FR2949631A1 - Dispositif emission reception large bande permettant l'emission et la reception de signaux d'un canal selectionne dans une bande passante etendue dynamiquement - Google Patents

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Abstract

Le procédé proposé permet d'augmenter sensiblement et dynamiquement la bande de fréquence opérationnelle d'un dispositif émission réception large bande sans dégradation des performances, ceci grâce à la mise en oeuvre d'une architecture particulière et une répartition judicieuse des contraintes techniques sur les sous ensembles analogiques et numériques d'un terminal utilisateur.

Description

Dispositif émission réception larqe bande permettant l'émission et la réception de siqnaux d'un canal sélectionné dans une bande passante étendue dynamiquement L'invention concerne un dispositif émission réception large bande permettant l'émission et la réception de signaux d'un canal sélectionné dans une bande passante étendue dynamiquement.
10 Dans le domaine des télécommunications sans fils, l'augmentation croissante du nombre de standards (GSM, UMTS, WiFi, GPS, DVBT/H, WIMAX ...), d'utilisateurs, et de services proposés, rendent la gestion du spectre des fréquences radio de plus en plus difficile. Pour de nombreux acteurs économiques dans le monde, l'une des solutions 15 consiste à accélérer l'avènement des systèmes de radio logicielle. Les promesses de cette technologie en termes d'interopérabilité et de flexibilité représentent une avancée majeure pour les systèmes de télécommunications de demain. Les systèmes d'émission et de réception sans fils devraient ainsi être capables de s'adapter et de se reconfigurer en temps réel pour s'adapter à 20 une ou plusieurs applications données.
Les ressources technologiques actuelles ne permettent pas la réalisation du schéma idéal de logiciel Radio, mais les constructeurs développent des solutions de logiciel dite "Software Defined Radio" (SDR) de radio logicielle 25 restreinte, qui permettent tout de même d'utiliser le fait que le traitement en bande de base est programmable et ainsi d'utiliser les processeurs dédiés au traitement du signal. La solution logicielle SDR est donc intéressante lorsqu'on cherche à développer des terminaux multifonctions, multistandards, et par conséquent multiservices. 30 L'invention s'inscrit dans ce contexte et plus particulièrement dans le cas des terminaux mobiles multi-applications. Les bandes de fréquences allouées pour ces applications seront très variables d'un continent à un autre et même d'un5 pays à un autre d'où l'intérêt d'une souplesse pour sélectionner les fréquences dans une large gamme de fréquence sans changer de terminal utilisateur ou hardware La figure 1 illustre un état de l'art. Il s'agit d'adresser plusieurs bandes de fréquence A, B et C correspondantes à des applications distinctes. Les terminaux émission/réception sont ainsi constitués de plusieurs voies de réception, voie 1 à voie 3, mises en parallèle et construites autour de plusieurs éléments RF intégrés RFIC1 à RFIC3 associés à des éléments frontaux FE1 à FE3 (FE pour Front End) d'une antenne ou d'un ensemble d'antennes, pour chacune des voies 1 à 3. Les signaux émission/réception sont traités par un circuit de traitement de bande de base BB. L'ensemble est dédié à une application donnée et couvre une bande de fréquence limitée (A, B ou C). Les éléments RF intégrés RFIC1 à RFIC3 intègrent plusieurs oscillateurs VCO couvrant chacun une sous bande de fréquence élémentaire. Ces oscillateurs VCO élémentaires sont alors commutés pour couvrir l'ensemble de la bande à adresser par l'élément RFIC, complexifiant le composant RF ainsi que sa mise en oeuvre. Il est à constater qu'un nombre important de composants est mis en oeuvre, limitant ainsi les performances de bruit de phase des oscillateurs, ou augmentant la taille et la complexité du terminal, son coût et sa consommation.
La figure 2 illustre un exemple d'architecture d'un terminal émission/réception communément utilisé et de type conversion directe associé à un élément frontal FE et permettant de couvrir plusieurs bandes de fréquences. Un seul oscillateur local OL est utilisé et couvre l'ensemble des bandes de fréquence. Un filtrage passe bas F1, F2 ajustable est intégré dans l'élément RFIC pour le filtrage canal avant échantillonnage. Les circuits de traitement en bande de base comprennent un circuit processeur de bande de base BB associé à un convertisseur Analogique Numérique CAN pour la réception, un convertisseur Numérique Analogique CNA pour l'émission, et il est de même à constater qu'un nombre important de composants est mis en oeuvre.
L'invention vise à remédier à ces inconvénients
L'invention consiste en un dispositif d'émission réception comportant un module frontal, un module de conversion de fréquence et un module de traitement de bande de base, pour l'émission ou la réception de signaux dans un canal sélectionné d'une bande passante nominale. Le module frontal comporte un élément de filtrage qui permet en fonction de la fréquence du canal sélectionné de déterminer un premier mode de fonctionnement correspondant aux fréquences situées dans la bande passante nominale ou un second mode de fonctionnement correspondant aux fréquences situées dans la bande passante étendue de part et d'autre de la bande nominale respectivement.
Une nouvelle architecture des parties émission et réception d'un terminal utilisateur permet d'adresser des bandes de fréquence très larges sans 15 dégradation des performances.
Préférentiellement l' élément de filtrage est constitué d'un premier filtre passe bande, d'un second filtre passe bas et d'un troisième filtre passe haut, montés en parallèle, commutables par un signal de commande Sc1 fonction du premier 20 mode de fonctionnement, du second mode de fonctionnement pour les fréquences basses situées hors de la bande passante nominale ou du second mode de fonctionnement pour les fréquences hautes situées hors de la bande passante nominale, respectivement.
25 Préférentiellement l'élément de filtrage est constitué uniquement par un filtre passe haut variable et un filtre passe bas variable commutables et ajustables par un signal de commande Sc2 émis par le module de traitement de bande de base et fonction du second mode de fonctionnement pour les fréquences basses et pour les fréquences hautes situées hors de la bande passante 30 nominale respectivement. Préférentiellement, le filtre passe bas comporte une fréquence de coupure variable correspondant à N fois la largeur de bande d'un canal utile, N correspondant au nombre de canaux étendus.
Selon une variante de l'invention, les fréquences de butée haute et basse correspondant à la commutation du premier mode de fonctionnement vers le deuxième mode de fonctionnement sont déterminées par le module de traitement de bande de base en fonction de la bande de fréquence opérationnelle du circuit RFIC mise en oeuvre.
Les caractéristiques et avantages de l'invention mentionnée ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, faite en relation avec les dessins joints, dans lesquels : La figure 1 déjà décrite représente un terminal multi-bandes selon l'état de l'art ; La figure 2 déjà décrite représente une architecture classique selon l'état de la technique d'un dispositif émission/réception avec une conversion directe ; La figure 3 représente une architecture d'un dispositif émission/réception selon l'invention ; La figure 4 représente différents modes de fonctionnement du dispositif selon l'invention en mode réception ; La figure 5 est une variante d'un dispositif émission/réception selon l'invention ; La figure 6 représente différents modes de fonctionnement du dispositif selon l'invention en mode émission.
Pour simplifier la description, les mêmes références seront utilisées dans ces dernières figures pour désigner les éléments remplissant des fonctions identiques.
La figure 3 représente l'architecture d'un dispositif émission/réception selon l'invention et illustre le concept proposé qui est basé sur l'adjonction en amont du RFIC de filtres passe bas ou passe haut commutés lorsque l'on veut étendre la bande de fréquence opérationnelle du récepteur respectivement vers les fréquences hautes et basses. L'architecture de ce dispositif émission/réception selon l'invention est basée sur une architecture classique d'un dispositif émission/réception avec une conversion directe telle que représentée et décrite par la figure 2. L'élément de filtrage complémentaire est intégré au module frontal FE. Cet élément de filtrage est composé par un ensemble parallèle des filtres passe bande 30, passe bas 31 et passe haut 32 associés à des commutateurs 33, 34 à plusieurs positions de facon à ne commuter que l'un d'entre eux.
Cet élément de filtrage est couplé au Convertisseur Analogique Numérique CAN rapide de manière à traiter les informations reçues par le processeur de bande de base BB. Ainsi d'après la fréquence des canaux de réception, ce processeur va indiquer par un signal de commande Sc1 si le fonctionnement se trouve dans la bande passante (in band) allouée ou hors bande passante (out of band). Le signal de commande Sc1 permettra de plus de distinguer le hors bande passante haute, ce qui signifie que la bande passante se trouve dans des fréquences plus hautes que celles de la bande passante allouée et le hors bande passante bas ce qui signifie que la bande passante se trouve dans des fréquences plus basses que celles de la bande passante allouée.
Le principe est donc basé sur trois modes opérationnels distincts qui sont : • Le mode normal, pour le fonctionnement dans la bande passante allouée, soit un fonctionnement in band ; • le mode extension fréquence haute pour le fonctionnement dans des fréquences plus hautes que celles de la bande passante allouée ; • le mode extension fréquence basse pour le fonctionnement dans des fréquences plus basses que celles de la bande passante allouée.
Les fréquences de butée haute et basse correspondant à la commutation du premier mode de fonctionnement, soit le mode normal, vers le deuxième mode de fonctionnement, soit le mode extension ou mode out of band , sont déterminées par le module de traitement de bande de base BB en fonction d'une indication émise par le processeur dépendant de la fréquence opérationnelle du terminal utilisateur.
La figure 4a illustre ces différents modes de fonctionnement. Le mode normal ou fonctionnement in band illustré par les schémas correspondant aux lignes A, B et C représente le fonctionnement en bande RF, puis en bande de base et ensuite en traitement numérique, coté réception, convertissant directement le canal sélectionné RF dans la bande de fréquence allouée dite `in band' tel que représenté par une flèche sur le diagramme RF en bande de base. Le signal reçu est transposé de la bande RF vers la bande de base pour être filtré puis échantillonné à la fréquence d'échantillonnage FECH. Le signal ainsi échantillonné est ensuite traité par l'unité de traitement numérique.
Dans le cas correspondant à la ligne A, la fréquence Foi de l'oscillateur local OL est au milieu de la bande opérationnelle normale. Dans le cas correspondant à la ligne B, la fréquence Foi de l'oscillateur local OL est à sa valeur minimale Foi min de la bande opérationnelle normale Dans le cas correspondant à la ligne C, la fréquence de l'oscillateur local OL est à sa valeur maximale Foi max de la bande opérationnelle normale. Pour ces 3 cas, les canaux adjacents sont filtrés par le filtre passe bas 30 en bande de base, le signal de commande Sc1 de commutation des commutateurs 33 et 34 permet la sélection du filtre passe bande.
Les figures 4b illustre les lignes D et E correspondant à un mode étendu ou fonctionnement dit `out of band'. La largeur de la bande opérationnelle est étendue car le canal sélectionné représenté par la flèche sur le diagramme RF ne se trouve plus dans la partie In band tel indiqué dans le mode de fonctionnement A.
Dans le cas correspondant à la ligne D : la fréquence de l'oscillateur local OL est à sa valeur minimale Foi min de la bande opérationnelle normale. Un filtrage passe bas est mis en oeuvre pour supprimer les bandes de fréquences images indésirables. Le signal de commande Sc1 permet la commutation des commutateurs 33 et 34 sur la voie contenant le filtre passe bas. Le filtrage passe bas en bande de base est ensuite désinhiber. L'échantillonnage s'effectue à grande vitesse et un traitement numérique permet de traiter normalement le canal utile parmi les canaux échantillonnés.
Dans le cas correspondant à la ligne E: la fréquence de l'oscillateur local OL est à sa valeur maximale Foi max de la bande opérationnelle normale. Un filtrage passe haut est mis en oeuvre pour supprimer les bandes de fréquences images indésirables. Le signal de commande Sc1 permet la commutation des commutateurs 33 et 34 sur la voie contenant le filtre passe haut. Le filtrage passe haut en bande de base est également désinhiber et l'échantillonnage s'effectue à grande vitesse, un traitement numérique permet de traiter normalement le canal utile parmi les canaux échantillonnés.
L'opération duale peut être réalisée à l'émission sur le même principe de commutation et de filtrage RF passe haut et passe bas au niveau du module frontal FE. Dans ce cas un dispositif de conversion analogique- numérique haute résolution avec sur-échantillonnage et filtre interpolateur pour séparer les bandes images est mis en oeuvre.
Le concept proposé s'applique également si la fréquence de réception est différente de la fréquence d'émission dans le cas d'un téléphone cellulaire par exemple.
Une variante proposée et illustrée figure 5 consiste à remplacer dans le module frontal FE, l'élément de filtrage par un autre élément de filtrage comprenant un filtre passe bas 36 et un filtre passe haut 35 ajustables individuellement et commandés par le processeur BB en fonction de la fréquence centrale du canal requis. Un signal de commande Sc2 issu du processeur en bande de base permet l'ajustement et la commutation de ces filtres. Le signal de commande Sc1 permet la commutation des commutateurs 33 et 34. D'autres variantes de l'élément de filtrage sont envisagées : Il peut également s'agir d'un filtre passe bande ajustable ou d'un ensemble de filtres commutés en série et ajustables de facon à filtrer les canaux ne correspondant pas au canal sélectionné.
L'invention peut également être mise en oeuvre de façon duale à l'émission en utilisant les mêmes configurations de filtrages et de fréquence d'oscillateur local OL. Un signal est généré par le processeur de bande de base BB puis transposé en fréquence et filtré en RF. Il ya également trois modes de fonctionnement tel représentées par la figure 6. Dans le cas de la ligne F: la fréquence d'oscillateur local OL Foi est dans la bande opérationnelle normale. Dans le cas de la ligne G: la fréquence d'oscillateur local OL Foi est à sa valeur minimale de la bande opérationnelle normale Dans le cas de la ligne H: la fréquence d'oscillateur local OL Foi est à sa valeur maximale de la bande opérationnelle normale Suite à l'introduction d'un des éléments de filtrage selon l'invention, un exemple de la bande de fréquence opérationnelle normale correspondant à un fonctionnement possible de 2.3-2.7 GHz peut être étendu à une bande allant de 2 à 3 GHz. L'extension est alors de 0.6GHz. La bande passante des canaux est par exemple de 20MHz.
Dans ce cas, la fréquence de coupure des filtres RF passe bas et passe haut à implémenter sont respectivement 2.3 et 2.7GHz. Dans la bande de fréquence opérationnelle normale (cas A), un filtrage passe bande est mise en oeuvre. La fréquence de coupure des filtres BB est alors de 10MHz.
A la réception, la fréquence d'échantillonnage en mode étendue doit être supérieure à 600MHz (2*300MHz) et le filtrage en bande de base BB intégré dans le RFIC est désactivé.
A l'émission, en mode étendue , le filtrage en bande de base BB intégré dans le RFIC est également désactivé et la fréquence d'échantillonnage du DAC doit être au moins de 600MHz. En complément de la bande opérationnelle normale entre 2,3 et 2.7 GHz ou le convertisseur CAN génère un signal en bande base centré sur 0, le mode plus évolué va permettre d'adresser n'importe quel canal utile avec des fréquences situées entre 2 et 2.3GHz et entre 2.7 et 3GHz.

Claims (5)

  1. Revendications1. Dispositif d'émission réception comportant un module frontal (FE), un module de conversion de fréquence RF (RFIC) et un module de traitement de bande de base (BB), pour l'émission ou la réception de signaux dans un canal sélectionné, caractérisé en ce que le module frontal comporte un élément de filtrage (30-36)qui permet en fonction de la fréquence du canal sélectionné de déterminer un premier mode de fonctionnement correspondant aux fréquences situées dans la bande passante nominale ou un second mode de fonctionnement correspondant aux fréquences situées dans la bande passante étendue de part et d'autre de la bande nominale respectivement.
  2. 2. Dispositif d'émission réception selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'élément de filtrage (30-36) est constitué d'un premier filtre passe bande (30), d'un second filtre passe bas (31) et d'u troisième filtre passe haut (32) commutables par un signal de commande Sc1 émis par le module de traitement de bande de base et fonction du premier mode de fonctionnement , du second mode de fonctionnement pour les fréquences basses situées hors de la bande passante nominale et du second mode de fonctionnement pour les fréquences hautes situées hors de la bande passante nominale, respectivement.
  3. 3. Dispositif d'émission réception selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'élément de filtrage (30-36) est constitué d'un premier filtre passe haut variable(35), d'un second filtre passe bas variable (36) commutables et ajustables par un signal de commande Sc2 émis par le module de traitement de bande de base et fonction du second mode de fonctionnement pour les fréquences basses situées hors de la bande passante nominale et du second mode de fonctionnement pour les fréquences hautes situées hors de la bande passante nominale, respectivement.
  4. 4. Dispositif d'émission réception selon la revendication 3 caractérisé en ce que le second filtre passe bas comporte une fréquence de coupure variablecorrespondant à N fois la largeur de bande d'un canal utile , N correspondant au nombre de canaux étendus.
  5. 5. Dispositif d'émission réception selon la revendication 3 caractérisé en ce que les fréquences de butée haute et basse correspondant à la commutation du premier mode de fonctionnement vers le deuxième mode de fonctionnement sont déterminées par le module de traitement de bande de base en fonction de la bande de fréquence opérationnelle du circuit RFIC mis en oeuvre.10
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