Brevet FR2741764A1 — publié le 19970530

La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour l'élimination de résidus de signal en dehors de la bande de fréquence utile d'émetteurs-récepteurs radioélectriques utilisant des modulateursdémodulateurs formés de voies en quadrature. Elle s'applique notamment à la réalisation de modulateursdémodulateurs pour émetteurs-récepteurs à bande latérale unique. Classiquement, pour un émetteur utilisant des voies en quadrature, et de manière décrite par exemple dans le livre de M Philip F. Panter ayant pour titre "Modulation, noise, and spectral analysis" pages 192 à 196 publié par McGraw-Hill Book Company (1965) le signal basse fréquence qui est appliqué à l'entrée d'un modulateur composé de deux voies en quadratures, est mélangé à l'intérieur de ces deux voies avec un signal porteur foumi par un oscillateur local pour obtenir un signal modulé dont la fréquence correspond à celle du signal porteur. En recombinant par exemple dans un circuit additionneur les signaux fournis par les deux voies, le spectre en fréquence du signal modulé qui est obtenu, se compose de deux bandes latérales de fréquence symétriquement disposées de part et d'autre de la fréquence du signal porteur.Dans les réalisations d'émetteurs-récepteurs à bande latérale unique, le signal obtenu à la sortie du modulateur devrait ne comporter qu'une bande si le modulateur était parfait. Un résidu, lié au déséquilibre des voies existe cependant bien que filtré par le filtre passebande placé en sortie du modulateur. Dans ces conditions, la distance entre la bande utile et la bande résiduelle est égale à deux fois la fréquence minimum Fmini. A titre d'exemple, cet écart n'est que de 600 Hz pour des spectres basse fréquence dont la fréquence minimum n'est que de 300 Hz. Ce faible écart en fréquence entre les deux bandes latérales présente un risque, pour un émetteur récepteur trafiquant sur un canal adjacent, d'être brouillé par le signal occupant la bande de fréquence résiduelle. Le déséquilibre des voies en quadrature des modulateurs d'émission et de réception qui entrain l'apparition de résidus de signal à l'extérieur de la bande de fréquence utile dans la bande latérale du spectre qui est symétrique de celle de la bande latérale utile par rapport à la fréquence porteuse, est le plus souvent lié à des disparités de gain ou de phase entre voies ou encore à des fluctuations des points de polarisation des différents étages d'amplification composant les voies. Aussi, généralement, I'utilisation de voies en quadratures nécessite dans les émetteurs modemes d'effectuer des corrections par un traitement numérique du signal qui exige une forte puissance de calcul et qui ne peut malheureusement être appliqué sur un émetteur autre que sur lequel ces corrections sont dédiées. Le but de l'invention est de pallier les inconvénients précités. A cet effet, I'invention a pour objet, un procédé pour éliminer les résidus de signal en dehors de la bande de fréquence utile d'émetteursrécepteurs de signaux radioélectriques utilisant un modulateur-démodulateur de signaux en quadrature composé de deux voies en quadratures et suivant lequel le signal basse fréquence à émettre qui est appliqué à l'entrée des deux voies, est mélangé par un signal porteur fourni par un oscillateur local caractérisé en ce qu'il consiste à décaler le spectre du signal basse fréquence à transmettre appliqué sur les voies en quadrature et à supprimer par filtrage la bande résiduelles indésirable du spectre du signal obtenu en sortie des deux voies en quadrature par un filtre dont la bande passante est calée sur la bande de fréquence utile de l'émetteur. L'invention a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé précité. L'invention a pour avantage qu'elle permet de s'affranchir ou de réduire de façon significative le niveau des résidus de signal en sortie du modulateur d'émission et de ce fait d'améliorer les performances des modulaleurs en quadrature, en particulier, lorsqu'ils sont utilisés dans des émetteurs récepteurs à bande latérale unique. L'utilisation des modulateursldémodulateurs en quadrature s'en trouve ainsi facilité, puisqu'il n'y a plus nécessité à équilibrer les voies. Du point de vue algorithmie, le procédé selon l'invention a aussi pour avantage de n'exiger qu'une puissance de calcul qui reste inférieure par rapport à celle qui peut être exigée par un algorithme de correction de déséquilibre de voies classique. D'autre part, le bruit proche de l'oscillateur utilisé pour la transposition de fréquence sur les voies en quadratures n'est plus préjudiciable au signal utile, en particulier pour les performances en réception du fait que, ce dernier se trouve décalé de ia fréquence porteuse. De la sorte les contraintes habituellement rencontrées sur la pureté spectrale des oscillateurs se trouvent être réduites. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront dans la description qui suit faite en regard des dessins annexés qui représentent: La figure 1 une représentation spectrale du décalage de la bande résiduelle par rapport à la bande utile obtenu en appliquant le procédé selon l'invention à un procédé de modulation à bande latérale unique. La figure 2 un modulateur pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Les figures 3A et 3B les spectres en fréquence comparés du signal de modulation obtenu d'une chaîne de modulation à double voies en quadratures selon l'art antérieur d'une part, et selon l'invention, d'autre part. La figure 4 un mode de réalisation d'un dispositif de décalage de spectre. Le risque de pollution d'un canal adjacent par la bande latérale résiduelle est minimisé selon l'invention en décalant, comme le montre la figure 1, le spectre basse fréquence d'une valeur d'une fréquence de décalage déterminée Fd. Ce décalage permet d'obtenir une fréquence minimum du spectre basse fréquence égale à : Fd+Fmini. La distance minimum entre la bande utile et la bande résiduelle devenant égale à :2x(Fd+Fmini), il suffit de choisir une valeur de Fd telle que le signal de la bande résiduelle soit en dehors de la bande du filtre passe bande de sortie du modulateur et de recaler le spectre final sur le canal de l'émetteur en décalant la fréquence de l'oscillateur en conséquence.Dans ces conditions les résidus, d'une part, de la fréquence, de l'oscillateur qui se trouve à Fd de la fréquence minimum du filtre passe bande et d'autre part, la bande résiduelle qui est située à 2xFd sont atténués par le filtre passe bande. Pour obtenir ce résultat, le modulateur selon l'invention qui est représenté à la figure 2, comporte un dispositif de décalage de spectre basse fréquence 1 couplé à un circuit additionneur 2 par l'intermédiaire d'une première voie 3 et d'une deuxième voie 4 de modulation d'un signal à fréquence intermédiaire foumi par un oscillateur local 5 au travers d'un circuit déphaseur 6 de voie à 900. Chacune des voies 3 et 4 se compose d'un convertisseur numérique analogique 73 et 74 relié à une première entrée d'un circuit multiplieur 83 et 84 par l'intermédiaire d'un filtre passe bas 93 et 94. Le signal obtenu en sortie du circuit additionneur 2 est filtré par un filtre passe bande 10 de la bande latérale utile du signal à transmettre. Suivant cette disposition le signal basse fréquence à transmettre e(t) est appliqué sous la forme d'un signal numérique à l'entrée du dispositif de décalage de spectre 1 pour être décomposé en deux signaux A(t) et B(t) à spectres décalés suivant un écart déterminé de fréquence Fd de la façon représentée aux figures 3A et 38. Ces signaux sont convertis en signaux analogiques par les convertisseurs numérique-analogique 73 et 74 associés aux filtres 93 et 94 avant d'être multipliés respectivement par les signaux fournis en sortie du déphaseur 6. La fréquence porteuse des signaux modulés obtenus en sortie des multiplieurs 83 et 84 correspond à celle de l'oscillateur 5. Dans le mode de réalisation du dispositif de décalage de spectre qui est représenté à la figure 4, les signaux A(t) et B(t) sont obtenus aux sorties respectives de deux circuits multiplieurs 11 et 12 filtrées par deux filtres numériques 13 et 14. Les circuits multiplieurs Il et 12 effectuent respectivement la transposition du signal basse fréquence échantillonné e(t) par deux signaux en quadratures de fréquence #d/2# correspondant à la fréquence de décalage du spectre basse fréquence du signal e(t).De la sorte, pour chaque fréquence #/2# du spectre du signal e(t) comprise par exemple entre 300 et 3000 Hz, le résultat des multiplications est composé d'échantillons de signaux vérifiant les relations: A'(t)= cos #.t x coscod.t et B'(t)=cos.t x sin.d.t soit encore les relations :A'(t) = 1/2cos(de)t + 1/2cos(cod +o).t et B'(t)=1/2 sin(#d-#).t +1/2 sin(d + Les filtrages numériques qui sont exercés par les filtres 13 et 14 permettent d'obtenir des signaux A(t) et B(t) vérifiant les relations A(t)=K cos(od+o).t et B(t)= K sin(#d+#)t en éliminant les fréquences basses en (#d - )/2X. En appelant op la pulsation de l'oscillateur 5, ce qui précède permet d'établir en sortie des circuits multiplieurs 83 et 84 de la figure 1 des signaux l(t) et Q(t) vérifiant les relations: I(t) = A(t) x cos(p t) et Q(t) = B(t) x sin(p t) soit encore l(t) = K/2(cos(#p-#d-#)t + cos(op + zd+ )t) Q(t) = K/2(cos(#p-#d-#)t - cos(p + od+ )t) dont la somme par l'additionneur 2 vaut St = K cos(op - ode)t . A titre d'exemple, en prenant pour fréquence porteuse de l'oscillateur 5 la valeur 100,02 MHz, un spectre basse fréquence F compris dans l'intervalle 300, 3 000 Hz, une fréquence de décalage fd = 20 KHz, le signal utile S(t) obtenu a la caractéristique d'un signal à bande latérale unique inférieure défini par la relation S(t) = K cos(2x100 MHz et le résidu du signal sur l'autre bande est rejeté à une distance 2Fd + F min de la première bande soit à 40,6 KHz de celle-ci au lieu de seulement 600 Hz s'il n'y avait pas eu de décalage du signal BF. On note aussi dans ces conditions que la fréquence fictive de l'onde porteuse n'est pas de 100,02 MHz mais de 100 MHz. Pour le cas, où il serait nécessaire de transmettre la bande supérieure du signal à bande latérale unique des calculs similaires aux précédents sont alors à effectuer, en changeant par exemple la valeur de Q(t) définie précédemment par son opposée et en prenant pour valeur de la fréquence de l'oscillateur 5, Fp = 99, 98 MHz. En réception le signal transmis par le filtre 10 est appliqué de la manière représentée à la figure 5 sur les entrées respectives d'un démodulateur comportant deux voies en quadratures. Chacune comprend un circuit mélangeur de fréquence 151 et 152 couplés à un convertisseur analogique numérique 161 et 162 par l'intermédiaire d'un filtre numérique passe bas 171 et 172.La mise en quadrature du signal reçu est assuré de façon connue par un signal foumi par un oscillateur appliqué respectivement sur une entrée de mélange des circuit mélangeurs 151 et 152. Un circuit additionneur 18 additionne les signaux obtenus en sortie des deux convertisseurs analogiques numériques 16 et le signal résultant est appliqué à l'entrée d'un filtre numérique 19 pour éliminer un des deux spectres résultant des mélanges des signaux entre les deux voies et le spectre indésirable lié au déséquilibre entre les deux voies. Naturellement l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit, on pourra notamment utiliser des processeurs de traitement de signal convenablement programmés ou encore des étages mélangeurs et filtres entièrement analogiques pour effectuer le décalage du spectre en fréquence à l'entrée des voies de transposition 3 et 4 de la figure 2. REVENDICATIONS 1. Procédé pour éliminer les résidus de signal en dehors de la bande de fréquence utile d'émetteurs-récepteurs de signaux radioélectriques utilisant un modulateur-démodulateur de signaux en quadrature composé de deux voies en quadratures (3, 4) et suivant lequel le signal basse fréquence à émettre qui est appliqué à l'entrée des deux voies, est mélangé par un signal porteur foumi par un oscillateur local (5), caractérisé en ce qu'il consiste à décaler le spectre du signal basse fréquence à transmettre appliqué sur les voies en quadrature et à supprimer par filtrage (10) la bande résiduelle indésirable du spectre du signal obtenu en sortie des deux voies en quadrature par un filtre dont la bande passante est calée sur la bande de fréquence utile de l'émetteur. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le décalage en fréquence du spectre du signal basse fréquence a lieu sur chacune des voies par transposition en numérique de la fréquence du signal basse fréquence par deux signaux de même fréquence (Fd) échantillonnés en quadrature. 3. Dispositif pour éliminer les résidus de signal en dehors de la bande de fréquence utile d'un émetteur de signaux radioélectriques utilisant un modulateur de signaux en quadrature comprenant deux voies de transposition en quadrature (3, 4) pour transposer un signal basse fréquence à transmettre sur la fréquence d'un signal porteur et un filtre passe bande (10) couplé en sortie des deux voies de transposition (3, 4) pour filtrer une des deux bandes latérales du signal résultant de la transposition, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de décalage du spectre (1) du signal basse fréquence à transmettre couplé à l'entrée des deux voies (3, 4). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif de décalage de spectre comporte un ensemble de deux voies (11, 13; 12, 14) de transposition de fréquence en quadrature, la fréquence de transposition étant égale à la fréquence de décalage (Fd) du spectre basse fréquence. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que chacune des voies de transposition du dispositif de décalage de spectre (1) comprend un circuit multiplieur (11 et 12) couplé à un filtre numérique (13, 14) pour effectuer une transposition en numérique du signal basse fréquence sur la fréquence de décalage. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que chaque filtre numérique (I 3, 14) du dispositif de décalage de spectre est couplé à un convertisseur numérique analogique (73, 74) d'une voie de transposition (3, 4) du modulateur pour transposer le signal basse fréquence obtenu en sortie du filtre numérique (13, 14) sur la fréquence du signal porteur.