Brevet FR2758920A1 — publié le 19980731

Source de bruit pour qualification d'amplificateur La présente invention concerne une source de bruit particulièrement dans le cadre de l'étude de la télévision numérique terrestre par voie hertzienne. Elle est destinée à estimer le comportement de différents équipements d'émission de signaux vidéo numériques en présence d'un signal numérique. Un équipement d'émission présente divers défauts de linéarité dus aux courbures des caractéristiques des amplificateurs de puissance qui y sont inclus. Ces défauts de linéarité qui se traduisent par des produits d'intermodulation limitent la puissance maximale disponible en sortie de l'équipement d'émission. Dans le cas de la télévision numérique, cette puissance est directement liée à celle du bruit d'intermodulation fixée par la norme DVB (Digital Vidéo Broadcasting). Le bruit d'intermodulation est le rapport entre le niveau du signal utile et celui des produits d'intermodulation. Le bruit d'intermodulation est appelé en anglais "shoulder" du fait qu'il constitue des "épaulements" qui résultent de la combinaison linéaire des composantes spectrales du signal initial entrant dans les amplificateurs et qui sont situés à gauche et à droite du spectre de fréquence du signal utile. La conception et l'étude d'un tel équipement nécessitent ainsi un bon dimensionnement des amplificateurs de puissance. Un signal numérique à modulation de fréquence DVB est composé de plusieurs milliers de porteuses qui en sortie du modulateur de fréquence inclus dans l'équipement d'émission s'apparente d'un point de vue radiofréquence à un canal de bruit avec une bande de fréquence utile ayant une largeur de AF = 8 MHz centrée autour d'une fréquence centrale de Fc = 36 MHz. La mesure des produits d'intermodulation ne tient compte que de l'enveloppe du signal DVB. La présente invention a pour objectif de fournir une source de bruit reproduisant le plus fidèlement possible l'encombrement spectral d'un signal numérique à modulation de fréquence en sortie d'un modulateur, tout en remplaçant le contenu numérique inutile de ce signal par un bruit blanc. L'intérêt de la source de bruit selon l'invention est de présenter des caractéristiques spectrales similaires à celles d'un modulateur de fréquence numérique DVB. Elle peut se substituer à celui-ci pour ce qui concerne l'étude et la qualification des amplificateurs de puissance destinés à l'émission de la télévision numérique terrestre. Actuellement, un modulateur DVB à multiporteuse à codage convolutif OFDM (en anglais Orthogonal Frequency Division Multiplex) est indisponible commercialement et est en cours de développement. Le coût d'un tel modulateur est estimé de dix à quinze fois supérieur à celui de la source de bruit selon l'invention. A cette fin, une source de bruit pour générer un signal dont le spectre est sensiblement identique au spectre d'un signal numérique à modulation de fréquence défini par une fréquence centrale, une largeur de bande de fréquence utile et une puissance prédéterminée de produits d'intermodulation, est caractérisée en ce qu'elle comprend un moyen pour générer un signal pseudo-aléatoire dont le spectre est centré autour de la fréquence centrale et plus large que la bande de fréquence utile, et un moyen de filtrage et d'amplification comprenant en série un filtre à onde de surface et un moyen d'amplification pour filtrer puis amplifier quasi-linéairement le signal pseudo-aléatoire dans la bande de fréquence utile avec une puissance de bruit d'intermodulation sensiblement égale à la puissance prédéterminée de produits d'intermodulation. Le moyen de filtrage et d'amplification peut comprendre en série un deuxième filtre à onde de surface en sortie du moyen d'amplification, et un deuxième moyen d'amplification fonctionnant quasilinéairement, lorsque les premiers filtre et amplificateur ne sont pas suffisants pour atteindre la puissance souhaitée de produits d'intermodulation sans dégrader ceux-ci. Le moyen pour générer un signal pseudo-aléatoire peut comprendre un générateur, de préférence programmable, pour générer un signal numérique pseudo-aléatoire de fréquence d'horloge inférieure au double de la fréquence centrale, et un modulateur de phase pour moduler une porteuse à la fréquence centrale par le signal numérique pseudo-aléatoire afin de générer ledit signal pseudo-aléatoire à appliquer au filtre à onde de surface. La source de bruit peut en outre comprendre un filtre passe-bas ayant une fréquence de coupure au moins supérieure à environ la somme de la fréquence centrale et d'une à deux largeurs de bande de fréquence utile pour filtrer le signal en sortie du moyen de filtrage et d'amplification et ainsi éliminer tout signal parasite dû au filtrage. La source de bruit peut comprendre également en sortie un atténuateur réglable. L'invention concerne également un procédé pour qualifier un moyen d'amplification de puissance destiné à amplifier un signal numérique à modulation de fréquence produit par un modulateur de fréquence numérique dans un équipement d'émission qui est caractérisé par le remplacement du modulateur par la source de bruit selon l'invention. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante de plusieurs réalisations préférées de l'invention en référence aux dessins annexés correspondants dans lesquels - la figure 1 est un bloc diagramme schématique d'une partie d'un émetteur de signaux vidéo numériques, dans lequel sont montrés des diagrammes de spectre de fréquence relatifs à des signaux en sortie de modulateur et d'amplificateur(s) - la figure 2 est un bloc diagramme d'une source de bruit selon l'invention ; - la figure 3 est un diagramme de spectre de fréquence d'un signal produit par un générateur de séquence pseudo-aléatoire inclus dans la source de bruit ; et - la figure 4 est un diagramme de spectre de fréquence d'un signal produit par un modulateur de phase inclus dans la source de bruit. En référence à la figure 1, un équipement d'émission de signaux vidéo numériques comprend un modulateur de fréquence à multiporteuse DVB, MO, suivi au moins d'un amplificateur de puissance AM. Le modulateur MO produit, à partir de plusieurs signaux vidéo numériques en bande de base modulés en phase, un signal vidéo numérique à modulation de fréquence SM qui est appliqué à l'entrée de l'amplificateur de puissance AM. Le spectre du signal numérique modulé SM également montré à la figure 1 est composé quasiment d'une bande de fréquence de signal utile AF = 8 MHz contenant plus de 5000 porteuses associées aux signaux vidéo numériques en bande de base, et centrée autour d'une fréquence intermédiaire centrale Fc = 36 MHz. Latéralement à la bande utile s'étendent des produits d'intermodulation PI dont la puissance est supérieure à 60 dB par rapport à celle du signal utile et est donc très faible, raison pour laquelle les produits d'intermodulation ne sont pas représentés dans le bloc SM à la figure 1. L'amplificateur AM amplifie le signal numérique modulé à multiporteuse SM en un signal amplifié SA à appliquer à un circuit émetteur dans l'équipement d'émission. Puisque l'amplificateur fonctionne en régime non linéaire, un bruit BM résultant de produits d'intermodulation apparaît de part et d'autre de la bande de signal utile AF dans le signal amplifié SA, et est d'autant plus élevé que la puissance du signal modulé SM est élevée et l'amplificateur fonctionne proche de sa saturation. La source de bruit selon l'invention est destinée à remplacer le modulateur MO de manière à produire un signal dénué d'information, mais équivalent au signal numérique modulé à multiporteuse SM et ainsi étudier la réponse de l'amplificateur AM au signal modulé SM. En référence à la figure 2, la source de bruit selon une réalisation préférée de l'invention comprend successivement un circuit de génération de signal pseudo-aléatoire modulé 1-2, et un circuit de filtrage et d'amplification 3-4. Le circuit de génération de signal de bruit modulé comprend un générateur de séquence pseudoaléatoire programmable 1 générant une séquence pseudo-aléatoire polynomiale et comprenant un ou plusieurs registres à décalages rebouclés. Par exemple, le générateur pseudo-aléatoire est programmé pour être équivalent à un registre à décalage à 23 étages engendrant le polynôme de rebouclage X23 + X5 + 1 et commandé par une fréquence d'horloge Fh = 50 MHz. Le spectre du signal numérique pseudo-aléatoire comprenant de telles séquences en sortie du générateur 1 est montré à la figure 3. Le signal numérique pseudo-aléatoire module ensuite une porteuse de fréquence Fc = 36 MHz dans un modulateur de phase 2. Le modulateur est un modulateur de type à deux états de phase MDP2 et fournit un signal pseudo-aléatoire modulé dont le spectre est montré à la figure 4. La modulation MDP2 recentre le spectre du signal numérique pseudoaléatoire autour de la fréquence centrale du signal utile Fc = 36 MHz afin d'obtenir une réponse spectrale la plus large possible de façon à s'affranchir des variations de niveaux dans la bande de fréquence utile AF = 8 MHz. Le signal pseudo-aléatoire modulé à large bande produit par le modulateur de phase 2 est appliqué au circuit de filtrage et d'amplification 3-4. Celui-ci comprend un filtre à onde de surface 3 avec une fréquence centrale Fc = 36 MHz et une bande passante AF = 8 MHz de façon à reproduire l'encombrement et l'allure spectrale du signal numérique modulé à multiporteuse SM en sortie du modulateur de fréquence MO, comme montré à la figure 1. En pratique, le filtre à onde de surface est celui commercialisé par la société ANDERSEN sous la référence VSBL-1-642. Les pertes d'insertion du filtre à onde de surface 3 étant importantes, de l'ordre de 30 dB, la sortie du filtre 3 est reliée à l'entrée d'un amplificateur 4 présentant un gain G d'une quarantaine de décibels. L'amplificateur 4 travaille en régime quasi-linéaire à trente décibels en dessous de son point de compression à 1 dB afin de ne pas générer de distorsions susceptibles de dégrader la valeur du bruit d'intermodulation qui est de l'ordre de 50 à 55 dB, valeur quelque peu inférieure à celle de 60 dB des produits d'inermodulation PI requise dans le signal SM. L'obtention d'un bruit d'intermodulation de l'ordre d'au moins une soixantaine de décibels impose de doubler le circuit de filtrage et d'amplification 3-4, par un deuxième circuit de filtrage et d'amplification 5-6. Ce circuit 5-6 comprend également en sortie un filtre à onde de surface 5 qui est identique au filtre 3 et relié à la sortie de l'amplificateur 4, et un amplificateur 6 identique à l'amplificateur 4. Un filtre passe-bas 7 de fréquence de coupure CO = 50 MHz est relié à la sortie de l'amplificateur 6. Il supprime tout signal parasite dû aux filtres à onde de surface et s'étendant au delà de la bande de fréquence utile jusqu'à 100 MHz environ. A la sortie du filtre passe-bas 7 est relié un atténuateur réglable de type rotatif 8 avec une dynamique de réglage 50 dB pour ajuster le niveau du signal de sortie de la source de bruit à celui du signal SM souhaité. REVENDICATIONS 1 - Source de bruit pour générer un signal dont le spectre est sensiblement identique au spectre d'un signal numérique à modulation de fréquence (SM) défini par une fréquence centrale (Fc), une largeur de bande de fréquence utile (AF) et une puissance prédéterminée de produits d'intermodulation (PI), caractérisée en ce qu'elle comprend un moyen (1-2) pour générer un signal pseudo-aléatoire dont le spectre est centré autour de la fréquence centrale (Fc) et plus large que la bande de fréquence utile (du), et un moyen de filtrage et d'amplification comprenant en série un filtre à onde de surface (3) et un moyen d'amplification (4) pour filtrer puis amplifier quasi-linéairement le signal pseudoaléatoire dans la bande de fréquence utile (AF) avec une puissance de bruit d'intermodulation sensiblement égale à la puissance prédéterminée de produits d'intermodulation (PI). 2 - Source de bruit conforme à la revendication 1, caractérisée en ce que le moyen de filtrage et d'amplification comprend en série un deuxième filtre à onde de surface (5) en sortie du moyen d'amplification (4), et un deuxième moyen d'amplification (6) fonctionnant quasi-linéairement. 3 - Source de bruit conforme à la revendication 1 ou 2, dans laquelle le moyen pour générer un signal pseudo-aléatoire comprend un générateur (1), de préférence programmable, pour générer un signal numérique pseudo-aléatoire de fréquence d'horloge (Fh) inférieure au double de la fréquence centrale (Fc), et un modulateur de phase (2) pour moduler une porteuse à la fréquence centrale (Fc) par le signal numérique pseudo-aléatoire afin de générer ledit signal pseudo-aléatoire à appliquer au filtre à onde de surface (3). 4 - Source de bruit conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant un filtre passebas (7) ayant une fréquence de coupure (CO) au moins supérieure à environ la somme de la fréquence centrale (Fc) et d'une à deux largeurs de bande de fréquence utile (AF) pour filtrer le signal en sortie du moyen de filtrage et d'amplification (3-4, 5-6). 5 - Source de bruit conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant en sortie un atténuateur réglable (8). 6 - Procédé pour qualifier un moyen d'amplification de puissance (AM) destiné à amplifier un signal numérique à modulation de fréquence (SM) produit par un modulateur de fréquence numérique (MO) dans un équipement d'émission, caractérisé par le remplacement du modulateur (MO) par une source de bruit conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 5.