FR 3032323 A1 20160805 FR 1550809 A 20150203 Domaine de l'invention La présente invention concerne un procédé de modulation de phase d'une onde porteuse, laquelle onde porteuse peut être de type électromagnétique, depuis le domaine des basses fréquences jusqu'au domaine optique, ou de type acoustique. L'invention concerne également une application à un procédé de 10 transport d'une information binaire par codage de phase à bande latérale unique (BLU). L'invention concerne encore un procédé de génération de signaux orthogonaux à bande latérale unique, en vue d'une application au codage et à la détection de signaux numériques multi-niveaux à BLU. 15 L'invention a encore pour objet un procédé d'émission en phase et hors phase de signaux binaires codés en phase à bande latérale unique. L'invention concerne encore une application à un procédé de modulation mixte amplitude-phase à bande latérale unique. L'invention a encore pour objet des dispositifs pour la mise en oeuvre 20 des procédés précités. Art antérieur Dès les premiers développements de la téléphonie, puis de la radio, 25 les signaux à diffuser ont été transportés par l'intermédiaire de modulation en amplitude ou en phase d'une onde porteuse sinusoïdale de fréquence plus élevée que le domaine spectral de ces signaux. Dans tous les procédés connus, on trouve que la modulation génère un spectre de fréquence bilatéral, c'est-à-dire avec des composantes de fréquences au-dessus et en- 303 2 3 2 3 2 dessous de la fréquence porteuse. En général, l'information contenue dans la bande supérieure est la même que celle contenue dans la bande inférieure. Aussi les ingénieurs ont cherché à trouver des solutions pour ne garder qu'une bande latérale afin d'optimiser l'occupation de la bande de 5 fréquence allouée (voir notamment le document US 1449382). En effet, si chaque utilisateur occupe un espace de fréquence plus petit, le nombre d'utilisateurs sera augmenté et les coûts par utilisateurs seront diminués. Le procédé courant pour obtenir une bande latérale unique (BLU), (ou en anglais « single side-band » ou « SSB »), consiste à supprimer, après génération du signal modulé, la bande latérale non-désirée. Le plus simple est le filtrage de type passe-bande. Une méthode plus performante est le filtrage par transformée de Hilbert. Proposée par Hartley dès 1928 (voir le document US 1666206), elle consiste, en utilisant un déphaseur large bande à 900, à construire la somme (respectivement la différence) de la partie en phase et de celle en quadrature du signal modulé pour obtenir la bande latérale supérieure (respectivement inférieure). Une variante a ensuite été proposée par Weaver, dans l'article de D. K. Weaver Jr., intitule "A third rnethod of generation and detection of single-20 sideband signais" paru dans "Proceeding of the IRE", pp 1703-1705, Juin 1956. La méthode par transformée de Hilbert est particulièrement adaptée de nos jours grâce aux calculateurs digitaux embarqués (en anglais « Digital Signal Processor » ou « DSP »). 25 Par ailleurs, pour de nombreuses applications, on cherche à générer des signaux orthogonaux à bande latérale unique. L'utilisation de forme d'ondes orthogonales a de nombreuses applications allant de l'analyse de signaux à la transmission de signaux. Dans ce dernier cas, l'application visée est le multiplexage de données. Les premières approches ont consisté à effectuer la modulation en amplitude d'une onde porteuse par un signal formé de la somme de signaux orthogonaux multipliés par le bit d'information à transporter. Par orthogonal on entend que l'intégrale du produit de deux formes d'onde distinctes soit nul sur une durée finie (ici la durée Ts d'émission d'une forme d'onde (ou 'symbole') codant un bit d'information). Un exemple de fonctions d'onde mutuellement orthogonales est donné par l'ensemble : sin2.t/T5, sin4.t/Ts, sin6 -t/Ts, etc, ... . Des variantes utilisant la génération de polynômes orthogonaux ont été décrites dans le document US 3204034. On a également proposé des variantes utilisant la génération de 15 fonctions d'Hermite, comme par exemple dans le document US 3384715. On peut noter que la modulation par les fonctions sinus mentionnées plus haut revient aussi à une modulation de fréquence (et donc de la phase) où la fréquence de la porteuse fc prend les valeurs fc+/-1/1-s, fc+/-2/Ts, fc+/-3/T, etc, . C'est cette dernière solution qui a été le plus développée 20 dans le domaine des transmissions de données numériques. Le procédé est appelé en anglais « Orthogonal Frequency Division Multiplexing » ou « OFDM » et est décrit notamment dans le document US 3488445. Il est utilisé par exemple pour l'ADSL, la radio- ou télédiffusion numérique terrestre et plus récemment dans les réseaux mobiles en 4G. 25 A partir d'une fréquence porteuse on utilise une série de fréquences sous-porteuses qui chacune transporte une information binaire. Chaque sous-porteuse est le vecteur d'un canal d'information binaire, l'utilisation simultanée des N sous-porteuses permettant le multiplexage de N bits. Dans ce procédé, les signaux portés par chaque sous-porteuse doivent avoir la propriété d'orthogonalité afin d'éviter l'interférence entre canaux et de pouvoir retrouver, après démodulation, l'information de chaque canal. L'orthogonalité est assurée si la distance entre fréquences sous- porteuses est multiple de l'inverse de la durée d'un symbole T,. Pendant la durée d'émission T, , le signal de modulation de N bits transmis en parallèle est généré par la transformée de Fourier des N bits et est ensuite multiplié à la fréquence porteuse. A la réception, après démodulation de la porteuse pour retrouver le signal de modulation, une transformée de Fourier inverse est appliquée à ce dernier afin de retrouver la valeur portée par chacun des N bits. Les procédés décrits dans le paragraphe précédent génèrent tous un signal à double bande latérale. La génération de fonctions orthogonales nécessite aussi pour leur synthèse une opération analogique ou numérique complexe (dérivations et sommations multiples pour des polynômes orthogonaux ou les fonctions d'Hermite, transformation de Fourier pour l'OFDM). On présente par ailleurs ci-dessous un bref historique du codage de phase. La transmission de donnée numérique par codage binaire de phase (ou son équivalent par décalage de phase) est couramment utilisée dans les communications numériques modernes. Différentes formes ont été utilisées. La plus simple, appelée en anglais « Binary phase shift keying » ou « B-PSK », consiste à moduler la phase d'une porteuse de la quantité 0 ou JI . Pour transmettre le kième bit de durée Tb dans l'intervalle de temps (k Pour permettre un meilleur taux de transmission de l'information, le principe a été étendu à une modulation en quadrature (en anglais « Quadrature Phase Shift Keying » ou « Q-PSK ») où pour k pair la phase vaut bkn dans l'intervalle (k -1)Tb Tous ces procédés donnent un spectre à double bande latérale. Objet et description succincte de l'invention Comme on l'a vu plus haut, il n'existe pas de système connu de 10 modulation possédant la propriété de générer directement une bande latérale unique. Par 'directement' on entend une génération sans post traitement comme décrit ci-dessus. La présente invention vise à répondre à cette lacune et à permettre la génération directe d'un signal modulé à bande latérale unique. 15 L'invention répond donc aux problèmes de l'ait antérieur grâce à un procédé de modulation de phase d'une onde porteuse, caractérisé en ce que l'on crée un ensemble de signaux s'(t) constitués d'une onde de fréquence porteuse fc. dont la phase cp(t)=hcp0(t) est modulée dans le temps t de telle sorte que s'(t)-- cos(23t fit+ hcpo(t)) , où h est un nombre entier et où 20 q0(t) = 2 arctan((t - to)/ wo), la modulation correspondant à une impulsion de phase unique centrée au temps to de durée caractéristique wo positive et incrémentant la phase du signal s11(t) de la quantité h2, de telle sorte que l'on génère directement un spectre de fréquence à bande latérale unique. L'onde porteuse peut être de type électromagnétique, depuis les 25 basses fréquences jusqu'aux fréquences optiques, ou de type acoustique. L'invention concerne encore un procédé de transport d'une information binaire par codage de phase à bande latérale unique appliquant le procédé de modulation selon l'invention, caractérisé en ce que pour le codage binaire de la phase, on établit que le kième bit de durée Tb contribue à la phase totale cp(t) de la porteuse par la quantité2 bk arctan((t - kTb ) / w) où bh =10u 0 et la largeur w est comparable ou plus petite que la durée du symbole Tb ou on considère que la dérivée de la phase est une somme de Lorentziennes 2w/((t - kT,,)2 + w2) centrées en k Tb et pondérées par le bitbk puis on intègre la phase qui est ensuite adjointe à la porteuse suivant un procédé de modulation de phase, les quantités cos cp(t) et sin cp(t) qui sont les composantes en phase et en quadrature du signal de modulation étant 10 calculées et combinées aux amplitudes en phase cos 23-t fct et en quadrature sin 2yt fct de la porteuse pour obtenir le signal à transmettre sous la forme: s(t)= cos(2nfct + cp(t)) = cos(27tfct ) cos cp(t)-sin(27tfct ) sin cp(t) . L'invention concerne encore un procédé de génération de signaux orthogonaux à bande latérale unique appliquant le procédé de modulation 15 selon l'invention, caractérisé en ce que pour générer un ensemble de fonctions orthogonales u h(t) , h = 1,2,3, ...,N sur une durée finie Tb. pour leur exploitation en transmission de données avec un débit 1/ Tb par canal d'information, on considère d'abord le cas où Tb est infini, ce qui définit une impulsion unique et on établit une base de fonctions orthogonales de la uh (t)- dcpo (t) 1 (t + iw)h-1 20 forme 1 e ih (t) ° dt (t - iw)h où la phase est v231 cpo(t) = 2 arctan(t / w) ou on considère les signaux sh(t)=eih (Pci(i) - iW)h puis (t -iw)" on assure la séparation par orthogonalité de deux signaux sh(t)et sh,(t) en effectuant l'intégration suivante 1 r s;.(t)s , (t) dcP° dt = h, OÙ 2n-1- dt -2w/(t2 + w2) apparaît comme un poids pour l'intégration, les signaux dcpo dt sh(t) étant à amplitude constante et le spectre des signaux s11(t) étant à bande latérale unique. Selon un aspect particulier de ce procédé, on généralise à des fonctions orthogonales sur un intervalle non plus infini mais fini Tb en considérant une série périodique d'impulsions de phase espacées de la durée Tb afin d'obtenir des signaux périodiques de la forme ffi IT (sinkt +iw)/Tb))h S h(t)= e cl)°('b) ' où la dérivée de la phase (po est une sin(n(t -iw)/Tb) somme périodique de fonctions lorentziennes, cette somme pouvant se réécrire sous la forme d'une fonction périodique de la forme: dcpo sh(251wITb) 10 où deux signaux différents par les entiers dt Tb sin2(3tt /Tb) + sh2(nw/Tb) h et h' vérifient une relation d'orthogonalité sur l'intervalle de temps Tb: dcpo dcpo 1 f+Tb/2s*(t)s (t) dt =1511'h, dt jouant le rôle de poids pour l'intégration, dt 23t J-412 h' h de telle sorte qu'en calculant ckP° puis en procédant à une intégration pour dt obtenir la phase cp0(t,Tb) avant de synthétiser le signal sh(t)=ethw°(`'n), on 15 obtient, avec une simple multiplication de la phase par un nombre entier, un jeu de signaux d'amplitude constante présentant le caractère d'orthogonalité et on obtient un spectre, discret, qui conserve la propriété de bande latérale unique. Le procédé selon l'invention est ainsi un nouveau procédé de 20 modulation de phase qui se démarque en ce qu'il génère des signaux orthogonaux avec un spectre présentant une bande latérale unique et que les fonctions orthogonales utilisées d'ordre N>1 sont générées en multipliant simplement par un nombre entier la phase servant à générer la fonction orthogonale d'ordre 1. Alors que l'OFDM présente un spectre bilatéral de largeur N/ Ts flanqué de queues de spectre décroissant lentement (loi de puissance), l'invention propose un multiplexage dont le spectre est sans bande latérale inférieure et dont la bande supérieure a une largeur principale N/ Ts avec une queue de spectre décroissant exponentiellement rapidement. Il est naturellement également possible, par un renversement du signe de la phase, de réaliser un multiplexage dont le spectre est sans bande latérale supérieure et dont la bande inférieure a une largeur principale N/ Ts avec une queue de spectre décroissant exponentiellement rapidement. L'invention concerne encore un procédé d'émission en phase et hors phase de signaux binaires codés en phase à bande latérale unique appliquant le procédé de modulation selon l'invention, caractérisé en ce que l'on module indépendamment la composante en phase et la composante en quadrature de la porteuse afin de doubler le débit d'information, le signal considéré étant de la forme suivante en étant constitué de la somme de deux amplitudes et n'étant pas à amplitude constante : s(t)=cos(23tfct + cp,(t)) + sin(23-cfc t + p2 (t)) avec les phases cp, (t)= 1 bka cpo (t - kTb ) et cp2 (t)= E bk,2 cpo (t - kTb ) où l'on utilise deux jeux de bits indépendants 4,1(2) pour doubler le débit, le spectre de 20 chacune des amplitudes hors phase et en phase étant à bande latérale unique, le signal total présentant lui-même la propriété de bande latérale unique. L'invention a encore pour objet un procédé de modulation mixte du signal d'une porteuse à la fois en amplitude et en phase en appliquant le 25 procédé de modulation selon l'invention, caractérisé en ce que pour des impulsions où la phase est exprimée sous la forme cp(t) = h cp0 (t) (h = 1,2,3, ... ) on produit un signal de la forme s(t) = cos( 23tfc, t) - (-1)11 cos( 23tfc t + h cp, (t)) où le spectre résultant est à bande latérale unique. L'invention concerne encore un dispositif de génération d'impulsions de phase à bande latérale unique, pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, caractérisé en ce qu'il comprend un processeur rapide dédié DSP ou un processeur rapide reconfigurable FPGA, un convertisseur numérique/analogique, des premier et deuxième modules de détermination respectivement des quantités sin cp(t) et cos cp(t), des premier et deuxième mélangeurs pour multiplier par lesdites quantités sin cp(t) et cos cp(t) respectivement la partie en phase et la partie en quadrature de phase de l'onde de fréquence porteuse fc et un circuit additionneur pour combiner les signaux délivrés par lesdits premier et deuxième mélangeurs. De façon plus particulière, l'invention a encore pour objet un dispositif de génération d'impulsions de phase à bande latérale unique, pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif analogique de génération de 2N séquences périodiques d'impulsions dwo,(t)/dt de période 2NTb, chaque séquence étant décalée en temps de la précédente par Tb., le dispositif analogique utilisant une phase élémentaire p0(t)telle que le recouvrement entre impulsions de phases séparées de 2NTb soit négligeable, afin d'obtenir une synthèse de dcp(o/dt et un dispositif de génération d'harmoniques de fréquence multiples de 1/2NTb pour synthétiser une séquence périodique de signaux dcpo: (t)/ dt = dcpo,s(t - (k + q)Tb) I dt ,-N s q 0) et incrémentant la phase du signal s'(t) de la quantité h23t Pour faire référence à la terminologie utilisée dans le cadre de transmissions numériques basées sur la modulation de phase, h s'identifie à l'indice de modulation (ou en anglais « modulation index »). La densité spectrale Ph (f)= "s'r1(f)12 du signal, où -s;(f) est la 5 transformée de Fourier de s'(t)est représentée sur les figures 1A à 1C pour des valeurs de h respectivement égales à 1, 2 et 3. On voit que le spectre est à bande latérale unique : le spectre n'a pas de composante dans la bande de fréquence inférieure à fc. Il est à noter que si l'on avait choisi h 0 et ti arbitraires. La condition d'avoir les entiers h, tous de même signe ne peut être dérogée pour conserver la propriété de BLU. La forme cp(t)---'Y h, cp, (t) sera mise à profit et exploitée plus loin `ré dans les exemples d'applications concernant le transport d'information binaire par codage de phase à bande latérale unique. On donnera ci-dessous quelques propriétés importantes de la modulation 5 de phase BLU. - Pour une impulsion de phase unique, seule la forme générique cpo(t) = 2 arctan((t - to)/ wo) est capable de générer une bande latérale unique, t3 et wo étant arbitraires. Toute autre forme de variation temporelle conduira à un spectre à double bande latérale. La propriété 10 BLU est conservée si la phase est une somme d'impulsions de phase de forme similaire à cpo avec une largeur arbitraire, générées à des instants arbitraires et multipliées par un nombre entier positif arbitraire. - Un spectre à bande latérale unique miroir, par rapport à la fréquence 15 porteuse, est obtenu si le signe de la phase est inversé. - Le facteur multiplicatif h (plus généralement tous les h, , impérativement de même signe) doit impérativement être entier. - Les figures 2A et 2B montrent que les spectres obtenus pour des signaux s(t)= cos(2Tc fo' +kcpo (t)) où À (remplaçant h) est non-entier 20 ne sont pas à bande latérale unique. - La multiplication de cpo par un entier positif permet de générer une base de fonctions orthogonales comme cela sera explicité plus loin. On explicitera ci-dessous des critères de BLU pour des modulations qui, 25 sans constituer une modulation parfaite, approchent la modulation parfaite et par là-même entrent également dans le cadre de la présente invention. 3032 32 3 19 Une modulation dont l'incrément de phase n'est pas multiple de 231, fait apparaître la seconde bande latérale même si la forme de la modulation est inchangée, c'est à dire une Lorentzienne pour la dérivée de phase. C'est ce qui est clairement apparent sur les figures 2A et 2B. Pour quantifier le caractère BLU, on peut définir le rapport de la somme de la puissance spectrale pour des fréquences supérieures à la porteuse divisé par la somme de la puissance spectrale totale : cBm, = fp( f)/ fp(f) . fc Dans les figures 2A et 2B, pour une modulation avec respectivement À = 0,5 et 1,5 on trouve cBw = 56,9% et 61,7% respectivement, c'est-à-dire des 10 spectres très éloignés de ceux attendus pour une bande latérale unique (cBLu = 100%). Dans certains exemples d'application, la variation de la phase cp0(t) = 2 arctan((t - to)/ wo) peut être considérée comme trop lente pour rejoindre la valeur 2n . En effet : cp0(t)=3-c-3-cw/t, t -> 00 . 15 Il peut être utile de définir une forme approchée de (1)0(0 dans laquelle la partie lente est tronquée. C'est ce qui sera fait dans l'exemple considéré pour une application à une modulation mixte amplitude-phase à bande latérale unique. On multiplie la Lorentzienne dcp0(0/dt par une Gaussienne de largeur s. 20 La dérivée de la phase approchée, notée cp0,(0 est alors dcpo, (t)/ dt exp(-t 2 2S2)2W /(t2 +w2)0121 le paramètre p est un coefficient multiplicateur qui permet de conserver un incrément de phase total égal à 2n. La puissance spectrale de s (0= cos(2n fct +cp0,(0) est montrée sur les figures 3A et 3B pour une Lorentzienne de largeur w=0,37 et pour deux 25 largeurs de Gaussienne s=2,7 et 1,85 (p- = 1,112 et 1,165 respectivement). Comme la dérivée de la phase diffère maintenant d'une Lorentzienne, une bande latérale inférieure apparaît. Cependant les valeurs de s»w permettent de conserver un caractère de BLU proche de 100% / ( r v-BLU = 95,9% et 95% respectivement). On décrira maintenant un exemple d'application de la présente invention au transport d'une information binaire par codage de phase à bande latérale unique. On a rappelé plus haut, en référence à la figure 4, des procédés connus de codage de phase, qui donnent tous un spectre à double bande latérale. On décrira ci-dessous en application de la présente invention, le principe du codage numérique utilisant la modulation de phase à bande latérale unique : Comme application de la présente invention, on considère le codage suivant de la phase : le Orne bit de durée Tb contribue à la phase totale cp(t) de la porteuse par la quantité 2 bk arctan((t - kTb )/ w) où bk = 1 ou 0 et la largeur west comparable ou plus petite que la durée du symbole Tb. En pratique il est plus simple de considérer la dérivée de la phase. Celle-ci est alors une somme de Lorentziennes 2w/((t -kTb)2 + w2)centrées en k Tb et pondérées par le bitbk . La figure 5A montre le signal de dérivée de phase généré. La phase est ensuite intégrée, comme montré sur la figure 5B, puis adjointe à la porteuse suivant un procédé classique de modulation de phase. Les quantités cos cp(t) et sin cp(t) sont calculées et combinées aux amplitudes en phase cos23t fct et en quadrature sin 23-c fct de la porteuse pour obtenir le signal à transmettre : s(t)=cos(23-cfct + cp(t)) = cos(27tfct ) cos cp(t) - sin(23-cfct ) sin cp(t) . Un schéma de principe d'un dispositif permettant d'effectuer un tel codage numérique est fourni sur la figure 6. Sur la figure 6, on voit un rriodule101 de fourniture des données bk =1 ou 0, un générateur 102 de lorentzienne, un module 103 de génération de 5 phase, un module 104 d'intégration de phase, des modules 105 et 106 de génération respectivement des quantités cos cp(t) et sin cp(t) , un générateur 107 de fréquence porteuse, un module 108 de déphasage, des circuits mélangeurs 109, 110 et un circuit additionneur 111 de manière à combiner les quantités cos cp(t) et sin cp(t) aux amplitudes en phase cos 2n fct et en 10 quadrature sin 2n fct de la porteuse pour obtenir le signal à transmettre : s(t)=cos(231fct+ cp(t)) = cos(2lcfct ) cos cp(t) - sin(2nfct ) sin cp(t) . Un amplificateur de sortie 112 est relié à une antenne d'émission 113. On considèrera maintenant le spectre des signaux codés en phase à bande latérale unique. 15 La puissance spectrale du signal est représentée sur la figure 7 pour une largeur d'impulsion telle que w/Tb =0,37. Les fréquences sont en unité de 1/Th. La porteuse a une fréquence égale à l0/Tb. Le choix d'une autre fréquence porteuse donnerait un spectre à BLU similaire autour de celle-ci. Le spectre montre clairement la propriété de bande latérale unique. A 20 gauche de la fréquence porteuse, le spectre décroît extrêmement rapidement, sa valeur finie n'étant due qu'à des effets de taille finie. A droite de la fréquence porteuse, la puissance spectrale décroit de manière abrupte de 20dB à la fréquence fc +1/Tb, puis de 20dB encore à la fréquence fc + 2/Tb et ainsi de suite. 25 Le tassement de la décroissance à plus haute fréquence est à mettre sur le compte du calcul qui comporte un nombre d'échantillons finis (moyenne de 32 spectres correspondant à des tirages indépendants d'une série aléatoires de 259 bits de durée n). Si on fait le choix d'une plus petite largeur w/Tb les composantes de Fourier s'étendront à plus haute fréquence. En effet la puissance décroit 5 exponentiellement de e-41"vab pour un accroissement en fréquence del/T' c.à.d. 1/100 (-20dB) pour w/Tb =0,37. On observe aussi sur le spectre des pics fins, appelés lignes spectrales, centrés aux fréquences fc, fc, +1/Tb, fc + 2/Tb, etc , . Ils sont dus au choix d'un incrément de phase exactement égal à 21t. Cet effet a déjà été noté 10 pour des procédés conventionnels de modulations de phase dont l'incrément est2n, comme indiqué dans l'article de H. E. Rowe and V. K. Prabhu, intitulé « Power spectrum of a digital, frequency-modulation signal », paru dans The Bell System Technical Journal, 54, No 6, pages 1095-1125 (1975). Dans le présent procédé, il est important de ne pas s'écarter de cette 15 valeur car cela conduirait à la réapparition d'une bande latérale inférieure du spectre. Toutefois, en pratique, cette bande latérale inférieure du spectre reste négligeable si l'incrément est de quelques % inférieur ou supérieur à 2n tandis que les pics fins du spectre sont réduits, voire supprimés. C'est ce que 20 montre la figure 8A pour un spectre dont l'incrément de phase est 0,965x2n . La diminution des pics fins s'accompagne d'une partie bruitée de la courbe pour des fréquences entre 9,5 et 10 attestant l'apparition d'une contribution faible mais non nulle dans la bande latérale inférieure. Pour un incrément de phase 0,9123x2n le phénomène est un peu plus marqué (voir la figure 8B). 25 Pour un incrément de phase inférieur à 0,9 (23-c) ou supérieur à 1,1 (2n), on considérera que le caractère BLU est perdu. 303 2 3 2 3 23 Finalement la figure 9 montre le spectre obtenu si on remplace dans dcp/ dt les Lorentziennes par des Gaussiennes (en conservant le même incrément de phase et pour une largeur d'impulsion comparable). La différence de spectre est frappante. La présence d'une bande latérale inférieure est très marquée. On décrira maintenant, en référence à la figure 10, un exemple de procédé et de dispositif de démodulation du signal codé en phase à bande latérale unique, conformément à l'invention. A la réception, par une antenne 201 et un amplificateur 202, la 10 première étape de démodulation pour extraire le signal de la porteuse est classique. Un oscillateur local 203 de fréquence fc associé à des mélangeurs 204, 205, à un déphaseur 206 de 0°- 90° permet d'obtenir les composantes en phase et en quadrature cos(cp(t)) et sin(cp(t)) du signal de modulation. En dérivant celles-ci et les multipliant par leur partenaire dans un module de 15 calcul 207 on retrouve la dérivée de la phase dcp/ dt = cos cp(t) d (sin cp(t))/ dt - sin cp(t)d (cos cp(t))/ dt. Ceci permet de reconstituer la série d'impulsions Lorentziennes initialement générées comme celles de la figure 5A. En plaçant un détecteur de seuil 208 à une valeur moitié de l'amplitude d'une Lorentzienne unique la 20 valeur d'un bit bk = bu 0 au temps tk = kTb est facilement discriminée. Une horloge 209 fournit au détecteur de seuil 208 des impulsions à un rythme de 1/Tb. Dans la pratique, au signal détecté s'ajoute le bruit de détection. Dériver un signal, ici simp- et cos), a pour effet d'augmenter l'effet du bruit. Un 25 autre moyen de démodulation qui ne fait pas appel à une dérivation peut être utilisé, comme cela sera décrit plus loin, en référence à la propriété d'orthogonalité des impulsions de phase à bande latérale unique. On décrira maintenant un procédé de génération de signaux orthogonaux à bande latérale unique. Il s'agit de générer un ensemble de fonctions orthogonales uh(t), h = 1,2,3, ...,N sur la durée finie Tb. pour leur exploitation par exemple en transmission de données avec le débit 1/ Tb par canal d'information. Pour construire ces fonctions orthogonales, il est utile de considérer d'abord le cas où Tb est infini (impulsion unique). La base de fonctions orthogonales est alors : 1 y dcpo (t) 1 (t + où on a utilisé la phase lh (0- e dt -\127-r (t -iw)h -N/ 27r 10 cpo(t) = 2 arctan(t/ w) définie plus haut. Par choix de simplicité, les fonctions sont centrées en t=0. On peut vérifier quef.uh,(t)u h(t)dt = En pratique il pourra être plus intéressant de considérer les signaux ; s'(t)=ei" w°(') - puis d'assurer la séparation par orthogonalité de deux (t -1w) 15 signaux sh (t) et s11(t)en effectuant l'intégration : 1 +o. dcp dcp - fJ- sh.(t)s 11(t) o dt = bh o ,h, où -2w/(t2 + w2) apparaît comme un 23t- dt dt poids (ou mesure) pour l'intégration. Avec cette définition, les signaux s'(t) sont à amplitude constante (de module unité) ce qui peut présenter un avantage pratique pour leur 20 génération (puissance d'émission constante). Le spectre des sh(t) est à bande latérale unique. La généralisation à des fonctions orthogonales sur un intervalle non plus infini mais fini Tb s'obtient en considérant la série périodique d'impulsions de phase espacées de la durée Tb. Cela donne les signaux périodiques sin kt + iw)/ Tb ) sh (t)= elh (P°(i'Tb) - . La dérivée de la phase cpo est une sin((t - iw) / Tb ) somme périodique de Lorentziennes. Cette somme peut se réécrire sous la forme d'une fonction périodique : dcpo Sh(2J1W I Tb) dt T b - sin2 (nt I T b) + sh2 (nw I T b) Deux signaux différents par les entiers h et h' vérifient une relation d'orthogonalité sur l'intervalle de temps Tb : 1 f+Tb/2 tsh()s h(t) dcpo dt = h où 231J -Ti, /2 dt dcp là encore joue le rôle de poids pour l'intégration. dt dcpo En pratique -dt est calculé (ou généré) puis intégré pour donner cpo (t, Tb ) puis s1(t)=e1h W°(t'Tb) est synthétisé. On voit qu'une simple multiplication de la phase par un nombre entier permet d'obtenir un jeu de signaux d'amplitude constante présentant le caractère d'orthogonalité. D'autre part le spectre, maintenant discret, conserve la propriété de bande latérale unique. On donnera maintenant un exemple d'application à la détection de signaux numériques multi-niveaux codés en phase. On considèrera d'abord le choix du codage de phase rnulti-niveaux. Il s'agit de coder 2 bits sur quatre niveaux comme par exemple le procédé de modulation d'amplitude 2B1Q (« 2Binary-1Quaternary ») mais ici transposé en modulation de la phase. On peut bien sûr généraliser à N-niveaux (N-ary bits) avec h = 0,1, ..., N -1 et N = 2' Le débit en bits par seconde n'est plus 1/Tb comme plus haut mais devient alors p/Tb. On pourrait choisir un codage de la phase cp(t) = bk cp0(t - kTb,Tb) où le bit bk vautbk =0,1,2,3 (pour respectivement 00, 01, 10 et 11) et est défini dans l'intervalle (k-112)Tb st Dans le cas présent, le signal étant la somme de deux amplitudes ne sera plus à amplitude constante : s(t)=cos(23-tfct + cpi (t)) + sin(231fct + cp2 (t)) Ici cpi(t)=bk,i cp0 (t - kTb ) et cp2 (t)= bk,2 (t - kTb ) où on a utilisé deux jeux de bits indépendants &,i(2) pour doubler le débit. Le spectre de chacune des amplitudes hors phase et en phase étant à BLU, le signal total présente encore la propriété de BLU (voir les figures 17 et 19). On discute dans ce qui suit la procédure pour retrouver l'information sur les bits émis lors de la démodulation. On se restreint pour simplifier au cas de bits binaires. Pour une bonne démodulation, on montre que les variations de phase relatives de p1 (t) et cp2(t) doivent rester petites. Ces variations proviennent de l'interférence (recouvrement) entre les impulsions de phase adjacentes (encore dénommée « Inter-Symbol Interference » ou « ISI »), une contrainte qui était non-20 pertinente dans l'exemple des figures 3A et 3B. A la démodulation de la porteuse, on obtient la partie en phase et hors phase, soit respectivement : Re( t) = cos( cPi (t)) - sin( P2 (t)) 25 im(t)= sin( (151 (t)) + cos( Ep 2 (t)) 3032 32 3 32 Dans le cas où w«Tb (pas d'ISI), pour t=kTb on a Re(kTb)=cos(bon)-sin(bk,231) soit 1 ou -1 pour bka =0 ou 1 respectivement et indépendamment de la valeur de bk,2. De même, on a : Im(kTb)=sin(bkan)+ cos(bk,27c) soit 1 ou -1 pour bk,2 =0 ou 1 respectivement, indépendamment de la valeur de bka. Re donne l'information sur le premier jeu de bits et /ni celle sur le second jeu de bits. Dans le cas ou w/Tb est plus grand une phase supplémentaire 01= 1 bwa cp 0 ((k' -k)Tb) s'additionne à la phase attendue en Tb cpi (kTb) =bon + 01. De manière similaire, une phase 82 affecte -cp2. On a 10 alors : Re(kTb)=cos(bon + 01) - sin(0 2) Im(kTb)---sin(01) + cos(b"n+ 02) 15 Il faut avoir impérativement 01 «Tc/4et 02 « n/ 4 pour retrouver sans erreur chacun des bits émis au temps kTb. (c.à.d. afin que Re et Im soient toujours de valeur significativement positive (bit 0) ou négative (bit 1) mais jamais proches de zéro). Si par un filtrage temporel de dcp/dt on limite l'ISI aux bits émis aux temps compris entre (k -± N)Tb ou aura 012 MAX . (y + ln(N))w ITb «n14 , Où y=0,577... est la constante d'Euler. Cela donne pratiquement N«4,7 pour wrrb=0,37 , N«6,5 pour w/Tb=0,32 et N«39 pour w/Tb=0,185. Dans tous les cas un filtrage temporel limitant l'interférence entre impulsions de phase adjacentes est nécessaire. Des exemples sont donnés ci-dessous. Une façon de limiter l'ISI est d'utiliser pour la dérivée de la phase une Lorentzienne-Gaussienne comme indiqué plus haut en référence aux figures 3A et 3B, avec l'impulsion de phase élémentaire obtenue par intégration de dcp0,, (01 dt = exp(-t2 / 2s2)2w /(t2+w2)OÙ le paramètre p est un coefficient qui permet de conserver un incrément de phase total égal à 2n. Les figures 16A et 16B montrent en unité arbitraire les signaux Re 5 (figure 16A) et Im (figure 16B) pour une série de bits avec w/Tb =0,32 et 5/Tb =3,2 (-p=1,0811) ainsi que dcpi(t)I dt dcpo, I dt et dcp2(t)/dt =bk,2 dcpo, I dt Le spectre en fréquence correspondant pour une fréquence de porteuse fc =13 (unités 1/Tb) est montré sur la figure 17. 10 Le caractère BLU est bien conservé à part une faible composante de spectre dans la bande inférieure puisque la dérivée de phase élémentaire n'est plus strictement une Lorentzienne. On voit que plus de 90% du spectre est concentré dans une bande de fréquence 1/Tb soit la moitié du débit binaire (« bit rate »). 15 L'exemple suivant montre qu'on peut atteindre 98% du spectre dans une bande de fréquence égale à la moitié du débit binaire (bit rate) avec les paramètres : w/Tb =0,37 et 5/Tb =2,7 (-p=1,112). Les figures 18A et 18B montrent les signaux Re (figure 18A) et Im (figure 18B) et la figure 19 montre le spectre. 20 Ces deux exemples montrent qu'une efficacité spectrale (rapport du débit binaire sur la largeur spectrale) très élevée -2 bit/s/Hz peut être obtenue avec un spectre à BLU très ramassé. On décrira maintenant une application à une modulation mixte amplitude-phase à bande latérale unique : 25 Une application directe de la présente invention consiste à moduler le signal de la porteuse à la fois en amplitude et en phase. Dans ce qui précède, on a considéré uniquement une modulation de la phase (p(t). Le principe est de gérer une impulsion du signal, c.à.d. un signal 303 2 3 2 3 34 démarrant puis retournant à zéro. Pour une impulsion unique centrée en to et de largeur Iwo et pour l'impulsion élémentaire de phase cp(t) = cpo (t) = 2 arctan((t - to ) / wo ) : s(t)= cos(27tfct)+ cos(1-cfct + cpà (t)) Le signal peut aussi s'écrire sous la forme d'une modulation d'amplitude cos(cp, (t)/ 2) et de phase cp0(t)/2: s(t)= 2 cos(cpo (t)/ 2) cos(Itfct + cpo (t)/ 2) . On peut donc généraliser pour des impulsions où cp(t) = h cpo (t) (h = 1,2,3, ... ) avec : s(t) = cos( 23tfc t) - (_1)' COS(2nf t + h cp à (t)) Les figures 20A à 20C montrent le signal s(t) respectivement pour h=1, 2 et 3 et une modulation de largeur w/Tb =0,37 avec une porteuse fc = 13. Les signaux temporels sont orthogonaux entre eux. Le spectre résultant est donné par la somme du spectre à BLU (terme cos(2nfct+ cp(t))) et du spectre localisé à la fréquence fc ( terme cos(Itfct)), c'est donc bien un spectre à Bande Latérale Unique. Il est identique à celui donné en figures 1A à 1C , pour h=1, 2 et 3 respectivement, excepté un renforcement à la fréquence fc. On donnera ci-dessous quelques exemples pratiques de générateurs d'impulsions de phase à bande latérale unique: On peut effectuer une synthèse tout numérique de la porteuse et de sa modulation: pour des impulsions de phase générées jusqu'au rythme de quelques millions d'impulsions par seconde, et des porteuses jusqu'au GHz à l'état de l'art actuel, des méthodes numériques utilisant des processeurs rapides dédiés (en anglais « Digital Signal Processor » ou « DSP »), soit des processeurs rapides reconfigurables (en anglais « Field Programmable Gate array » ou « FPGA ») sont disponibles. Pour des débits plus faibles, actuellement inférieurs au million d'impulsions par seconde, mais susceptibles d'augmenter avec l'évolution de la technologie, des solutions économiques basées sur des cartes de 'radio logicielle' (en anglais « software radio ») peuvent être utilisées. Après conversion digitale/analogique Les quantités sin cp(t) et cos q)(t) sont générées puis envoyées séparément vers des mélangeurs comme dans le mode de réalisation de la figure 6 pour multiplier la partie en phase et la partie en quadrature de la porteuse. A titre d'alternative, toujours par synthèse numérique, la phase cp(t) est calculée suivie d'une conversion digitale/analogique puis envoyée vers un oscillateur ou un déphaseur contrôlé en tension. On peut également effectuer une synthèse analogique. Dans ce cas, en utilisant une phase élémentaire w08(t)telle que le recouvrement entre impulsions de phases séparées de 2NTb soit négligeable, la synthèse de dq)(t) I dt s'obtient à partir de la génération de 2N séquences périodiques d'impulsions deo, (01 dt de période 2NTb, chaque séquence étant décalée en temps de la précédente par Tb. La séquence périodique +0. dcpo; (t) I dt = dcp0'(t - (k + q)T b) I dt ,-Nsq Sur la figure 21, on voit un module 401 de fourniture des données bk =1 ou 0, un générateur 402 de lorentzienne, un module 403 de génération de phase, un module 404 d'intégration de phase, un générateur laser 406 de fréquence porteuse et un modulateur de phase électro-optique 405 qui permet de moduler directement la phase de l'onde, de telle sorte que, sous l'effet d'une tension représentant la variation de phase voulue, un signal optique à modulation de phase BLU est généré dans le modulateur 405 pour être transmis dans le réseau de communication optique. Diverses modifications et adjonctions peuvent être apportées aux exemples de réalisation décrits sans sortir du cadre de réalisation défini par les revendications annexées. En particulier, divers modes de réalisation peuvent se combiner entre eux si une indication contraire ne figure pas dans la description. REVENDICATIONS1. Procédé de modulation de phase d'une onde porteuse, caractérisé en ce que l'on crée un ensemble de signaux s1(t) constitués d'une onde de fréquence porteuse fi dont la phase cp(t) = h cpo (t) est modulée dans le temps t de telle sorte que sh(t)= cos(21c fit +hcpo(t)) , où h est un nombre entier et où cpo(t) = 2 arctan((t - to)/ wo) , la modulation correspondant à une impulsion de phase unique centrée au temps ta de durée caractéristique wo positive et incrémentant la phase du signal sh (t) de la quantité h23-c , de telle sorte que l'on génère directement un spectre de fréquence à bande latérale unique. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'onde porteuse est de type électromagnétique. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'onde porteuse est de type acoustique. 4. Procédé de transport d'une information binaire par codage de phase à bande latérale unique appliquant le procédé de modulation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que pour le codage binaire de la phase on établit que le kième bit de durée Tb contribue à la phase totale cp(t) de la porteuse par la quantité 2 bk arctan((t - kTb)/ w) où bk = bu 0 et la largeur w est comparable ou plus petite que la durée du symbole Tb ou on considère que la dérivée de la phase est une somme de Lorentziennes 2w /((t - kTh)2 + w2) centrées en k Tb et pondérées par le bitbk puis on intègre la phase qui est ensuite adjointe à la porteuse suivant un procédé de modulation de phase, les quantités cos cp(t) et sin cp(t) qui sont , les composantes en phase et en quadrature du signal de modulation, étant 3032 32 3 38 calculées et combinées aux amplitudes en phase cos 2rt fct et en quadrature sin 23-t fct de la porteuse pour obtenir le signal à transmettre sous la forme: s(t)= cos(27tfct + p(t)) = cos(27tfc t) cos cp(t) -sin(23-cfct ) sin cp(t) 5 5. Procédé de génération de signaux orthogonaux à bande latérale unique appliquant le procédé de modulation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que pour générer un ensemble de fonctions orthogonales u h(t) , h = 1,2,3, ...,N sur une durée finie Tb. pour leur exploitation en transmission de données avec un débit 1/ Tb par canal 10 d'information, on considère d'abord le cas où Tb est infini, ce qui définit une impulsion unique et on établit une base de fonctions orthogonales de la 1 I (I) dcpo (t) 1 + forme u, (t)- e"'° dt -'12ic (t iwr où la phase est cpo (t) = 2 arctan(t / w) ou on considère les signaux s1(t)=e1"c1)°(`) - (t ± iw)hpuis (t -iw)" on assure la séparation par orthogonalité de deux signaux sh(t)et sh,(t) en 15 effectuant l'intégration suivante -1 f+-s;,(t)s i(t) dt - ô, où ItJ-- " dcpo dt -2w 1(t2 + w2 ) apparaît comme un poids pour l'intégration, les signaux sh(t) étant à amplitude constante et le spectre des signaux sh(t) étant à bande latérale unique. 20 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'on généralise à des fonctions orthogonales sur un intervalle non plus infini mais fini Tb en considérant une série périodique d'impulsions de phase espacées de la durée Tb afin d'obtenir des signaux périodiques de la forme I sh(t)= effi (` 'Tb) - sin(,3r(t + iw)/ Tb,) , où la dérivée de la phase (po est une sinVt(t - iw) / Tb ) dcp dtdt Tb sin2(31t/Tb)+ sh2(nwITb) h et h' vérifient une relation d'orthogonalité sur l'intervalle de temps Tb : 1 ±Tb/2 f sh,(0s h(t)c149° dt = ôh , dCP° jouant le rôle de poids pour l'intégration, 23-EJ-Tbn dt ' dt de telle sorte qu'en calculant dcpopuis en procédant à une intégration pour dt obtenir la phase cpo(t,Tb) avant de synthétiser le signal sb(t)=em) , on obtient, avec une simple multiplication de la phase par un nombre entier, un jeu de signaux d'amplitude constante présentant le caractère d'orthogonalité et on obtient un spectre, discret, qui conserve la propriété de bande latérale unique. 7. Procédé d'émission en phase et hors phase de signaux binaires codés en phase à bande latérale unique appliquant le procédé de modulation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on module indépendamment la composante en phase et la composante en quadrature de la porteuse afin de doubler le débit d'information, le signal considéré étant de la forme suivante en étant constitué de la somme de deux amplitudes et n'étant pas à amplitude constante : s(t) = cos(231fct + cpi (t))+sin(23-cfct + cp 2 (0) avec les phases cp/ (t)= cpo (t - kTb ) et cp2 (t) = bk,2 cpo (t - kTb ) où l'on utilise deux jeux de bits indépendants /10(2) pour doubler le débit, le spectre de chacune des amplitudes hors phase et en phase étant à bande latérale unique, le signal total présentant lui-même la propriété de bande latérale 25 unique. somme périodique de fonctions lorentziennes, cette somme pouvant se réécrire sous la forme d'une fonction périodique de la forme: dcpo JI Sh(2704,/ Tb ) où deux signaux différents par les entiers 8. Procédé de modulation mixte du signal d'une porteuse à la fois en amplitude et en phase en appliquant le procédé de modulation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que pour des impulsions où la phase est exprimée sous la forme cp(t) =h cpo (t) (h = 1,2,3, ) on produit un signal de la forme s(t)= cos( Itfc t) - (-1)h cos( 27cfc t + h cp à (0) où le spectre résultant est à bande latérale unique. 10 9. Dispositif de génération d'impulsions de phase à bande latérale unique, pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un processeur rapide dédié DSP ou un processeur rapide reconfigurable FPGA, un convertisseur numérique/analogique, des premier et deuxième modules (105, 106) de détermination respectivement des 15 quantités sin cp(t) et cos cp(t), des premier et deuxième mélangeurs (109, 110) pour multiplier par lesdites quantités sin cp(t) et cos cp(t) respectivement la partie en phase et la partie en quadrature de phase de l'onde de fréquence porteuse fe et un circuit additionneur (111) pour combiner les signaux délivrés par lesdits premier et deuxième mélangeurs (109, 110). 20 10. Dispositif de génération d'impulsions de phase à bande latérale unique, pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif analogique de génération de 2N séquences périodiques d'impulsions dwo,s(t)/dt de période 2NTb, chaque séquence étant 25 décalée en temps de la précédente par Tb., le dispositif analogique utilisant une phase élémentaire cpo, (t) telle que le recouvrement entre impulsions de phases séparées de 2NTb soit négligeable, afin d'obtenir une synthèse de dcp(t)/dt et un dispositif de génération d'harmoniques de fréquence multiples 303 2 3 2 3 41 de 1/2NTb pour synthétiser une séquence périodique de signaux dcp0; (01 dt= dcpo,s(t -(k + q)Tb)I dt Nsq 11. Dispositif de démodulation d'un signal codé en phase à bande latérale unique, caractérisé en ce qu'il comprend un oscillateur local (203) de fréquence fc des premier et deuxième mélangeurs (204, 205), et un déphaseur 0°- 900 (206) permettant d'obtenir respectivement des composantes en phase et en quadrature cos(cp(t)) et sin(cp(t)) du signal de modulation, un module (207) de dérivation de chacune des composantes en phase et en quadrature cos(cp(t)) et sin(cp(t)) du signal de modulation et de multiplication de chacune des dérivées obtenues par l'autre des composantes en phase et en quadrature cos(cp(t)) et sin(cp(t)) du signal de modulation, afin d'obtenir la dérivée de la phase dcp/dt = cos cp(t)d (sin cp(t)) / dt -sin cp(t)d (cos cp(t)) /dt et un module de reconstitution d'une série d'impulsions lorentziennes initialement générées, comprenant un détecteur de seuil (208) avec une valeur moitié de l'amplitude d'une impulsion lorentzienne unique de manière à assurer la discrimination de la valeur d'un bit bk = bu 0 à un temps tk = kTb 12. Dispositif de démodulation de signaux par une base de signaux périodiques orthogonaux comprenant quatre niveaux d'amplitude incluant l'amplitude nulle, caractérisé en ce qu'il comprend un oscillateur local (303)de fréquence fc, des premier et deuxième mélangeurs (304, 305), et un déphaseur 0°- 900 (306) permettant d'obtenir respectivement des composantes en phase et en quadrature cos(cp(t)) et sin(cp(o) du signal de modulation, un dispositif de détection séparée des quatre niveaux h=0, 1, 2 et 3 des bits quaternaires en formant pour chacun des quatre niveaux d'amplitude, par un module (307) de démodulation associé à un générateur ,dcpo lorentzien de période Tb, les deux quantités R'(t)= (cos(cp(t) - hcpo (t, Tb )))° ^ dcpo et I h (t) = (sin(cp(t) - hcp0 (t, Tb ))) , un dispositif (308) de détermination de dt la convolution avec une fonction porte de largeur en temps Tb donnant 10 R11 (t) fR'(t - -c)dr et /h (t) = f/h (t - -r)dt à partir des quantités Rh(t) et i_Tb/2 i_Tb/2 Ih(t), un dispositif (309) de calcul de la quantité Rh(t)2 +/h(t)2 et un dispositif (310 à 313) de détection de seuil configuré pour déterminer qu'un pic observé dans cette quantité Rh(t)2+/h(t)2 à un instant t = kTh pour le niveau h=0, 1, 2 ou bien 3 signale que le bit L vaut h. 15 13 Dispositif de génération d'impulsions de phase à bande latérale unique dans le domaine optique, caractérisé en ce qu'il comprend un module (401) de fourniture des données bk = ou 0, un générateur (402) de lorentzienne, un module (403) de génération de phase, un module (404) d'intégration de 20 phase, un générateur laser (406) de fréquence porteuse et un modulateur de phase électro-optique (405) configuré pour moduler directement la phase de l'onde, de telle sorte que, sous l'effet d'une tension proportionnelle à la variation de phase voulue, un signal optique à modulation de phase BLU est généré dans le modulateur (405) pour être transmis dans un réseau de 25 communication optique.