1、 Rap. UIT-R M.2026 1 RAPPORT UIT-R M.2026 Adaptabilit de la technologie de bande latrale unique zro rel aux communications de donnes en ondes dcamtriques (2001) 1 Introduction Les systmes de transmission automatiss ondes dcamtriques ont apport un certain nombre de solutions novatrices des problmes q
2、ue posaient depuis longtemps les liaisons radiolectriques ondes dcamtriques, comme par exemple le choix des canaux, le fonctionnement sans surveillance et linteroprabilit; ces systmes balayaient, rapidement et automatiquement, un ensemble de frquences, la recherche des tonalits modems transportant l
3、eurs indicatifs dappel. Les systmes dtablissement automatique de liaisons (EAL) ont t, en consquence, mis au point aprs lchec de plusieurs solutions industrielles, pour ensuite tre essays et recevoir la confirmation du march Johnson et autres, 1997. La technique EAL, normalise dans la MIL-STD-188-14
4、1A et la FED-STD-1045, est ltude lUIT-R. Une station de radiocommunication dote de cette technique EAL comprend un contrleur EAL, un quipement radiolectrique bande latrale unique (BLU) pouvant tre rgul et des quipements de transmission, comme des antennes, etc. Les stations automatises plus avances
5、comportent en plus des modems de donnes ondes dca-mtriques grande vitesse, des contrleurs de rseautique, etc. Le systme BLU, ralis dans les annes 1910, continue dtre trs utilis en radiocommunication ondes dcamtriques Maslin, 1987. Il offre en effet lavantage particulier dune faible largeur de bande,
6、 bien quil soit difficile de maintenir la transparence des signaux lorsquils traversent des envi-ronnements propices aux vanouissements. Pour rsoudre ce problme, les Postes britanniques ont mis au point dans les annes 1960 le systme Lincompex. Au cours du processus de dmodulation, les systmes BLU cl
7、assiques, dont le Lincompex, doivent tre pourvus dun circuit de contrle automatique de gain (CAG) pour annuler la dgradation en amplitude et dun circuit clarificateur pour accorder la frquence; sans ces deux circuits, le signal dtect est fortement dgrad. Pour surmonter les inconvnients des systmes B
8、LU classiques, lide de zro rel a t applique avec succs au Japon Daikoku et Suwa, 1988 pour tablir la technique de bande latrale unique zro rel (BLU zro rel (BLU ZR) pour les bandes ondes mtriques et dcimtriques. La BLU est en effet lune des mthodes de modulation les plus prometteuses pour utiliser,
9、de manire aussi efficace que possible, le spectre, limit, des frquences radiolectriques. Le prsent Rapport expose en dtail la technique BLU ZR qui semble bien se prter la trans-mission de donnes sur des liaisons radio ondes dcamtriques. 2 La technique BLU ZR La technique BLU ZR combine deux techniqu
10、es qui emploient le traitement numrique du signal, savoir la modulation BLU et la rception par modulation de phase. 2.1 Conception de lmetteur Comme une porteuse joue des rles importants dans le processus de dtection de la BLU ZR, la BLU pourvue dun signal multiplex rduit est adapte en signaux mette
11、urs. 2 Rap. UIT-R M.2026 2.1.1 Gnration du signal BLU Pour gnrer des signaux BLU il existe trois mthodes: la mthode par filtre, la mthode de mise en phase (dplacement de phase) et la mthode de Weaver Sabin et Schoenike, 1987, parmi lesquelles on choisit la mthode de mise en phase, tant donn que le s
12、ignal BLU peut tre gnr sans utilisation dun filtre passe-bande (BPF) se caractrisant par une forte attnuation qui entrane une forte dgradation du signal dinformation. La mthode de mise en phase exige toutefois la prsence dun transformateur Hilbert pour obtenir un signal dinformation dune prcision ra
13、isonnable; tant donn quil est assez difficile de raliser concrtement un transformateur Hilbert, on aura soin de fabriquer un circuit intgration grande chelle (LSI, large scale integration) utilisant le traitement numrique du signal. 2.1.2 Amplificateur de puissance linaire La solution la plus simple
14、 pour accrotre la puissance du signal reu est daccrotre la puissance de lmetteur. Lopration peut toutefois provoquer des effets parasites au niveau du terminal dmission et entranera une aggravation de la pollution du spectre des frquences radiolectriques. La contre-raction en radiofrquence (RF) peut
15、 permettre de rduire la distorsion et de phase et damplitude, mais les techniques de contre-raction RF classiques ont des limites: une certaine quantit du signal de sortie RF, exprime comme une quantit scalaire, est simplement retourne au port dentre. Rcemment, une technique en boucle de contre-ract
16、ion cartsienne, dans le cadre de laquelle la valeur de contre-raction est traite dans la coordonne (orthogonale) cartsienne linstar de ce qui est fait avec une quantit vectorielle, a t mise au point pour fabriquer un amplificateur linaire pour les systmes bande troite dans les bandes mtriques et dci
17、mtriques Nagata, 1989. Comme la paire de circuits Hilbert est, par dfinition, orthogonale Hahn, 1996, cette technique de la boucle de contre-raction cartsienne peut tre facilement utilise pour fabriquer lamplificateur linaire destin au systme BLU. 2.1.3 Largeur de bande du signal dinformation La lar
18、geur de bande du signal dinformation pour les systmes BLU classiques va de 350 Hz 2,7 kHz, avec un espacement des canaux de 3,0 kHz; par comparaison, la limite suprieure de la largeur de bande quivalente pour un systme BLU ZR peut atteindre 3,4 kHz. 2.2 Conception du rcepteur pour viter toute dgrada
19、tion due une porteuse mal accorde et pour en assurer limmunit contre les vanouissements Etant donn que les systmes BLU sont sensibles au phnomne de synchronisation des porteuses et de forts vanouissements dans des environnements mobiles, on a recours, au niveau du processus de dmodulation des systme
20、s BLU ZR, deux techniques novatrices pour rsoudre ces problmes. 2.2.1 Nouvelle mthode de dmodulation La premire est une nouvelle mthode de dmodulation qui utilise les passages zro des signaux reus. Le rcepteur dun systme BLU classique emploie la fois un circuit CAG et un clarificateur (ou oscillateu
21、r haute stabilit), or ces circuits limitent leurs performances; les systmes BLU ZR ont recours une solution compltement diffrente pour obtenir une qualit de transmission sup-rieure, sans employer ces circuits limitant les performances du rcepteur. En 1977, M. Benjamin F. Logan des Laboratoires Bell
22、a montr, en appliquant la thorie des fonctions entires, quil est possible de reconstituer linformation, sans aucune perte, partir des passages zro des signaux de la bande passante, comme avec la BLU ZR Logan, 1977, Rap. UIT-R M.2026 3 cest-dire quil est inutile, contrairement ce qui est fait avec la
23、 BLU classique, de reconstituer le signal dinformation partir la fois de lenveloppe et de la phase du signal BLU reu; un signal dinformation peut donc tre reconstitu indpendamment de lamplitude du signal, comme en modulation de frquence. M. Logan na toutefois pas dmontr comment reconstituer le signa
24、l dinformation partir des passages zro et a indiqu dans sa communication quil serait difficult and impractical de le faire. La mthode de dmodulation BLU ZR constitue une solution, simple et pratique, du problme. Les passages zro sont mathmatiquement exprims par des zros rels, et non complexes; cest
25、pourquoi la technique dcrite ici a t baptise BLU ZR en hommage aux travaux thoriques de M. Logan. Avec cette nouvelle mthode de dmodulation, le rcepteur de BLU ZR est radicalement diffrent de celui dun systme BLU classique. Le rcepteur BLU ZR, de base, se compose dun limiteur strict damplitude, dun
26、discriminateur de frquence, dun intgrateur et dun linarisateur. Un signal reu, BLU porteuse rduite, est dabord trait pour relever le niveau de la porteuse afin de crer une BLU porteuse complte, cest-dire un signal BLU ZR, o linformation des passages zro ne peut tre trouve que dans la composante de p
27、hase. Pour dtecter avec prcision cette dernire, la variation damplitude doit tre supprime laide dun limiteur strict damplitude, dont la phase du signal produit est dtecte laide dun discriminateur de frquence et dun intgrateur. Le signal intgr est ensuite trait par un linarisateur qui reproduit exact
28、ement le signal dinformation transmis. Le circuit le plus important pour un rcepteur BLU ZR est le linarisateur, circuit complexe dont la taille est rduite celle dun circuit intgr, la prcision tant obtenue grce lutilisation du dernier cri de la technique numrique du traitement du signal. Dans le pro
29、cessus de dmodulation BLU ZR nouvellement mis au point, la composante porteuse est toujours convertie en composante continue des signaux dinformation. Le rcepteur BLU ZR est donc totalement labri de leffet de dgradation caus par une porteuse mal accorde, cest-dire des glissements de frquence porteus
30、e et/ou de phase, dgradation que subissent les rcepteurs des systmes BLU classiques qui doivent donc tre dots dun clarificateur (ou dun oscillateur haute stabilit). 2.2.2 Technique anti-vanouissement La deuxime innovation consiste utiliser les techniques anti-vanouissement. Comme leffet de lvanouiss
31、ement est multiplicatif, les deux composantes, damplitude et de phase, des signaux reus sont dgrades par un fort vanouissement; malheureusement, dans les systmes BLU classiques aucune solution na t trouve pour compenser cette dgradation. Dans le processus de dmo-dulation BLU ZR lamplitude chappe en
32、revanche toute dgradation grce lutilisation du limiteur strict, de mme que lon utilise un annuleur modulation de frquence alatoire pour supprimer la dgradation de la composante de phase contamine par lvanouissement. Dans le cas dune rception dune seule source, il suffit demployer un annuleur de brui
33、t modulation de frquence alatoire dont la phase du signal de sortie est compltement indpendante de la phase du signal dentre provenant dune antenne; dans le cas, correspondant un systme BLU ZR, dune rception en double diversit utilisant une technique en combinaison galit de gain, la rception obtenue
34、 est dans une grande mesure labri des vanouissements; toutefois, il est difficile dobtenir lespacement suffisant des antennes dans le dispositif de rception ou dmission pour la bande ondes dcamtriques. Cela tant, la diversit en polarisation, plutt quen espace, peut permettre de rduire les configurat
35、ions dantenne, ainsi que la taille des installations. 4 Rap. UIT-R M.2026 3 Essai en service rel de la BLU ZR Il existe une grande diffrence entre les caractristiques de propagation des bandes ondes dca-mtriques et des bandes ondes mtriques. Il est prouv que la BLU ZR, qui constitue une innovation r
36、emarquable par rapport la BLU classique dans les bandes ondes mtriques, peut servir surmonter les faiblesses, fondamentales et classiques, en communication ondes dcam-triques; pour ce faire, des essais en service rel, employant 4 frquences 3, 5, 8 et 11 MHz, sont effectus pour tudier si la BLU ZR se
37、 prte aux bandes ondes dcamtriques; ils sattacheront en particulier examiner si elle permet damliorer la qualit de transmission dans des environnements dvanouissement et si elle se prte la transmission de donnes dans les conditions techniques et rglementaires actuelles. La qualit de transmission de
38、la BLU ZR a fait lobjet dexamens approfondis dans le cadre de tests de laboratoire et dessais en service rel utilisant des bandes ondes mtriques. Des expriences de laboratoire ont en outre t effectues pour valuer cette mme qualit en utilisant des simulateurs de propagation mobiles qui peuvent simule
39、r avec prcision les environnements dvanouissement caractristiques des canaux radiolectriques mobiles et des environnements de bruit thermique. Ce systme permet de tester les conditions dmission et de rception de toute une gamme de signaux dinformation (par exemple, tonalit, tlphonie, musique, modem
40、diffrents dbits binaires, tlcopie G3, image immobile, etc.). En 1992, des essais en service rel de la BLU ZR ont t effectus dans la zone mtropolitaine de Tokyo dans la bande 150 MHz; en 1995, des dmonstrations ont en outre t effectues sur le terrain Washington DC et Denver, Colorado, laide de canaux
41、 dans la bande 220 MHz Daikoku et Yamada, 1995, qui ont permis dobtenir une excellente transmission dimages photo-graphiques, dans des environnements dvanouissement, au moyen dun tlcopieur G3 9,6 kbit/s. La robustesse de la BLU ZR aux environnements de fort vanouissement en bande ondes mtriques, dmo
42、ntre par des tests de laboratoire ainsi que par des essais en service rel, permet denvisager une large gamme dapplications. La BLU ZR est la seule technique BLU capable dmettre et de recevoir une image ainsi que de la musique de qualit leve sans aucune dgradation due au mauvais calage dune porteuse
43、mme dans des environnements de fort vanouissement. 4 Comparaison et conclusion 4.1 Systme Lincompex contre BLU ZR Lutilisation des ondes ionosphriques pour les communications grande distance prsente un certain nombre dinconvnients, par exemple: fort vanouissement, vanouissement de longue dure, disto
44、rsion de temps de propagation due la multitude des trajets possibles, variation de laltitude de la couche ionosphrique, dplacement entre lmetteur et le rcepteur, etc. Pour rsoudre ces problmes en bande ondes dcamtriques, le systme Lincompex a t conu, puis adopt comme norme UIT-R (Recommandation UIT-
45、R F.455-2 (1998) Systme de transmission amlior pour circuits radiotlphoniques sur ondes dcamtriques). Le principe fondamental de la technique de traitement du signal utilis dans ce systme consiste comprimer les variations de niveaux des signaux dentre une amplitude constante aux fins dmission; ces m
46、mes signaux sont, aprs rception, reconvertis leurs niveaux originels sous leffet dun signal de commande mis spa-rment. Il est devenu maintenant possible de raliser des systmes Lincompex utilisant le dernier cri de la technique de traitement numrique du signal et de les intgrer dans des liaisons radi
47、o-lectriques ondes dcamtriques. Rap. UIT-R M.2026 5 Les systmes Lincompex tant, par essence, destins amliorer la qualit de la transmission des signaux vocaux des services de radiotlphonie mobile maritime en ondes hectomtriques et dcamtriques, il est naturel quils ne soient pas en mesure de prendre en charge des signaux modem. Ces systmes subissent encore les effets de dgradation causs par des facteurs tels que le mauvais c
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