Installation de transmission d'un signal au moyen d'une onde modulée en fréquence La présente invention a pour objet une instal lation pour la transmission d'un signal au moyen d'une onde modulée en fréquence.
Il est connu, afin d'améliorer le rapport signal/ bruit à la réception, d'effectuer une préaccentuation, c'est-à-dire de modifier, avant modulation, la répar tition spectrale du signal modulant à l'aide de cir cuits sélectifs affaiblissant les niveaux relatifs des fréquences basses par rapport à ceux des fréquences élevées, les récepteurs étant munis d'un filtre de désaccentuation rétablissant les niveaux relatifs con venables entre les différentes fréquences.
Ce procédé présente un double inconvénient d'une part, il entraîne une réduction de la capacité de modulation pour les composantes à fréquence élevée, d'autre part, il conduit à un élargissement de la bande passante qu'il est nécessaire d'adopter pour la transmission de l'onde modulée, si l'indice de modulation est faible, cet élargissement de la bande passante est très important et vient pratique ment limiter le taux de préaccentuation utilisable ainsi que l'amplitude maximum admissible pour les composantes à fréquences élevées de la modulation.
La présente invention, qui offre un intérêt par ticulier dans le cas d'une modulation de fréquence où l'indice de modulation est faible, permet d'obtenir une amélioration du rapport signal/bruit à la récep tion sans les inconvénients précités.
L'installation selon l'invention est caractérisée en ce que l'émetteur comporte, après le modulateur de fréquence, un filtre atténuant davantage les fréquen ces centrales que les fréquences latérales du spectre de fréquences de l'onde fournie par le modulateur de fréquence, et en ce que le récepteur comporte, avant le démodulateur de fréquence, un élément au moins dont la caractéristique amplitude relative/ fréquence compense dans l'intervalle de fréquences utile, la caractéristique dudit filtre.
Le dessin ci-annexé représente, à titre d'exemple, des courbes explicatives ainsi que deux formes d'exé cution de l'objet de l'invention, utilisant cette dis position.
La fig. 1 représente la caractéristique d'un filtre codeur à associer à un filtre décodeur dont la carac téristique est représentée par la fig. 2 ; la fig. 3 donne les schémas d'un poste émetteur et d'un .poste récepteur utilisant des éléments ayant les caractéristiques représentées aux fig. 1 et 2 et servant à la transmission de signaux par une onde porteuse modulée en fréquence;
la fig. 4 donne les schémas d'une chaîne d'émis sion et d'une chaîne de réception utilisant également des éléments ayant les caractéristiques représentées aux fig. 1 et 2 et servant à la transmission de signaux de télévision en couleurs dans un système utilisant une onde sous-porteuse modulée en fréquence.
On a représenté sur la fig. 1, à titre d'exemple, la caractéristique amplitude relative/fréquence, dans l'intervalle de fréquence utile, d'un filtre codeur uti lisable à l'émission dans l'intervalle de fréquences utile. Les fréquences sont portées en abscisses, la fréquence centrale étant située au point d'intersection de l'axe des x avec Oy et les amplitudes relatives en ordonnées. Les fréquences et les amplitudes rela tives sont représentées avec une échelle linéaire ; F3 et F4 sont les fréquences limites du spectre des composantes non négligeables de l'onde modulée.
Comme on le voit, la caractéristique du filtre codeur est choisie de manière à atténuer davantage les fré quences centrales que les fréquences latérales du spectre. On a également porté sur la figure les fré quences F1 et F., correspondant aux fréquences limites de l'excursion de fréquence dans le cas où la modulation utilisée est une modulation de fré quence.
Il est connu que si l'indice de modulation est faible, l'intervalle F; F,4 déborde considérable ment l'intervalle Fl-F@. De préférence, dans ce cas, la caractéristique du filtre est plus précisément choi sie de manière que les fréquences de l'intervalle Fi-F#, soient transmises avec un taux d'affaiblisse ment sensiblement constant dans cet intervalle.
La fig. 2 représente la caractéristique du filtre décodeur à associer au filtre codeur ci-dessus. Cette caractéristique est naturellement inverse de la pré cédente dans la bande de fréquences utile.
Il est bien évident que le passage d'une onde successivement par le filtre codeur puis par le filtre décodeur rétablit les niveaux relatifs convenables des différentes fréquences du spectre.
L'expérience a prouvé, et des considérations théoriques ont confirmé qu'une telle mesure entrai- nait, toutes choses égales d'ailleurs, une diminution du bruit affectant le signal reçu - soit bruit propre du récepteur, soit bruit introduit par des signaux parasites dans la transmission - et par conséquent une augmentation du rapport signal/bruit à la réception.
Il est à remarquer que la disposition décrite, qui peut conduire après passage dans le filtre codeur à un spectre d'onde modulée très différent de celui qui serait obtenu par une préaccentuation suivie d'une modulation, présente par rapport à ce dernier pro cédé les deux avantages essentiels suivants - L'amplitude admissible pour les composantes à fréquence élevées du signal de modulation ne subit aucune réduction.
- A distorsion égale, aucun élargissement de la bande passante allouée à la transmission du signal modulé en fréquence n'est nécessaire par rapport à la bande passante correspondant à une transmission sans modification des niveaux relatifs des composantes du spectre.
La disposition décrite peut donc être utilisée a) à une puissance émise égale, pour obtenir une augmentation du rapport signal/bruit du récep teur, b) à rapport signal/bruit égal pour obtenir une diminution de la puissance émise, dans ces deux cas sans augmentation de la bande passante et sans réduction du taux de modulation maximum admissible pour les fréquences élevées de modulation.
Elle présente en outre l'avantage de permettre des récepteurs de construction plus économique.
La disposition décrite présente un intérêt parti culier dans le cas d'une modulation de fréquence où l'indice de modulation est faible, autrement dit lors que le spectre de l'onde modulée, avant passage dans le filtre codeur, présente une partie centrale à forte concentration d'énergie, correspondant à l'intervalle d'excursion de fréquence, entourée par des bandes latérales relativement étendues mais à niveau d'éner gie beaucoup plus faible.
C'est le cas entre autres, de la transmission, par exemple par relais hertzien, de signaux à vidéo fréquence par onde ultrahaute fréquence modulée en fréquence. C'est le cas également de la transmission des signaux de chrominance par une onde sous- porteuse modulée en fréquence en télévision en couleurs.
Ces deux cas seront, à titre d'exemples, décrits plus en détail.
La fig. 3 se rapporte à la transmission de signaux à vidéofréquence par onde porteuse modulée en fréquence.
Sur la fig. 3, le poste émetteur comporte en série une source de signaux vidéo 1, un modulateur de fréquence 2, un filtre codeur 3, un amplificateur de puissance 4 et un aérien 5.
Le poste récepteur comporte en série un aérien 6, un amplificateur 7, un filtre décodeur 8, et un démo dulateur 9.
Le filtre codeur 3 de l'émetteur présente une caractéristique conforme à la fig. 1 et le filtre déco deur 8 une caractéristique conforme à la fig. 2.
Le fonctionnement apparaît immédiatement. Les signaux fournis par la source 1 modulent en fré quence une onde ultrahaute fréquence dans le modu lateur 2. L'onde modulée passe dans le filtre codeur et est émise après amplification de puissance dans l'amplificateur 4.
A la réception l'onde reçue passe, après ampli fication dans l'amplificateur 7, dans le filtre déco deur 8 dont la sortie fournit une onde modulée dont le spectre présente les mêmes niveaux relatifs que celui de l'onde obtenue à la sortie du modulateur 2. Cette onde est démodulée en 9 et le signal à vidéo fréquence est recueilli en 10.
L'insertion des filtres codeur et décodeur permet notamment d'obtenir dans une transmission par câble hertzien soit une augmentation de la portée, soit une augmentation du rapport signal/bruit pour une puissance émise et une bande passante données.
Il est à remarquer que le filtrage de codage à l'émission, du moment qu'il est effectué après modu lation, n'est pas nécessairement effectué à la fré quence de transmission et peut être effectué à une fréquence intermédiaire quelconque si l'émission s'effectue avec des transpositions de fréquence.
De plus, le décodage n'est pas nécessairement effectué à la fréquence de réception, ni à la même fréquence que le filtrage de codage, à condition qu'il soit effectué avant démodulation. Par exemple, le filtrage de codage peut être effectué à la fréquence de transmission tandis que le décodage serait effectué à une fréquence intermédiaire dans un récepteur comportant un ou plusieurs étages à fréquences intermédiaires ; dans ce cas, la caractéristique du filtre décodeur correspond toujours à l'inverse de la caractéristique du filtre codeur, mais naturellement avec une translation de fréquence faisant correspon dre dans les deux cas les intervalles de fréquences utiles, respectivement centrés sur les fréquences por teuses correspondantes.
Le récepteur ne nécessite pas obligatoirement l'adjonction du filtre décodeur ; il suffit de modifier les amplificateurs haute fréquence ou à fréquence intermédiaire, ou leurs réglages, afin que la réponse globale avant détection soit identique à celle qui serait obtenue par l'adjonction d'un filtre. Cette disposition, non seulement permet d'économiser le coût du filtre décodeur mais peut en outre conduire à des amplificateurs de prix moins élevé.
La fig. 4 représente l'application de la disposition décrite à un poste émetteur et à un poste récepteur, dans le cas d'une transmission de télévision en cou leurs, dans un système où sont transmis simultané ment deux signaux vidéo, l'un modulant directement la porteuse, l'autre modulant en fréquence une sous- porteuse comprise dans la bande passante de l'onde porteuse modulée.
Une telle sous-porteuse, dont l'emploi offre par ailleurs des avantages bien connus, présente par contre l'inconvénient de créer certains défauts gênants sur les images, en particulier sur les images restituées par les récepteurs monochromes utilisant le signal, par exemple de luminance, qui module directement l'onde porteuse.
Si cette sous-porteuse présente un niveau rela tivement élevé par rapport au signal transmis direc tement, la diaphonie introduite dans le signal de luminance peut devenir très gênante. Si elle présente un niveau trop faible, le signal qu'elle sert à trans mettre est mal protégé contre le bruit et contre la diaphonie produite par le signal de luminance, étant donné d'autre part que des considérations de bande passante limitent l'excursion de fréquence utilisée.
L'application de la disposition décrite à ce cas permet notamment de diminuer l'amplitude de la sous-porteuse sans augmentation de bruit.
La chaîne d'émission (voir fig. 4) comporte une source de signaux vidéo 14, fournissant sur sa sortie 23, un signal vidéo, que l'on supposera de luminance, et sur sa sortie 11 un signal vidéo de chrominance, qui peut être l'un de deux signaux vidéo de chromi- nance transmis séquentiellement. La sortie 11 est reliée à l'entrée d'un modulateur de fréquence 12, suivi en série par un filtre codeur 13, un mélangeur 15 dont la première entrée est reliée au filtre 13, un émetteur 16 et un aérien 17 ; la seconde entrée du mélangeur 15 est reliée à la sortie 23 de la source de signaux vidéo 14.
La chaîne de réception comporte en série un aérien 18, un récepteur 19, et un séparateur 20 à deux sorties dont l'une est reliée à un filtre décodeur 21 suivi d'un démodulateur 22.
Le filtre codeur 13 et le filtre 21 présentent des caractéristiques inverses l'une de l'autre et ces caractéristiques sont par exemple des types des fig. 1 et 2. A l'émission le signal de chrominance fourni sur la sortie 11 de la source de signaux 14 module en fréquence une sous-porteuse dans le modulateur 12 ; l'onde modulée obtenue passe dans le dispositif codeur 13 et de là est appliquée au mélangeur 15 où elle est mélangée avec le signal de luminance fourni, sur sa sortie 23, par la source de signaux 14. Le signal de sortie du mélangeur constitue le signal à transmettre par onde porteuse, appliqué à l'émet teur 16, de type quelconque.
A la réception, l'onde porteuse est reçue et démodulée dans le récepteur 19 dont le signal de sortie est appliqué au séparateur 20 fournissant sur sa sortie 24 le signal de luminance et sur son autre sortie la sous-porteuse modulée qui passe par le filtre décodeur 21 et est ensuite démodulée dans le démo- dulateur 22, le signal de chrominance étant recueilli sur la sortie 25. Les signaux 24 et 25 sont ensuite utilisés suivant l'art connu pour la restitution de l'image en couleurs.
Ici encore, le décodage peut être effectué, avant démodulation, à une fréquence différente de celle à laquelle le filtrage de codage a eu lieu à l'émission, à condition que le spectre de fréquences correspondant à la sous-porteuse modulée soit préalablement séparé du reste du spectre de fréquences de la porteuse. Il peut aussi, comme dans le montage précédent, être effectué au moyen d'un amplificateur.
Cette disposition ne nécessite évidemment aucune modification des postes récepteurs monochromes utilisant le seul signal modulant directement la por teuse.
La disposition décrite pourrait, dans une variante, être combinée avec une préaccentuation.
Dans le cas d'une onde sous-porteuse et d'une onde porteuse, elle peut être appliquée à l'une et à l'autre.
Dans le cas où la transmission s'effectue à bandes latérales dissymétriques, la disposition décrite est encore applicable. Dans ce cas, il faut, bien entendu, entendre par (@ fréquences centrales les fréquences voisines de la fréquence porteuse, et par ( < fréquences latérales les fréquences latérales qui subsistent dans le spectre conservé.
En outre, elle ne s'applique pas uniquement à une transmission par voie hertzienne. L'onde modulée peut par exemple alimenter un enregistreur magné tique, notamment de signaux de télévision. Dans le schéma de la fig. 3, ceci correspondrait à remplacer respectivement l'antenne d'émission 5 et l'antenne de réception 6 respectivement par la tête d'enregistre ment et la tête de lecture d'un enregistreur magné tique.
Installation for transmission of a signal by means of a frequency modulated wave The present invention relates to an installation for the transmission of a signal by means of a frequency modulated wave.
It is known, in order to improve the signal / noise ratio at reception, to carry out a pre-emphasis, that is to say to modify, before modulation, the spectral distribution of the modulating signal using circuits. selective attenuating the relative levels of the low frequencies compared to those of the high frequencies, the receivers being provided with a de-emphasis filter restoring the appropriate relative levels between the different frequencies.
This method has a double drawback on the one hand, it leads to a reduction in the modulation capacity for the high-frequency components, on the other hand, it leads to a widening of the passband that it is necessary to adopt for transmission of the modulated wave, if the modulation index is low, this broadening of the passband is very important and practically limits the usable pre-emphasis rate as well as the maximum admissible amplitude for the high-frequency components of modulation.
The present invention, which is of particular interest in the case of frequency modulation where the modulation index is low, makes it possible to obtain an improvement in the signal / noise ratio on reception without the aforementioned drawbacks.
The installation according to the invention is characterized in that the transmitter comprises, after the frequency modulator, a filter which attenuates the central frequencies more than the side frequencies of the frequency spectrum of the wave supplied by the frequency modulator, and in that the receiver comprises, before the frequency demodulator, at least one element whose relative amplitude / frequency characteristic compensates in the useful frequency interval for the characteristic of said filter.
The attached drawing represents, by way of example, explanatory curves as well as two embodiments of the object of the invention, using this arrangement.
Fig. 1 represents the characteristic of an encoder filter to be associated with a decoder filter, the characteristic of which is represented by FIG. 2; fig. 3 gives the diagrams of a transmitting station and a receiving station using elements having the characteristics shown in FIGS. 1 and 2 and used for the transmission of signals by a frequency modulated carrier wave;
fig. 4 gives the diagrams of a transmission chain and of a reception chain also using elements having the characteristics shown in FIGS. 1 and 2 and used for the transmission of color television signals in a system using a frequency modulated subcarrier wave.
There is shown in FIG. 1, by way of example, the relative amplitude / frequency characteristic, in the useful frequency interval, of a coder filter which can be used on transmission in the useful frequency interval. The frequencies are plotted on the abscissa, the central frequency being located at the point of intersection of the x-axis with Oy and the relative amplitudes on the ordinate. The frequencies and the relative amplitudes are represented with a linear scale; F3 and F4 are the limit frequencies of the spectrum of the non-negligible components of the modulated wave.
As can be seen, the characteristic of the encoder filter is chosen so as to attenuate the central frequencies more than the side frequencies of the spectrum. The frequencies F1 and F. have also been shown in the figure, corresponding to the limit frequencies of the frequency excursion in the case where the modulation used is a frequency modulation.
It is known that if the modulation index is low, the interval F; F, 4 considerably exceeds the interval F1-F @. Preferably, in this case, the characteristic of the filter is more precisely chosen so that the frequencies of the interval Fi-F # are transmitted with a substantially constant attenuation rate in this interval.
Fig. 2 represents the characteristic of the decoder filter to be associated with the above encoder filter. This characteristic is naturally the reverse of the preceding one in the useful frequency band.
It is quite obvious that the passage of a wave successively through the encoder filter then through the decoder filter re-establishes the appropriate relative levels of the different frequencies of the spectrum.
Experience has proven, and theoretical considerations have confirmed that such a measure leads, all other things being equal, to a reduction in the noise affecting the received signal - either the receiver's own noise or noise introduced by parasitic signals. in transmission - and therefore an increase in signal-to-noise ratio at reception.
It should be noted that the arrangement described, which can lead, after passing through the encoder filter to a modulated wave spectrum very different from that which would be obtained by a pre-emphasis followed by a modulation, present with respect to the latter process. following two main advantages - The allowable amplitude for the high frequency components of the modulating signal is not reduced.
- At equal distortion, no widening of the pass band allocated to the transmission of the frequency modulated signal is necessary compared to the pass band corresponding to a transmission without modification of the relative levels of the components of the spectrum.
The arrangement described can therefore be used a) at an equal transmitted power, to obtain an increase in the signal / noise ratio of the receiver, b) at an equal signal / noise ratio, to obtain a reduction in the transmitted power, in these two cases without increase in passband and without reducing the maximum allowable modulation rate for high modulation frequencies.
It also has the advantage of allowing receivers of more economical construction.
The arrangement described is of particular interest in the case of frequency modulation where the modulation index is low, in other words when the spectrum of the modulated wave, before passing through the encoder filter, has a central part to high energy concentration, corresponding to the frequency deviation interval, surrounded by relatively wide sidebands but at much lower energy level.
This is the case, among others, of the transmission, for example by radio relay, of frequency video signals by frequency modulated ultrahigh frequency waves. This is also the case for the transmission of chrominance signals by a frequency modulated subcarrier wave in color television.
These two cases will be described in more detail by way of example.
Fig. 3 relates to the transmission of video frequency signals by frequency modulated carrier wave.
In fig. 3, the transmitter station comprises in series a video signal source 1, a frequency modulator 2, an encoder filter 3, a power amplifier 4 and an aerial 5.
The receiver station comprises in series an aerial 6, an amplifier 7, a decoder filter 8, and a demodulator 9.
The encoder filter 3 of the transmitter has a characteristic in accordance with FIG. 1 and the deco deur filter 8 a characteristic in accordance with FIG. 2.
Operation appears immediately. The signals supplied by source 1 frequency modulate an ultrahigh frequency wave in modulator 2. The modulated wave passes through the encoder filter and is transmitted after power amplification in amplifier 4.
On reception, the received wave passes, after amplification in amplifier 7, into decoder filter 8, the output of which provides a modulated wave whose spectrum has the same relative levels as that of the wave obtained at the output of the modulator 2. This wave is demodulated at 9 and the video frequency signal is collected at 10.
The insertion of the encoder and decoder filters makes it possible in particular to obtain, in a transmission by wireless cable, either an increase in the range, or an increase in the signal / noise ratio for a transmitted power and a given bandwidth.
It should be noted that the encoding filtering on transmission, as long as it is carried out after modulation, is not necessarily carried out at the transmission frequency and can be carried out at any intermediate frequency if the transmission is carried out with frequency transpositions.
Moreover, the decoding is not necessarily carried out at the reception frequency, nor at the same frequency as the coding filtering, provided that it is carried out before demodulation. For example, the coding filtering can be carried out at the transmission frequency while the decoding would be carried out at an intermediate frequency in a receiver comprising one or more stages at intermediate frequencies; in this case, the characteristic of the decoder filter always corresponds to the inverse of the characteristic of the encoder filter, but naturally with a frequency translation making correspond in both cases the useful frequency intervals, respectively centered on the corresponding carrier frequencies .
The receiver does not necessarily require the addition of the decoder filter; it suffices to modify the high-frequency or intermediate-frequency amplifiers, or their settings, so that the overall response before detection is identical to that which would be obtained by adding a filter. This arrangement not only saves the cost of the decoder filter but can also lead to lower priced amplifiers.
Fig. 4 shows the application of the arrangement described to a transmitter and to a receiver, in the case of color television transmission, in a system where two video signals are transmitted simultaneously, one directly modulating the carrier, the other frequency modulating a subcarrier included in the passband of the modulated carrier wave.
Such a subcarrier, the use of which moreover offers well-known advantages, presents on the other hand the drawback of creating certain annoying defects on the images, in particular on the images restored by monochrome receivers using the signal, for example from luminance, which directly modulates the carrier wave.
If this subcarrier has a relatively high level relative to the directly transmitted signal, the crosstalk introduced into the luminance signal can become very troublesome. If it has a level that is too low, the signal it is used to transmit is poorly protected against noise and against crosstalk produced by the luminance signal, given on the other hand that bandwidth considerations limit the excursion. frequency used.
Applying the arrangement described to this case makes it possible in particular to reduce the amplitude of the subcarrier without increasing noise.
The transmission chain (see FIG. 4) comprises a source of video signals 14, supplying at its output 23, a video signal, which will be assumed to be luminance, and on its output 11 a video signal of chrominance, which can be one of two sequentially transmitted chrominance video signals. The output 11 is connected to the input of a frequency modulator 12, followed in series by an encoder filter 13, a mixer 15 whose first input is connected to the filter 13, a transmitter 16 and an aerial 17; the second input of mixer 15 is connected to output 23 of video signal source 14.
The reception chain comprises in series an aerial 18, a receiver 19, and a separator 20 with two outputs, one of which is connected to a decoder filter 21 followed by a demodulator 22.
The encoder filter 13 and the filter 21 have characteristics that are the opposite of each other and these characteristics are, for example, of the types of FIGS. 1 and 2. On transmission, the chrominance signal supplied on the output 11 of the signal source 14 frequency modulates a sub-carrier in the modulator 12; the modulated wave obtained passes into the encoder device 13 and from there is applied to the mixer 15 where it is mixed with the luminance signal supplied, on its output 23, by the signal source 14. The output signal of the mixer constitutes the signal to be transmitted by carrier wave, applied to the emitter 16, of any type.
On reception, the carrier wave is received and demodulated in the receiver 19, the output signal of which is applied to the splitter 20 supplying on its output 24 the luminance signal and on its other output the modulated sub-carrier which passes through the filter decoder 21 and is then demodulated in demodulator 22, the chrominance signal being collected at output 25. Signals 24 and 25 are then used according to the known art for the reproduction of the color image.
Here again, the decoding can be carried out, before demodulation, at a frequency different from that at which the coding filtering took place on transmission, provided that the frequency spectrum corresponding to the modulated subcarrier is previously separated from the rest of the carrier frequency spectrum. It can also, as in the previous assembly, be carried out by means of an amplifier.
This arrangement obviously does not require any modification of the monochrome receiving stations using the sole signal directly modulating the carrier.
The arrangement described could, in a variant, be combined with a pre-emphasis.
In the case of a sub-carrier wave and a carrier wave, it can be applied to both.
In the case where the transmission takes place in asymmetrical sidebands, the arrangement described is still applicable. In this case, it is of course necessary to understand by (@ central frequencies the frequencies close to the carrier frequency, and by (<side frequencies the side frequencies which remain in the conserved spectrum.
In addition, it does not apply only to transmission over the air. The modulated wave can for example supply a magnetic recorder, in particular for television signals. In the diagram of fig. 3, this would correspond to replacing respectively the transmitting antenna 5 and the receiving antenna 6 respectively by the recording head and the read head of a magnetic recorder.