Brevet FR2848751A1 — publié le 20040618

L'invention concerne la modulation de signaux numériques sur une bande de fréquences utile donnée, notamment la bande FM, et la démodulation associée. Les deux dernières décennies ont vu l'apparition de moyens de stockage audio d'excellente qualité. Cette qualité sonore a été obtenue, notamment, en stockant non plus le signal analogique mais sa version numérique. Ainsi, les disques compact numériques ont écrasés la 10 radiodiffusion existante en terme de qualité du son reproduit. Cette différence de qualité sonore est si importante qu'elle a entraîné une modification du marché: les auditeurs préférant écouter des disques compacts audio à la radio. Plusieurs normes de diffusion numériques ont alors été mise au point afin d'améliorer la qualité sonore du signal diffusé: DAB, DRM... La diffusion DAB (Digital Audio Broadcasting) mise au point pour remplacer à terme la la diffusion en FM offre l'avantage d'une grande robustesse au phénomène de multi-trajetset est particulièrement bien adaptée à la 20 réception en mobile. Mais, elle présente plusieurs inconvénients majeurs, le cot de déploiement en particulier pour un réseau à large couverture géographique, la nécessité de créer un bouquet de programmes ou de s'associer avec d'autres radio diffuseurs et enfin un cot relativement élevé des récepteurs. La bande FM analogique étant saturée, la première idée pour augmenter la capacité de couverture locale fut d'utiliser en mode numérique DRM des émetteurs de faible puissance soit en onde moyenne soit dans le haut de la bande onde courtes (26 MHz) peu sollicitée par les 30 radio diffuseurs internationaux.. Pour cela, la bande AM de moins en moins écoutée en raison de la qualité médiocre du son reproduit devait être revalorisée. La solution proposée par la radiodiffusion DRM est la transmission du signal sous forme numérique dans la bande AM. La qualité sonore de la réception d'un système de diffusion numérique 35 utilisant la bande AM selon la norme DRM en est considérablement améliorée: qualité sonore proche de celle de la diffusion FM analogique voire supérieure dans des conditions de réception soumises à des multi trajets avec des possibilité de services de données associés ou non au programme audio.. Comme tous les opérateurs de diffusion le savent, les ressources allouées à la radiodiffusion sont limitées. La bande AM, même utilisé en numérique, viendra vite à saturation. De plus, si l'utilisation de ces bandes AM pour de la couverture locale se revèle très efficace de jour, il est très l0 difficile d'éliminer tout risque de propagation ionosphérique pouvant créer des interférences indésirables sur d'autres zones de couverture même très lointaine. Il serait donc intéressant de profiter des techniques de diffusion existantes en bande AM et de les transposer en bande FM. Malheureusement, la bande FM présente un inconvénient majeur pour la transmission numérique. Il s'agit d'un environnement sévère sujet aux multi-trajets. Donc, le problème principal de la bande FM est un problème de propagation appelé évanouissement (fading en anglais) spatial ou évanouissement plat. Cet évanouissement du signal est lié à 20 un phénomène d'interférences locales et dépend de l'endroit o se trouve le récepteur et de la fréquence. La présente invention permet de palier ces inconvénients en utilisant le principe que l'évanouissement est différent suivant la fréquence 25 utilisé. Le signal numérique est divisé en plusieurs blocs, chacun étant transmis sur la bande dans un canal séparé des canaux de transmission des autres blocs. Ainsi, lorsque le signal s'évanouit sur une fréquence, seul un bloc est affecté : il n'y a pas de perte brutale de l'information. L'invention a pour objet un procédé de modulation d'un signal numérique de largeur L en fréquence sur une bande de fréquences utile donnée comportant les étapes suivantes: - Une séparation du signal numérique en N bloc b, (1 Ce procédé de modulation peut définir les canaux Cn en tenant compte d'une distance minimale prédéterminée entre ces canaux. Cette distance minimale entre les canaux peut être déterminée en fonction du nombre N de canaux, de leur largeur ln de telle sorte qu'une minorité de 10 canaux soient affectée par le phénomène de fading plat. Un autre objet de l'invention est le modulateur de signaux numériques sur une bande de fréquences utile donnée mettant en oeuvre ce procédé de modulation et comportant: - des moyens de séparation du signal numérique en N bloc bn 15 (1 En outre, l'invention propose un démodulateur de signaux numériques transmis sur une bande de fréquences utile donnée par un 25 émetteur comportant un modulateur tel que décrit ci-dessus. Le démodulateur comporte: - des moyens de balayage des N canaux Cn permettant de lire les N blocs bn de signaux répartis sur ces canaux, - des moyens de recombinaison des N blocs lus bn dans les N canaux 30 Cn en un signal numérique s4m]. De plus, l'invention a pour objet un émetteur de signaux numériques sur une bande de fréquences utile donnée comportant au moins une chaîne d'émission comportant un modulateur tel que celui décrit ci-dessus. La chaîne d'émission comporte un codeur correcteur d'erreurs transmettant au modulateur le signal numérique codé. Selon l'invention, il est aussi proposé un récepteur de signaux 5 numériques transmis sur une bande de fréquences utile donnée par cet émetteur. Le récepteur comporte un démodulateur tel que celui décrit cidessus et un décodeur associé au codeur correcteur d'erreurs de l'émetteur recevant le signal numérique recombiné 9[m] par le démodulateur. Dans une variante de l'invention est proposé l'utilisation de l'émetteur et du récepteur décrits ci-dessus pour la transmission de signaux numériques dans la bande FM. Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description, faite à titre d'exemple, et des figures s'y rapportant qui représentent: - Figure 1, une représentation fréquentielle générale de l'utilisation de la bande de fréquences utile donnée lors de l'émission 20 d'un signal numérique selon l'invention, Figure 2, une représentation fréquentielle d'un exemple d'utilisation de la bande FM lors de l'émission d'un signal numérique sur deux canaux distincts selon l'invention, - Figure 3, une représentation fréquentielle générale de 25 l'utilisation de la bande de fréquence utile donnée lors de l'émission de plusieurs signaux numériques selon l'invention, - Figure 4, un schéma simplifié d'un modulateur de signaux numériques sur une bande de fréquences utile donnée selon l'invention, - Figure 5, un schéma simplifié d'un démodulateur de signaux numériques transmis sur une bande de fréquences utile donnée selon l'invention, - Figure 6, un schéma simplifié d'un émetteur de signaux numériques sur une bande de fréquences utile donnée comportant 35 plusieurs chaîne d'émission selon l'invention, Figure 7, un schéma simplifié d'un récepteur de signaux numériques transmis sur une bande de fréquences utile donnée selon l'invention. La figure I représente l'utilisation de la bande de fréquences utile donnée Bu par le signal numérique lors de son émission. Le procédé de modulation selon l'invention divise le signal numérique s[m] en N blocs bi à bN. Le signal numérique s[m] ayant une largeur en fréquence égale à L, chacun des N blocs {bn}( N telle que leur somme soit égale à celle du signal s[m]: I,, = L. La bande n=l de fréquences utile donnée est quant à elle divisée en N partie Pn. Dans, chacune de ces parties Pn est définie un canal Cn de largeur In dans lequel sera répartie le signal du bloc bn associé. Les largeurs In des canaux Cn peuvent être tous différents (l É l2... IN), égaux (l = 12 = ... = IN) ou encore certains peuvent être égaux et d'autres différents (if = lg = .= I, .1 = lj... = lk et la lb... lcleÉlf...Élg, 1 Ce procédé de modulation peut donc être utilisé pour la transmission sur toutes bandes de fréquences susceptibles d'être affectées par le phénomène de fading plat, en particulier la bande FM. La figure 2 représente l'utilisation de la bande FM Bu par le signal numérique lors de son émission. Dans le cas illustré par la figure 2, la modulation proposée est une version simplifiée du procédé de modulation selon l'invention. En effet, le procédé de modulation divise le signal numérique s[m] en deux blocs b1 et b2. Le signal numérique s[m] ayant 10 une largeur en fréquence égale à L, chacun des deux blocs b1 et b2 a une largeur en fréquence respective Il et 12 telle que leur somme soit égale à celle du signal s[m]: l, + 12 = L. Dans le cas de la figure 2, les largeurs des deux blocs b1 et b2 sont égales Il = 12 = / = L / 2. La bande FM est quant à elle divisée en deux parties Pl et P2. Dans, chacune de ces parties Pl et 15 P2 est définie un canal Cl, respectivement C2, de largeur L dans lequel sera répartie le signal du bloc b1, respectivement b2, associé. Afin de transposer la norme DRM à la bande FM, les blocs b1 et b2 pourront être de / = 20 kHz de largeur. La bande de fréquences, quelle que soit son utilisation peut être occupée par plusieurs signaux numériques provenant d'un ou plusieurs opérateurs. Par exemple, plusieurs opérateurs se partage la bande FM pour diffuser des émissions radiophoniques. La figure 3 illustre ce partage de la bande FM par plusieurs signaux numériques. Chacun des Q signaux {sq[m]}(1 La largeur des canaux C% n'est pas nécessairement identique dans toutes les parties Pn. Mais, la largeur de tous les canaux Cq d'une partie 10 Pi donnée est identique (lii=12 =... .= I). La figure 4 propose un schéma bloc simplifié du modulateur selon l'invention. Le modulateur 30 reçoit un signal numérique s[m] à l'entrée de ses moyens de séparation 31 du signal numérique en N blocs bn. Le 15 modulateur 30 reçoit les caractéristiques de la bande de fréquence utile donnée Bu dans laquelle le signal s[m] doit être émis. La connaissance par ces caractéristiques de la bande de fréquence utile donnée Bu permet aux moyens de découpage 32 de diviser la bande Bu en N parties Pn. Les caractéristiques des N parties Pn sont transmises par les moyens de 20 découpage 32 aux moyens de définition 33. Les moyens de définition 33 détermine le canal Cn de largueur ln correspondant à chacune des N parties Pn. A chaque canal Cn correspond un bloc bn de même largeur ln. Ainsi, les N blocs de signaux bn en sortie des moyens de séparation et les caractéristiques des N canaux Cn en sortie des moyens de définition 33 25 sont transmis à l'entrée des moyens de répartition 34. Les moyens de répartition 34 affectent chaque bloc b, au canal Cn associé permettant d'obtenir une répartition du signal sur la bande de fréquence utile donnée Bu tel que représenté par la figure 1. La figure 5 propose une représentation sous la forme d'un schéma blocs simplifié d'un démodulateur 80 de signaux numériques transmis sur une bande de fréquences utile donnée par un émetteur comportant un modulateur tel que celui illustré par la figure 4. Le signal reçu r[m] est de la forme de celui représenté par la figure 1. Ce signal reçu r[m] est transmis à des moyens de balayage 81 des N canaux C,. Les moyens de balayage 81 extraient de chacun de ces N canaux C, le bloc b& reçu correspondant au bloc b, émis. Les N blocs b,, lus sont transmis aux moyens de recombinaison 82. Ces moyens de recombinaison 82 reconstitue à partir 5 des N blocs b& lus dans les N canaux C, un signal numérique 9[m] correspondant au signal s[m] émis sous la forme des N blocs b,. La figure 6 illustre un émetteur selon l'invention. L'émetteur proposé comporte Q chaînes d'émission, une par signal à émettre dans la bande 10 de fréquences utile donnée. Chaque chaîne reçoit les données à émettre da[m]. Ces données dq[m] peuvent, par exemple, être codées par un code correcteur d'erreurs loq. Les données codées c1[m] peuvent être mélangées, notamment, à l'aide d'un entrelaceur 20q. Le signal sq[m] est obtenu en sortie de tous les pré-traitements de la chaîne d'émission, tels 1 5 que le codage correcteur d'erreur, l'entrelacement..., est alors traité par le modulateur 30q selon l'invention. Si l'émetteur (telle que celui illustré par la figure 6) comporte, plusieurs chaîne d'émission, les blocs bq de chacune des Q chaînes 20 d'émission peut être transmis à un multiplexeur 40 relié à une antenne 50. Lorsque la bande de fréquences utile données est divisée en deux parties, la répartition des signaux émis par l'antenne 50 peut être représentée telle que sur la figure 3. Si l'émetteur ne comporte qu'une chaîne d'émission, le modulateur peut être relié directement à l'antenne 50. La répartition des signaux par les différents émetteurs sur la bande de fréquence utile donnée peut être effectuée en allouant aux émetteurs utilisant cette bande: le nombre N de parties, la ou les distances minimales entre les canaux et une 30 fréquence à partir desquels l'émetteur sera capable de définir grâce aux moyens de définition 33 du modulateur 30 les canaux sur lesquels ils peut émettre sans interférer avec les autres émetteurs partageant cette bande. La figure 7 illustre un récepteur selon l'invention. Ce récepteur de signaux numériques est adapté à la réception de signaux numériques transmis sur une bande de fréquences utile donnée par un émetteur tel que celui de la figure 6. L'antenne 60 transmet les signaux reçus sur la bande de fréquence utile donnée à des moyens de sélection 70. Ces moyens de sélection transmettent au démodulateur 80 le signal reçu r[m] et les caractéristiques des canaux C ,' comportant les blocs bq du signal sq[m] que le récepteur 10 doit reproduire. Le démodulateur 80 recombine ainsi les blocs bolus dans les N canaux q en un signal sq[M] correspondant au signal sq[m] émis. Si l'émetteur comporte un entrelaceur 20, le récepteur comportera un désentrelaceur 90 associé afin de remettre en ordre le signal démodulé &q[m]. Le signal désentrelacé ce[m] est transmis à un décodeur 100 15 lorsque l'émetteur comporte aussi un codeur de canal 10. Le décodeur est associé au codeur de canal 20. En sortie du décodeur 100, le récepteur fournit les données d"[m] correspondant aux données émises dq [m]. Le récepteur peut aussi être envisagé avec un décodeur 100 et sans désentrelaceur 90, lorsque l'émetteur comporte un codeur 10 mais pas d'entrelaceur 20. La sortie du démodulateur 80 est alors relié directement à l'entrée du décodeur 100. L'ensemble des dispositifs décrits par les figure 4 à 7 peuvent être utilisé pour la transmission numérique dans la bande FM, notamment pour la radiodiffusion. La qualité sonore ainsi obtenue avoisine celle des moyens de stockages audio numériques telle que celle du disque compact. En outre, la bande FM à l'avantage de permettre la diffusion de 30 programme locaux: programmes musicaux régionaux, retransmission locale de concerts... REVENDICATIONS 1. Procédé de modulation d'un signal numérique de largeur L en fréquence sur une bande de fréquences utile donnée caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: - Une séparation du signal numérique en N bloc b, (1 2. Procédé de modulation selon la revendication précédente caractérisé en ce que les canaux Cn sont définis en tenant compte d'une distance minimale prédéterminée entre les canaux. 3. Procédé de modulation selon la revendication précédente caractérisée en ce qu'il comporte une étape de détermination de la distance minimale entre les canaux, la distance minimale étant déterminée en fonction du nombre N de canaux, de leur largeur In, et de la largeur moyenne de bande de fréquences affectée par le phénomène de fading plat. 4. Procédé de modulation selon la revendication précédente caractérisé en ce que la distance minimale est déterminée de telle sorte qu'une minorité de canaux Cn soient affectée par le phénomène de fading plat. 5. Procédé de modulation selon l'une quelconques des revendications précédentes caractérisé en ce que les canaux C, sont de largeurs 25 identiques et égales à un Nième de la largueur du signal numérique L n= L / N, V1 revendications précédentes caractérisé en ce que: - Le signal numérique est séparé en N = 2 blocs bn, - La bande de fréquences utile donnée est découpée en N = 2 parties Pn, - Le premier bloc b1 est répartie sur un canal Cl de largueur L I 2 compris dans la première partie P1 de la bande de fréquences utile donnée et le deuxième bloc b1 est répartie sur un canal C2 de largueur L / 2 compris dans la deuxième partie P2 de la bande de fréquences utile donnée. 7. Procédé de modulation selon l'une quelconque des revendications 5 précédentes caractérisé en ce que la bande de fréquences utile donnée est la bande FM. 8. Modulateur de signaux numériques sur une bande de fréquences utile donnée mettant en oeuvre le procédé de l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce qu'il comporte: - des moyens de séparation (31) du signal numérique en N bloc b, (I n 9. Démodulateur de signaux numériques transmis sur une bande de fréquences utile donnée par un émetteur comportant un modulateur selon 20 la revendication 8 caractérisé en ce qu'il comporte: - des moyens de balayage (81) des N canaux C, permettant de lire les N blocs bn de signaux répartis sur ces canaux, - des moyens de recombinaison (82) des N blocs lus b& dans les N canaux C, en un signal numérique e[m]. 10. metteur de signaux numériques sur une bande de fréquences utile donnée comportant au moins une chaîne d'émission comportant un modulateur selon la revendication 8 caractérisé en ce que la chaîne d'émission comporte un codeur correcteur d'erreurs (10) transmettant au modulateur (30) le signal numérique codé cq[m]. 1. metteur selon la revendication précédente caractérisé en ce que la chaîne d'émission comporte un entrelaceur (20) placé entre le codeur correcteur d'erreurs (10) et le modulateur (30). 12.Emetteur selon l'une quelconque des revendications 10 ou 11 caractérisé en ce que à chacune des Q chaînes d'émission est associée un ensemble de canaux {Cq} distinct. 13.Récepteur de signaux numériques transmis sur une bande de 5 fréquences utile donnée par un émetteur selon la revendication 10 comportant un démodulateur selon la revendication 9 en ce qu'il comporte un décodeur (100) associé au codeur correcteur d'erreurs (10) de l'émetteur recevant le signal numérique recombiné 9[m] par le démodulateur (80). 14.Récepteur de signaux numériques transmis sur une bande de fréquences utile donnée par un émetteur la revendication 11 comportant un démodulateur selon la revendication 9 en ce qu'il comporte: - un désentrelaceur (90) associé à l'entrelaceur (20) de l'émetteur recevant le signal numérique recombiné 9[m] par le démodulateur (80), - un décodeur (100) associé au codeur correcteur d'erreurs (10) de l'émetteur recevant le signal numérique recombiné désentrelacé ê[m]par le désentrelaceur (90). 15. Utilisation de l'émetteur selon l'une quelconques des revendications 10 à 12 et du récepteur selon l'une quelconque des revendications 13 ou 20 14 pour la transmission de signaux numériques dans la bande FM.