Brevet FR2822000A1 — publié le 20020913

Dispositif d'émission limitant les parasites hors de la bande de fréquence allouée. L'invention concerne un dispositif d'émission limitant les parasites hors de la bande de fréquence allouée. Les modulations numériques sont de plus en plus utilisées pour les transmissions satellite et terrestre. Plusieurs types de modulations sont utilisées mais elles consistent toutes en la transmission de symboles codés en phase et en amplitude éventuellement sur plusieurs porteuses. En théorie, il est possible de faire de la modulation directe, c'est à dire moduler directement la fréquence porteuse. Cependant, les systèmes numériques sont généralement placés dans des unités intérieures non soumises à de fortes variations de température alors que les antennes sont placées en extérieur à bonne distance. Pour cette raison, on utilise généralement une bande de fréquence intermédiaire plus basse que la bande de fréquence de transmission pour effectuer la liaison entre l'unité intérieure et l'unité extérieure, une transposition de fréquence étant réalisée dans l'unité extérieure. De plus, si l'on utilise un système de transmission de type multicanal, il est nécessaire d'avoir recours à une transposition de canal variable lorsqu'il n'est pas possible d'avoir l'agilité en fréquence dès la modulation. Un étage de transposition de fréquence mettant en oeuvre un oscillateur permet d'assurer l'agilité en fréquence. Etant donné la nature de la modulation, il s'avère plus simple de réaliser la modulation en numérique. Mais les circuits intégrés ont des limites de fonctionnement, notamment au niveau des convertisseurs numériqueanalogique. Pour transmettre un signal numérique, il est connu d'avoir recours à une modulation basse fréquence suivie d'une transposition à une fréquence supérieure à laquelle l'image conjuguée du signal à émettre est éliminée plus facilement. Il est connu d'avoir recours par exemple à une chaîne d'émission telle que représentée sur la figure 1. La chaîne d'émission de la figure 1 comporte un premier étage 10 réalisant une modulation à basse fréquence, un deuxième étage 20 servant à transposer le signal utile et filtrer la bande image du signal à émettre, un troisième étage 30 réalisant l'agilité de fréquence, et un quatrième étage 40 effectuant la transposition du signal à la fréquence d'émission. Comme connu dans la technique, un dispositif de codage, non représenté, code les données et fournit des signaux modulant R (s) er l (s) qui correspondent par exemple à un train de symboles complexes à émettre. La modulation s'effectue par exemple selon une technique connue à l'aide de deux mélangeurs 11 et 12 recevant chacun un signal modulant R (s) er l (s) et un signal de fréquence donnée Cos (rot) ou Sin (rot). Un circuit additionneur 13 additionne les signaux provenant des mélangeurs 11 et 12. Un filtre 14 garde la partie utile du signal provenant du circuit additionneur 13. La figure 2A montre le spectre du signal sortant du premier étage 10. Généralement, le premier étage 10 est réalisé à l'aide d'un circuit qui effectue le mélange, !'addition et le filtrage de manière numérique. Le signal est converti en analogique à la sortie du premier étage 10 à l'aide d'un convertisseur non représenté. Pour des raisons de dimensionnement et de faisabilité de circuit intégré, la modulation se fait à basse fréquence, c'est à dire que le signal modulé est par exemple inférieure à 50 MHz. Dans de telles conditions de modulation, il peut arriver que la bande utile du signal (qui correspond par exemple à un canal de transmission) occupe un large spectre, par exemple de 30 MHz, à basse fréquence, par exemple entre 20 et 50 MHz. Le deuxième étage 20 effectue une transposition de fréquence et un filtrage qui ont pour but de déplacer dans des fréquences plus élevées la bande utile du signal. La figure 2B représente la bande utile transposée 100, l'image 101 conjuguée et transposée de la bande utile, une raie 102 à la fréquence de l'oscillateur local L01 correspondant à une fuite du mélangeur 21 et le gabarit 103 du filtre 22 du deuxième étage 20. A titre d'exemple, si la fréquence de l'oscillateur local L01 est à 200 MHz, la bande utile se trouve centrée sur 235 MHz entre 220 et 250 MHz. Le filtre 22 doit rejeter l'image conjuguée 101 située entre 150 et 180 MHz et éliminer la raie 102 située à 200 MHz. De telles contraintes sur le filtre 22 sont très sévères et difficiles à réaliser. Avant filtrage, l'image conjuguée 101 est sensiblement de même puissance que la bande utile 100 et la raie 102 reste généralement présente. Le troisième étage 30 réalise l'agilité en fréquence à l'aide d'un mélangeur 31, d'un oscillateur L02 de fréquence variable et d'un filtre 32 qui supprime les fréquences images et harmoniques de la transposition. La figure 2C représente les transpositions extrêmes 104 de la bande utile, le gabarit 105 du filtre 32 et les transpositions parasites 106 et 107 des composantes parasites 101 et 102. A titre d'exemple, l'oscillateur variable L02 fournit un signal de fréquence comprise entre 1, 5 et 2 GHz afin de transposer la bande utile dans une plage comprise entre 1,72 et 2,25 GHz. Le gabarit 105 a pour but de supprimer les fréquences images et harmoniques situées hors de cette plage. Les transpositions parasites 106 incluses dans la plage ne peuvent pas être atténuées et le système de transmission doit en tenir compte pour minimiser !'impact sur la qualité de la transmission. Les transpositions parasites 107 se situant hors de la plage sont faiblement atténuées car le filtre 32 est un filtre à large bande qui ne doit pas dégradé le signal utile et que ces transposition parasites 107 sont très proches du signal utile. Le quatrième étage 40 est généralement situé à proximité de l'antenne et réalise la transposition dans la bande de transmission, par exemple comprise entre 14 et 14,53 GHz ainsi que l'amplification de puissance afin d'émettre le signal. La figure 2D représente le spectre du signal transmis, la bande de transmission 108 et des parasites 109 émis lorsque l'on transmet la bande utile en limite de bande de transmission. Les bandes de transmission sont allouées par des autorités de régulation. Les autorités de régulation fixent de manière très stricte les conditions d'utilisation de ces bandes et notamment le niveau de bruit maximum rayonné hors de la bande allouée afin de ne pas gêner les utilisateurs des bandes voisines. Les parasites 109 situés hors bande doivent être inférieurs à un seuil déterminé par les autorités de contrôle. Ce seuil peut être très bas, L'atténuation des parasites hors bande par rapport au signal utile est par exemple de 60dB. L'homme du métier se trouve face à plusieurs solutions pour respecter les seuils très bas. Une première solution consiste à ne pas utiliser toute la bande allouée de sorte que la partie 111 se trouve dans la bande de fréquence allouée. Une deuxième solution consiste à utiliser des filtres à fort taux de réjection très difficiles à réaliser et qui peuvent distordre le signal et dégrader les performances du système de transmission. Une troisième solution consiste à réaliser la modulation à plus haute fréquence, ce qui revient à éloigner le spectre image et la raie de l'oscillateur local du signal utile mais qui impose de faire la modulation en analogique à l'aide de composants discrets moins performant. L'invention propose de réaliser un dispositif de modulation permettant d'une part d'utiliser la totalité de la bande de fréquence allouée sans utiliser des filtres à fort taux de réjection tout en permettant de réaliser la modulation à une fréquence relativement basse. Selon l'invention, la modulation se fait normalement ou avec inversion du spectre. Ensuite, on effectue une transposition de fréquence supradyne ou infradyne de sorte que les parasites provenant de la modulation se trouvent toujours situés dans la bande de fréquence allouée pour la transmission. L'invention est un procédé d'émission de données sur au moins un canal inclus dans au moins une bande de fréquence d'émission autorisée. Suivant la position du canal dans la bande de fréquence d'émission autorisée, soit on produit un premier signal modulé correspondant à la modulation d'une première fréquence à l'aide des données puis on transpose de manière infradyne le premier signal modulé dans une bande de fréquence prédéterminée, soit on produit un deuxième signal modulé dont le spectre correspond au spectre inversé du premier signal modulé puis on transpose de manière supradyne le deuxième signal modulé dans la bande de fréquence prédéterminée. Les termes infradyne et supradyne se rapportent ici au signal résultant de la transposition. Lorsque l'on effectue une transposition de manière infradyne, cela veut dire que la fréquence de l'oscillateur local est inférieure au signal utile résultant de la transposition. Lorsque l'on effectue une transposition de manière supradyne, cela veut dire que la fréquence de l'oscillateur local est supérieure au signal utile résultant de la transposition. Préférentiellement, on effectue, après la transposition, un filtrage du premier ou du deuxième signal modulé à l'aide d'un filtre dont le gabarit correspond à la bande de fréquence prédéterminée. L'invention est aussi un dispositif d'émission de données sur au moins un canal inclus dans au moins une bande de fréquence d'émission autorisée, le dispositif comportant des moyens pour produire un signal modulé en fonction de données à transmettre, des moyens pour inverser ou non le spectre du signal modulé en fonction de la position du canal dans la bande de fréquence d'émission autorisée, des moyens pour produire un signal de transposition à une première ou à une deuxième fréquence, des moyens de sélection pour sélectionner l'une ou l'autre des première et deuxième fréquences en fonction de la position du canal dans la bande de fréquence d'émission autorisée, et des moyens pour produire un signal transposé à partir du signal de transposition et du signal modulé. Préférentiellement, le dispositif comporte des moyens de filtrage pour filtrer le signal transposé. L'invention sera mieux comprise, et d'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, la description faisant référence aux dessins annexés parmi lesquels : la figure 1 représente un dispositif d'émission selon l'état de la technique, la figure 2 représente les différentes occupations spectrales le long des éléments du dispositif de la figure 1, la figure 3 représente un dispositif d'émission selon l'invention, et la figure 4 représente les différentes occupations spectrales le long des éléments du dispositif de la figure 3. Les figures 1 et 2 décrites précédemment ne seront pas décrites plus en détail. Par contre, les mêmes références seront utilisées pour des éléments analogues assurant une même fonction par rapport à l'état de la technique. Pour des raisons de lisibilités, les représentations spectrales ne sont pas à l'échelle. La figure 3 représente un mode préféré de réalisation d'un dispositif d'émission selon l'invention. Le dispositif d'émission de la figure 3 comporte un premier étage 10 réalisant une modulation à basse fréquence, un deuxième étage 20 à améliorer le filtrage de la chaîne, un troisième étage 30 d'excursion de fréquence, et un quatrième étage 40 d'émission. Le premier étage réalise une modulation en phase et en amplitude également connue sous le nom de modulation en constellation. Les données sont codées en symboles à l'aide d'un dispositif de codage d'un type connu qui n'est pas représenté sur la figure 3. Chaque symbole correspond à un nombre complexe qui module une porteuse de fréquence co/2, n. Le dispositif de codage fournit deux signaux modulant R (s) er l (s) qui correspondent à un train de symboles complexes à émettre. La modulation s'effectue à l'aide de deux mélangeurs 11 et 12 recevant chacun un signal modulant R (s) et 1 (s). Un des mélangeurs 11 reçoit un signal de fréquence Le fait de sélectionner le déphasage de plus ou moins 7z/2 a pour effet de permettre d'inverser ou non le spectre du signal modulé par rapport à la fréquence/211. Un circuit additionneur 13 additionne les signaux provenant des mélangeurs 11 et 12 et un filtre 14 ne garde que la partie utile du signal provenant du circuit additionneur 13. La figure 4A montre le spectre du signal sortant du premier étage10 lorsque l'on module avec un déphasage de +7r/2. La figure 4B montre le spectre du signal sortant du premier étage10 lorsque l'on module avec un déphasage de-7t/2. Dans un exemple préféré, le premier étage 10 est réalisé à l'aide d'un circuit qui effectue le mélange, !'addition et le filtrage de manière numérique, le signal étant converti en analogique à la sortie du premier étage 10. Le mélange se fait en numérique en multipliant deux trains de données. La sélection du déphasage de plus ou moins :/2 se fait très simplement soit en sélectionnant un train de données parmi deux soit en effectuant une multiplication par-1. Dans un tel cas, le filtre 14 peut être réalisé par le dispositif de conversion numérique analogique. Le deuxième étage 20 effectue une transposition de fréquence et un filtrage qui ont pour but de déplacer dans des fréquences plus élevées le signal modulé par l'étage 10. Un mélangeur 21 reçoit d'une part le signal modulé, et d'autre part un signal de transposition. Le signal de transposition peut avoir deux valeurs de fréquence. Dans l'exemple préféré, un commutateur 23 sélectionne un oscillateur parmi deux oscillateurs LOinf et LOsup. Un filtre 22 va garder une bande de fréquence correspondant à la bande utile du signal modulé après transposition. Le gabarit 103 du filtre est déterminé pour laisser passer un spectre de la largeur du signal modulé. La fréquence de l'oscillateur LOinf est déterminée de sorte que la transposition du signal modulé à l'aide de l'oscillateur LOinf amène la partie positive du signal modulé dans le gabarit 103 du filtre 22, ce qui correspond à une transposition de type infradyne. La fréquence de l'oscillateur LOsup est déterminée de sorte que la transposition du signal modulé à l'aide de l'oscillateur LOsup amène la partie négative du signal modulé dans le gabarit 103 du filtre 22, ce qui correspond à une transposition de type supradyne. Il convient que la fréquence centrale du signal modulé après transposition de manière infradyne ou supradyne soit placée au même endroit dans le gabarit 103 du filtre 22. Le commutateur 23 reçoit le signal de commande afin d'effectuer une transposition infradyne lorsque la modulation s'est faite avec un signal déphasé de +n/2 et d'effectuer une modulation supradyne lorsque la modulation s'est faite avec un signal déphasé de-n/2. La figure 4C représente la transposition réalisée avec le signal modulé de la figure 4A et la figure 4D représente la transposition réalisée avec le signal modulé de la figure 4B. L'homme du métier peut remarquer qu'après la transposition réalisée par le mélangeur 21, le signal utile placé dans le gabarit 103 est le même indépendamment de la modulation effectuée. Par contre la raie 102 due à la fuite du mélangeur 21 et l'image conjuguée 101 du signal utile se trouvent sur des bords différents du gabarit 103. Le troisième étage 30 réalise l'agilité en fréquence à l'aide d'un mélangeur 31, d'un oscillateur L02 de fréquence variable et d'un filtre 32 qui supprime les fréquences images et harmoniques de la transposition. L'écart de fréquence entre le signal utile et la fréquence zéro est beaucoup plus important à la sortie du deuxième étage 20 qu'à la sortie du premier étage 10. De ce fait, les fuites du mélangeur 31 ainsi que toutes les images résultant de la transposition réalisée par le mélangeur 31 sont suffisamment éloignées des bords du gabarit 105 du filtre 32 pour être correctement rejetées sans nécessiter des contraintes importantes sur le filtre 32. Afin d'éviter d'avoir des parasites résultant de la transposition du deuxième étage 20 sur les bords du gabarit 105, il convient d'avoir réalisé une transposition supradyne lorsque le signal utile se retrouve dans la partie inférieure du gabarit 105 et d'avoir réalisé une transposition infradyne lorsque le signal utile se retrouve dans la partie supérieure du gabarit 105. Tous les parasites résultant de la transposition du deuxième étage 20 se trouvent placés à l'intérieur du gabarit 105. La figure 4E représente les cas extrêmes de transposition. Le quatrième étage 40 comporte un mélangeur 41, un filtre 42, un amplificateur de puissance 43 et une antenne 44. Le mélangeur 41 transpose le signal sortant du troisième étage 30 dans la bande de fréquence d'émission. Le filtre 42 élimine les fréquences images de la transposition. La figure 4F montre le spectre possible du signal d'émission. Comme peut le remarquer l'homme du métier, il n'y a plus de parasites hors bande à proximité des bords de la bande. Avec l'invention, les parasites hors bande sont ramenés à l'intérieur de la bande de transmission. Comme le sait l'homme du métier, le niveau des parasites autorisés à l'intérieur de la bande de fréquence de transmission peut avoir un niveau bien supérieur au niveau des parasites hors bande. Il est alors possible de réaliser le filtre 22 avec des contraintes bien inférieures à celles nécessaire avec le circuit de l'état de la technique tout en garantissant un niveau de parasites hors bande inférieur. De nombreuses variantes de l'invention sont possibles. L'exemple décrit représente un dispositif à quatre étages. Il va de soi que l'ajout ou le retrait d'un ou plusieurs étages est possible. L'excursion en fréquence du troisième étage peut être réalisée directement dans le quatrième étage pour diminuer le nombre de composants de la chaîne d'émission. Il est aussi possible de réaliser partiellement l'excursion en fréquence dans le circuit de codage selon une technique connue. Les signaux modulant R (s) er l (s) sont alors représentatifs d'une modulation numérique au lieu d'être représentatifs d'un symbole. Dans ce cas il est possible d'utiliser un oscillateur bifréquence ou deux oscillateurs commutés à la place de l'oscillateur du troisième étage. L'invention est particulièrement bien adaptée pour les modulations numériques utilisant de larges bandes, par exemple de type CDMA ou de type multi-porteuses. Les signaux modulants R (s) et 1 (s) sont alors représentatifs d'une somme de modulation à diverses fréquences. Toutefois, il est à noter que le spectre doit être inversé sur luimême, cela n'est possible, avec le schéma de la figure 3, que si l'on réalise une modulation complexe de la fréquence centrale de la bande utile. Si l'on réalise une modulation sur une fréquence qui n'est pas centrale, il convient de moduler dans un cas avec la fréquence que l'on désire et dans l'autre cas avec une fréquence correspondant à la fréquence symétrique par rapport à la fréquence centrale de la bande utile. REVENDICATIONS 1. Procédé d'émission de données sur au moins un canal inclus dans au moins une bande de fréquence d'émission autorisée, caractérisé en ce que, suivant la position du canal dans la bande de fréquence d'émission autorisée, soit on produit un premier signal modulé (Fig. 4A) correspondant à une modulation d'une première fréquence à l'aide des données puis on transpose de manière infradyne (Fig. 4C) le premier signal modulé dans une bande de fréquence prédéterminée, soit on produit un deuxième signal modulé (Fig. 4B) dont le spectre correspond au spectre inversé du premier signal modulé puis on transpose de manière supradyne (Fig. 4D) le deuxième signal modulé dans la bande de fréquence prédéterminée. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on effectue, après la transposition, un filtrage du premier ou du deuxième signal modulé à l'aide d'un filtre dont le gabarit (103) correspond à la bande de fréquence prédéterminée. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que, après le filtrage, on effectue au moins une transposition de fréquence du signal filtré. 4. Dispositif d'émission de données sur au moins un canal inclus dans au moins une bande de fréquence d'émission autorisée, caractérisé en ce qu'il comporte : des moyens (11 à 14) pour produire un signal modulé en fonction de données à transmettre, des moyens (Commande et-Sin (mt)) pour inverser ou non le spectre du signal modulé en fonction de la position du canal dans la bande de fréquence d'émission autorisée, des moyens (LOinf et LOsup) pour produire un signal de transposition à une première ou à une deuxième fréquence, des moyens de sélection (23) pour sélectionner l'une ou l'autre des première et deuxième fréquences en fonction de la position du canal dans la bande de fréquence d'émission autorisée, des moyens (21) pour produire un signal transposé à partir du signal de transposition et du signal modulé. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de filtrage (22) pour filtrer le signal transposé. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (30 à 42) pour produire un signal d'émission situé dans une bande d'émission à partir du signal transposé. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (43,44) pour émettre le signal d'émission.