Brevet FR2756686A1 — publié le 19980605

La présente invention concerne un procédé de radiodiffusion mixte analogique et numérique permettant d'assurer la transition entre les systèmes de radiodiffusion classiques à modulation d'amplitude, par exemple, et les systèmes de radiodiffusion numérique. Elle s'applique notamment à la réalisation d'émetteur diffusant dans la gamme des ondes courtes. Pour des raisons à la fois d'ordre technique, politique, ou économique les émetteurs de radiodiffusion actuellement utilisés pour la radiodiffusion de programmes en modulation d'amplitude ne peuvent pas être du jour au lendemain adaptés pour la diffusion de programmes en numérique. Ceci suggère, pendant une période transitoire plus ou moins longue, la coexistence de deux systèmes l'un numérique l'autre analogique qui diffusent les mêmes programmes. Cette solution apparaît fort coûteuse et peu souhaitable car elle laisse supposer qu'à la fin de cette période transitoire, la moitié des émetteurs utilisés pour la transmission analogique devront être supprimés. Le but de l'invention est de remédier à cette situation. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de radiodiffusion mixte en analogique et en numérique d'émission radiophonique diffusée par un même émetteur et destinée à être reçue indifféremment par des récepteurs à modulation d'amplitude ou à bande latérale unique et des récepteurs de type numérique adaptés pour la démodulation de multi sous- porteuses, caractérisé en ce qu'il consiste à émettre un signal composite dont le spectre de fréquence se compose d'un premier spectre analogique représentatif de la modulation d'amplitude ou de la bande latérale unique et d'un deuxième spectre composé des muti sous-porteuses, les premier et deuxième spectre occupant deux bandes de fréquence disjointes. Elle a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre de procédé précité. L'invention a pour avantage qu'elle permet une radiodiffusion simultanée analogique et numérique par un même émetteur d'une émission pouvant être reçue aussi bien par un récepteur à modulation d'amplitude du commerce sans qu'il soit nécessaire de le modifier ou de le changer, que par un récepteur muni d'un démodulateur de signaux numériques. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront dans le description qui suit faite en regard des dessins annexés qui représentent: La figure 1, l'occupation spectrale d'une transmission numérique véhiculée sur une porteuse unique, comparée à celle obtenue dans une transmission numérique de débit identique véhiculée sur un grand nombre de sous porteuses. La figure 2, le spectre en fréquence d'une onde modulée suivant le principe connu de modulation d'amplitude. La figure 3, le spectre en fréquence d'une onde modulée suivant le principe connu de modulation d'une onde à bande latérale unique. Les figures 4 à 7, différents exemples de génération d'un signal composite selon l'invention. La figure 8, un mode de réalisation d'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. La figure 9, un mode de réalisation d'un dispositif de régulation du niveau de porteuse résiduelle composant le dispositif de la figure 8. La figure 10, I'allure générale d'un spectre de fréquence obtenu par la mise en oeuvre d'un dispositif de régulation conforme à la figure 9. Les figures 11a, 11b et 11c des formes d'onde temporelles de la porteuse sans ou avec modulation du résidu de porteuse obtenu avec le dispositif de la figure 9, en fonction de l'amplitude du signal audiofréquence à transmettre. Pour assurer une radiodiffusion simultanée par un émetteur unique d'un même programme pouvant être reçu aussi bien par des postes radio analogique que des postes radio numérique le signal d'émission est réalisée selon l'invention par une modulation d'un signal composite qui est la somme du signal audiofréquence et d'un signal numérique obtenu par une modulation multi sous-porteuses du signal audiofréquence. Le spectre en fréquence du signal numérique est formé de la façon représentée par la courbe A de la figure 1 par un grand nombre de sous- porteuses régulièrement espacées et modulées indépendamment les unes des autres selon un procédé de modulation à plusieurs états de phase de type connu par exemple sous l'abréviation MAQ de Modulation d'Amplitude sur deux voies en quadrature. Le spectre en fréquence obtenu occupe une largeur de bande Bn qui est la somme des spectres en fréquence de toutes les sous- porteuses. Grâce à l'étroitesse du spectre en fréquence des sousporteuses individuelles, le spectre en fréquence du signal numérique dans son ensemble apparaît très bien délimité dans l'espace fréquentiel, contrairement au spectre représenté par la courbe B sur la figure 1 qui est celui obtenu avec un procédé de modulation numérique sur porteuse unique. Le signal analogique est transmis en utilisant les procédés connus de modulation d'amplitude à deux bandes latérales ou à bande latérale unique connu sous l'abréviation BLU. Dans le cas d'une modulation d'amplitude encore connue sous l'abréviation anglo-saxonne AM de "Amplitude-Modulation", le signal analogique est obtenu par modulation d'amplitude d'une porteuse pure, en prenant bien garde que l'amplitude du signal modulé ne s'annule jamais. Suivant ce type de modulation un signal à moduler S(t) donne naissance à la sortie d'un émetteur à un signal de la forme cos(27-Fot)(So +S(t)) o So est un biais garantissant une amplitude positive et Fo est la fréquence de la porteuse. Le spectre en fréquence est formé comme le montre la figure 2 par deux bandes de fréquence représentant chacune le spectre (S(f) du signal S(t) et disposées symétriquement par rapport à la fréquence Fo. Dans ce procédé, la puissance véhiculée par le résidu de porteuse représente 70% de la puissance totale émise, alors que le résidu de porteuse ne véhicule par lui- même aucune information, l'information utile étant entièrement contenue dans chacun des spectres S(f). Suivant le type de modulation à bande latérale unique, l'encombrement spectral obtenu est comme le montre la figure 3 réduit de moitié. La modulation qui peut être vue comme de la modulation d'amplitude est filtrée pour ne laisser passer que l'une des deux moitiés du spectre en fréquence avec peu ou pas du tout de résidu de porteuse. La réduction de la puissance d'émission varie en fonction de la fraction de résidu de la porteuse. Si ce résidu est éliminé totalement, la puissance d'émission nécessaire, à portée équivalente, n'est alors plus que de 15% de celle nécessaire à une modulation d'amplitude AM. Malheureusement, comme un récepteur simple du commerce apparaît incapable de démoduler correctement un tel signal notamment lorsque le résidu de porteuse est absent, l'émission doit avoir lieu avec un résidu de porteuse conséquent, pour limiter la distorsion qui invariablement peut se produite avec un récepteur à modulation d'amplitude. Comme le montrent les figures 4 à 7 le signal composite, qui est émis selon l'invention par un émetteur unique est la somme du signal analogique, de largeur de bande Ba et du signal numérique de largeur de bande Bn. Dans les différentes variantes envisagées, la largeur de bande du signal S(t) est désignée par BS et est voisine de la largeur de bande Bo. Bn désigne la largeur de bande nécessaire à la transmission du débit du signal numérique associé à S(t). Dans toutes les variantes des combinaisons spectrales envisagées, les fréquences aiguës du spectre S(f) sont disposées pour être les plus proches de celles du signal numérique. Ainsi, une possible réception involontaire par un récepteur AM du commerce de quelques unes des fréquences contenues dans le signal numérique ne peut se traduire que par un bruit localisé dans les fréquences aiguës, ce qui est un moindre mal par le fait qu'un bruit dans les fréquences aiguës est perceptuellement moins gênant que dans les fréquences graves et qu'en plus un récepteur à modulation d'amplitude du commerce atténue fortement les aigus. Sachant par ailleurs que, pour une même portée d'émission, le rapport signal/bruit nécessaire à une transmission numérique est nettement inférieur à celui nécessaire pour une transmission analogique, la puissance véhiculée par la composante numérique peut être égale ou même inférieure à celle de la composante analogique, ce qui revient à dire que la puissance totale émise peut être voisine ou inférieure à celle qu'il est nécessaire à un émetteur à modulation d'amplitude AM ne véhiculant que le signal analogique. Sur les figures 4 à 7 l'écart entre les fréquence F0 et F1 qui représentent respectivement la fréquence du résidu de porteuse pour l'analogique et la fréquence centrale du numérique est déterminé pour que la bande totale du signal émis, notée Bt, soit compatible des règles de radiodiffusion en usage. Il est aussi possible d'envisager comme le montre la figure 5 que dans une période transitoire, I'émission en modulation d'amplitude AM du signal numérique seul, puisse occuper à lui seul toutes la bande disponible ou encore, comme le montre la figure 6, I'émission simultanée en modulation d'amplitude de l'analogique et du numérique, le signal numérique pouvant alors être considéré comme une "signalisation" spéciale localisée au-delà des fréquences aigues du signal basse fréquence analogique S(t). Selon encore une autre variante représentée à la figure 7 l'émission du signal analogique en modulation d'amplitude AM ou en modulation connue sous l'abréviation anglo-saxonne VSB de (Vestigial Side Band) pour limiter la distorsion dans les fréquences basses et du numérique en bande latérale supérieure ou inférieure. Un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé précédemment décrit est représenté à la figure 8. Celui-ci comprend, un circuit sommateur 1 couplé par une première entrée à une première voie de modulation composée d'un codeur audiofréquence 2, d'un multiplexeur 3 de données fournies par le codeur 2, et de données de service et auxiliaires, et d'un modulateur multi sous-porteuses 4 reliés entre eux dans cet ordre en série. Le sommateur 1 est d'autre part couplé par une deuxième entrée de modulation à une deuxième voie composée essentiellement par un filtre passe bas 5. La sortie du circuit sommateur 1 est couplée à l'entrée d'un dispositif de modulation 6 composé par un modulateur à modulation d'amplitude AM ou à bande latérale unique BLU. Le signal modulé fourni par le dispositif de modulation 6 est filtré par un filtre sélecteur de bandes latérales 7. Un dispositif de régulation 8 est couplé entre la sortie du filtre passe bas 5 pour réguler le niveau de porteuse résiduelle fourni par le dispositif de modulation 6. Celui-ci se compose de la façon représentée à la figure 9 de deux voies. Une première voie comprend un dispositif d'estimation des minima du signal S(t) couplé à une première entrée d'un circuit soustracteur 10 par l'intermédiaire d'un filtre passe bas 11. Une deuxième voie est composée d'un circuit à retard 12 d'une durée déterminée T correspondant à la durée du traitement du signal S(t) dans la première voie, couplé à une deuxième entrée du circuit soustracteur 10 par l'intermédiaire d'un circuit multiplieur 13 par une valeur de consigne 9. La sortie du circuit soustracteur 10 est reliée à une entrée de commande du dispositif de modulation 6 de la figure 8. Le signal S(t) est appliqué suivant cette configuration simultanément sur les entrées respectives du dispositif d'estimation des minima 9 et du dispositif à retard 12. Le dispositif de régulation 8 permet de limiter le gaspillage d'énergie que représente un fort résidu de porteuse, en ajustant en permanence ce résidu en fonction de la puissance instantanée du signal S(t). Quand le niveau de puissance du signal S(t) est de faible puissance, la distorsion est parfaitement négligeable. Pour les autres valeurs du signal S(t) la distorsion est amenée à un niveau acceptable. Pour cela les minima du signal S(t) sont estimés en permanence et filtrés par le filtre passe-bas 11 dont la fréquence de coupure est par exemple de 10 Hz de façon à être inaudible et la valeur obtenue est retardée du retard T et est affectée d'un gain g inférieur à 1 avant d'être soustraite du signal S(t). Le spectre en fréquence du signal analogique résultant émis à la sortie du filtre sélecteur 7 a alors la forme représentée à la figure 10, le résidu de porteuse étant modulé avec une très faible largeur de bande. Des formes d'onde temporelles de la porteuse sans et avec modulation du résidu sont représentées aux figures 11a, 11b et 11c en fonction de l'amplitude du signal S(t). REVENDICATIONS 1. Procédé de radiodiffusion mixte en analogique et en numérique d'émission radiophonique diffusée par un même émetteur et destinée à être reçue indifféremment par des récepteurs à modulation d'amplitude ou à bande latérale unique et des récepteurs de type numérique adaptés pour la démodulation de multi sous-porteuses, caractérisé en ce qu'il consiste à émettre un signal composite dont le spectre de fréquence (Bt) se compose d'un premier spectre analogique (Ba) représentatif de la modulation d'amplitude ou de la bande latérale unique et d'un deuxième spectre (Bn) composé des muti sous-porteuses, les premier et deuxième spectre occupant deux bandes de fréquence disjointes. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le spectre du signal analogique (Ba) est celui d'un signal modulé en amplitude. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le spectre (Ba) du signal analogique est celui d'un signal modulé en bande latérale unique. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le spectre (Ba) du signal analogique est celui d'un signal modulé VSB. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le spectre (Bn) du signal numérique est composé d'un nombre déterminé de sous porteuses régulièrement espacées et modulées indépendamment les unes des autres selon un procédé de modulation à plusieurs états de phase. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il consiste à disposer le spectre du signal numérique dans une bande de fréquence (Bn) du côté des fréquences correspondant aux fréquences aiguës de la bande de fréquence analogique originale. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il consiste à émettre simultanément les signaux analogique et numérique en modulation d'amplitude. 8. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il consiste à émettre simultanément le signal analogique en modulation d'amplitude et le signal numérique en bande latérale unique. 9. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit sommateur (1) couplé par une première entrée à une première voie de modulation composée d'un codeur audiofréquence (2), d'un multiplexeur (3) et d'un modulateur multi sous-porteuseS (4) reliés dans cet ordre en série, et couplé par une deuxième entrée à une deuxième voie comportant un filtre basse fréquence (5), la sortie du circuit sommateur 1 étant couplée à l'entrée d'un dispositif de modulation (6) composé par un modulateur à modulation d'amplitude ou à bande latérale unique. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de régulation (8) couplé entre la sortie du filtre passe bas (5) et la sortie du modulateur multi sous porteuses (4) pour réguler le niveau de porteuse résiduelle fourni par le dispositif de modulation 6.