cette série est supérieure audit seuil, ou délivrer en sortie un '0 ' dans le cas contraire; et (d) acquisition des N échantil- lons suivants du signal incident et retour à l'étape (c). Selon un certain nombre de caractéristiques avantageuses l'étape (b) comporte les sous-étapes de: (bl) mémorisation d'une série de N échantillons successifs du signal incident, (b 2) analyse, parmi ces échantillons, de la valeur de l'échan- tillon initial, de l'échantillon central et de l'échantillon final; (b 3) passage à l'étape (c) si l'échantillon central est supérieur audit seuil et si les échantillons initial et final sont tous deux inférieurs à ce seuil; ou (b 4) dans le cas contraire, acquisition d'un nouvel échantillon et adjonction de celui-ci aux n-1 der- niers échantillons de la série d'échantillons obtenue à l'étape (bl), et exécution de l'étape (b 3) sur la base de cette nouvelle série de N échantillons. l'étape (c) comporte en outre une sous-étape préalable de dé- tection de perte de synchronisation, imposant un retour à l'é- tape (a) si l'échantillon initial ou l'échantillon final dudit jeu de N échantillons est inférieur audit seuil. simultanément à l'acquisition des échantillons du signal inci- dent, on délivre en sortie un signal d'horloge de données par génération d'un front d'impulsion après acquisition des n/2 premiers échantillons et des n/2 derniers échantillons de cha- que série de N échantillons synchronisés. l'étape (c) comprend en outre une étape préalable de détermi- nation dynamique dudit seuil, qui est déterminé en fonction de l'amplitude de l'échantillon de plus grande valeur parmi les n/2 premiers échantillons de ladite série. L'invention a également pour objet un démodulateur de signaux du type RDS précité, c'est-à-dire un circuit recevant en entrée une sous- porteuse modulée d'un signal radiodiffusé et délivrant en sortie un signal binaire de données. Selon l'invention, ce démodulateur comprend: des moyens détec- teurs d'enveloppe, pour extraire de la sous-porteuse modulée ledit signal périodique; des moyens convertisseurs analogique/numéri- que, pour échantillonner à N fois ladite fréquence prédéterminée le signal délivré par les moyens détecteurs d'enveloppe; et des moyens processeurs numériques, pour synchroniser les échantillons délivrés par les moyens convertisseurs analogique/numérique sur le signal incident, mémoriser les séries successives de N échantillons ainsi synchronisés, et analyser chacune de ces séries successives pour dé- livrer en sortie une valeur binaire fonction de la valeur de l'échantil- lon central de la série. Très avantageusement, les moyens processeurs numériques de ce démodulateur délivrent également en sortie un signal d'horloge de données cadencé sur la délivrance des valeurs binaires en sortie. On va maintenant décrire plus en détail l'invention, en référence aux dessins annexés. La figure 1 montre, de façon schématique, la structure du circuit de l'invention. La figure 2 montre la manière dont sont codées les données binaires RDS dans le signal tel qu'il apparaît en entrée des circuits. La figure 3 est homologue de la figure 2, après extraction de l'en- veloppe positive du signal. La figure 4 montre l'algorithme de recherche de synchronisation sur le signal incident. La figure 5 montre l'algorithme de démodulation, permettant d'extraire les bits de données de l'information RDS. Sur la figure 1, on a représenté sous forme de schéma par blocs le circuit de l'invention, qui comporte essentiellement un circuit analo- gique de mise en forme du signal 1, recevant en entrée la sous-por- teuse à 57 k Hz modulée par les signaux RDS et délivrant en sortie l'enveloppe positive, c'est-à-dire le signal modulant, contenant les données RDS Ce signal modulant est appliqué à un convertisseur analogique/numérique 2 réalisant, de façon en elle-même classique, l'échantillonnage et la conversion du signal en une valeur numéri- que (par exemple, sur 8 bits) Enfin, il est également prévu un pro- cesseur numérique 3 assurant la fonction de démodulation, c'est-à- dire la reconnaissance des symboles binaires successifs véhiculés par la porteuse modulée. Cet ensemble délivre en sortie, à partir de la sous-porteuse à 57 k Hz modulée, d'une part les données RDS sous forme numérique brute (succession de bits de données) et d'autre part un signal syn- chrone d'horloge de cadencement de ces données à 1187,5 Hz, généré d'après le flux de données démodulé, ce qui permet d'être sûr de son parfait synchronisme. L'ensemble des fonctions des blocs 1, 2 et 3 peut être réalisé par un seul et même composant tel qu'un microcalculateur intégré, avec ses circuits de traitement numérique du signal assurant l'interfa- çage entre la partie analogique et la partie numérique. Le processeur 3 utilisé pour la démodulation selon l'invention, c'est-àdire pour l'extraction des données binaires brutes, peut être également utilisé pour assurer le décodage de ces données numéri- ques, c'est-à-dire leur regroupement en mots, la sélection des infor- mations pertinentes, la conversion du format de celles-ci, etc. Les figures 2 et 3 illustrent le mode de modulation de la sous- porteuse: cette modulation, typique des signaux RDS, est une mo- dulation de phase dans laquelle la sous-porteuse (visible figure 2) est modulée en amplitude par un signal périodique à la même cadence que le flux de données binaires, ce signal modulant étant lui-même soumis à une modulation par les données binaires RDS par variation de l'amplitude du signal à la demi-période Ainsi, com- me illustré figure 2, si la donnée binaire est un '0 ', l'amplitude du signal à la demi-période est nulle (en pratique, inférieure à un seuil donné) tandis que, si la donnée transmise est un '1 ', l'amplitude du signal à la demi-période est non nulle (en pratique, supérieure au seuil prédéterminé). La figure 3 montre les mêmes signaux que sur la figure 2, mais après extraction de l'enveloppe positive du signal, c'est-à-dire après suppression de la sous-porteuse à 57 k Hz et conservation des seules bandes latérales à 1187,5 Hz; le seuil par rapport auquel on com- pare l'amplitude du signal à la demi-période a été référencé S. Le procédé de l'invention est illustré par les organigrammes des figures 4 et 5: la figure 4 correspond aux étapes préalables de syn- chronisation des périodes du signal d'entrée sur les périodes d'é- chantillonnage, tandis que la figure 5 correspond aux étapes d'ex- traction proprement dite des bits de données. Pour réaliser la synchronisation (figure 4), on commence (bloc 10) par mémoriser une série de N échantillons successifs représentant une période du signal d'entrée à 1187,5 Hz On recherche alors si cette période est une période quelconque ou une période synchroni- sée (test 11), c'est-à-dire si, en d'autres termes, elle correspond ou non, dans la fenêtre temporelle considérée, à un signal tel que celui de la figure 3. On considérera qu'il y a synchronisation effective (c'est-à-dire que la réponse au test 11 est positive) lorsque la période du signal présente cumulativement les trois caractéristiques suivantes: (i) l'amplitude en début de période (échantillon initial des N échantil- ions) est inférieure au seuil S, (ii) l'amplitude en fin de période (échantillon terminal) est également inférieure au seuil, et (iii) l'amplitude en milieu de période (échantillon central) est, en revan- che, supérieure au seuil En d'autres termes, on recherche un signal tel que celui illustré à droite, sur la figure 3. Si la synchronisation est effective, on peut passer à la démodula- tion proprement dite. Dans le cas contraire, on lit l'échantillon suivant (bloc 12), que l'on adjoint aux n-i échantillons précédents (bloc 13), et l'on effectue à nouveau le test 11 sur ce nouveau jeu de N échantillons, et ainsi de suite jusqu'à détection d'une synchronisation effective. Une fois cette synchronisation réalisée, on peut alors procéder à l'extraction des informations binaires, par mise en oeuvre de l'algo- rithme de décision représenté figure 5. Tout d'abord on fera abstraction des blocs 15 et 17. L'algorithme commence par la lecture de N échantillons succes- sifs (blocs 14 et 16), et le jeu d'échantillons ainsi constitué est analy- sé par les tests 18 à 22. En premier lieu (test 18), on vérifie que le niveau de l'échantillon initial est bien inférieur au seuil (test 18), de même que celui de l'échantillon final (test 19) Si tel n'est pas le cas, on doit considérer qu'il y a perte de synchronisation (bloc 20), impliquant un retour immédiat (bloc 21) à l'algorithme de recherche de synchronisation précédemment exposé en référence à la figure 4. Dans le cas contraire, c'est-à-dire si le maintien de la synchroni- sation est avéré par les tests 18 et 19, on examine alors (test 22) l'é- chantillon central du jeu de N échantillons précédemment lu et, selon que celui-ci est supérieur au seuil (bloc 23) ou inférieur au seuil (bloc 24), on décide que le bit de données correspondant est un 1 ' ou un '0 ', respectivement, et ce résultat est délivré en sortie pour traitement ultérieur. On réitère alors le processus par lecture des N échantillons sui- vants (blocs 14 et 16), vérification du maintien de la synchronisa- tion, etc. Très avantageusement, le seuil S n'est pas un seuil fixe, déter- miné une fois pour toute, mais un seuil adaptatif, variable dynami- quement en fonction de l'amplitude maximale de l'enveloppe du signal, c'est-à-dire de l'amplitude que l'on peut mesurer à T/4 et 3 T/4, T étant la durée de la période; le seuil est alors un seuil relatif remis à jour régulièrement, ce qui permet de compenser les varia- tions d'amplitude longues du signal à analyser On peut aussi procé- der à partir des échantillons successifs de l'une ou de chacune des demipériodes du signal, en recherchant de proche en proche la valeur maximale d'échantillon et en déterminant le seuil à partir de la valeur ainsi trouvée (par exemple en prenant comme valeur de seuil 1/32 (ou 1/16, ou 1/64, etc) de la valeur maximale ainsi trou- vee. Par ailleurs, l'algorithme de l'invention permet de générer de façon très simple, et concurremment à l'analyse des échantillons, un signal d'horloge de période égale à la période du signal à analyser (c'est-à-dire correspondant à une fréquence de 1187,5 Hz) et, sur- tout, synchronisé sur celui-ci, c'est-à-dire que l'un des fronts mon- tant ou descendant du signal d'horloge sera généré à l'instant exact de la délivrance de la donnée binaire par le démodulateur numéri- que. A cet effet, il suffit de lire les N échantillons de chaque période en deux temps, c'est-à-dire que l'on lit tout d'abord n/2 échantillons (bloc 14), puis l'on génère un front du signal d'horloge (bloc 15), puis on lit les n/2 échantillons suivants (bloc 16), après quoi l'on génère enfin le front inverse du signal d'horloge (bloc 17) Les échantillons en question ayant été préalablement synchronisés par l'algorithme 8 2677195 illustré figure 4, on génère ainsi un signal d'horloge parfaitement synchrone, sans recours à aucun composant ni algorithme supplé- mentaire. REVENDICATIONS 1 Un procédé de démodulation de signaux de type RDS, dans les- quels une sous-porteuse d'un signal radiodiffusé est modulée par un signal incident porteur de données numériques, cette modulation étant une modulation d'amplitude de la sous-porteuse par un signal périodique de fréquence prédéterminée et dont l'amplitude du signal périodique à la demi-période varie par rapport à un seuil donné, procédé caractérisé par les étapes suivantes: (a) échantillonnage du signal incident à N fois ladite fréquence prédéterminée, (b) synchronisation de ces échantillons sur le signal incident, par recherche, pour chaque série de N échantillons succes- sifs acquis, de l'échantillon correspondant à un début de période dudit signal périodique, (c) analyse de cette série de N échantillons ainsi synchronisée, pour: a délivrer en sortie un '1 ' si la valeur de l'échantillon cen- tral de cette série est supérieure audit seuil, ou * délivrer en sortie un 'O' dans le cas contraire, et (d) acquisition des N échantillons suivants du signal incident et retour à l'étape (c). 2 Le procédé de la revendication 1, dans lequel l'étape (b) com- porte les sous-étapes suivantes: (bl) mémorisation d'une série de N échantillons successifs du signal incident, (b 2) analyse, parmi ces échantillons, de la valeur de l'échantil- lon initial, de l'échantillon central et de l'échantillon final, (b 3) passage à l'étape (c) si l'échantillon central est supérieur audit seuil et si les échantillons initial et final sont tous deux inférieurs à ce seuil, ou (b 4) dans le cas contraire, acquisition d'un nouvel échantillon et adjonction de celui-ci aux n-i derniers échantillons de la série d'échantillons obtenue à l'étape (bl), et exécution de l'étape (b 3) sur la base de cette nouvelle série de N échantil- lons. 3 Le procédé de la revendication 1, dans lequel l'étape (c) com- porte en outre une sous-étape préalable de détection de perte de synchronisation, imposant un retour à l'étape (a) si l'échantillon initial ou l'échantillon final dudit jeu de N échantillons est inférieur audit seuil. 4 Le procédé de la revendication 1, dans lequel, simultanément à l'acquisition des échantillons du signal incident, on délivre en sortie un signal d'horloge de données par génération d'un front d'impulsion après acquisition des n/2 premiers échantillons et des n/2 derniers échantillons de chaque série de N échantillons synchronisés. Le procédé de la revendication 1, dans lequel l'étape (c) com- prend en outre une étape préalable de détermination dynamique dudit seuil, qui est déterminé en fonction de l'amplitude de l'échan- tillon de plus grande valeur parmi les n/2 premiers échantillons de ladite série. 6 Un démodulateur de signaux de type RDS, recevant en entrée une sousporteuse d'un signal radiodiffusé modulée par un signal incident porteur de données numériques, cette modulation étant une modulation d'amplitude de la sous-porteuse par un signal périodique de fréquence prédéterminée et dont l'amplitude du signal périodique à la demi-période varie par rapport à un seuil donné, et délivrant en sortie un signal binaire de données, caractérisé en ce qu'il comprend: des moyens détecteurs d'enveloppe ( 1), pour extraire de la sous-porteuse modulée ledit signal périodique, des moyens convertisseurs analogique/numérique ( 2), pour échantillonner à N fois ladite fréquence prédéterminée le si- gnal délivré par les moyens détecteurs d'enveloppe, et des moyens processeurs numériques ( 3), pour: il * synchroniser les échantillons délivrés par les moyens con- vertisseurs analogique/numérique sur le signal incident, * mémoriser les séries successives de N échantillons ainsi synchronisés, et a analyser chacune de ces séries successives pour délivrer en sortie une valeur binaire fonction de la valeur de l'échantillon central de la série. 7 Le démodulateur de la revendication 6, dans lequel les moyens processeurs numériques ( 3) délivrent également en sortie un signal d'horloge de données cadencé sur la délivrance des valeurs binaires en sortie.