Brevet FR2275076A1 — publié le 19760109

La présente invention concerne un procédé et un disposi tif de réception par combinaison en diversité, et plus particuliè rement un tel procédé et un tel dispositif fonctionnant en effec tuant une décorrélation du bruit thermique dans les diverses vies de réception. La combinaison en diversité est une technique de réception de signaux radio-électriques bien connue, qui met en oeuvre plu sieurs voies de réception pour permettre, par la combinaison des signaux reçus par les diverses voies de réception, une optimisa tion du signal reçu. Les signaux reçus par ces voies de réception sont associés, en fonction de critères choisis, pour minimiser les perturbations apportées au signal dans la liaison radio-électrique. On trouve ainsi dans l'art antérieur des dispositifs de combinai son en diversité de fréquence ou d'espace. De façon générale dans des dispositifs de combinaison en diversité, le fonctionnement est le suivant : plusieurs anten nes de réception sont respectivement suivies d'un pré-amplifica teur d'antenne, d'un récepteur et d'un amplificateur à gain réglable. Les sorties de ces différentes voies de réception sont envoyées à un dispositif de somnation, les sorties de ces voies étant ré glées par les tensions de pondération envoyées aux différents am plificateurs à gain réglable. De façon théorique, il est connu que le fonctionnement optimal d'une combinaison en diversité est obtenu quand les si gnaux à la sortie de chaque voie de réception sont additionnés en phase, la contribution de chacune de ces voies de réception étant proportionnelle au rapport signal sur bruit pour cette voie. Toutefois, le rapport signal sur bruit sur chacune des voies n'est pas un paramètre directement accessible à la mesure, on a donc utili sé dans l'art antérieur, divers procédés pour obtenir une quanti té proche de cette information devant servir de tension de pondé ration. Selon un premier procédé de l'art antérieur, le rapport signal/bruit à la sortie d'un récepteur est relié à la puissance du signal à haute fréquence reçu en procédant à un étalonnage préa lable qui tient compte de l'ensemble de ses caractéristiques (fac teur de bruit, bande équivalente de bruit, etc.). Ce procédé pré sente deux inconvénients majeurs. D'une part les réglages sont instables quelles que soient les précautions prises en raison de dérives essentiellement d'ordre technologique qui rendent pratiquement impossible d'obtenir une précision à long terme de l'or- dre du décibel dans un récepteur dont la gamme de fonctionnement dynamique dépasse 100 décibels.D'autre part, il n'est pas praticable de diminuer la constante de temps du système en-dessous d'une certaine valeur, cette constante de temps caractérisant le fonctionnement dynamique du dispositif de sommation ou combinateur, c'est-à-dire son aptitude à effectuer la combinaison de signaux dont l'amplitude fluctue rapidement. Selon un second procédé de l'art antérieur, on effectue la mesure du rapport signal/bruit en détectant la puissance de bruit dans une bande de fréquence adjacente à celle du signal utile. L'inconvénient majeur de ce procédé est que son fonctionnement est étroitement lié aux caractéristiques spectrales des signaux reçus, toute modification de ces caractéristiques nécessitant une reprise des réglages du système en raison notamment des risques de détection de signal et non plus de bruit. En outre, ces deux procédés de l'art antérieur ne satisfont pas de façon stricte les conditions optimales de fonctionnement d'une combinaison en diversité telles qu'elles ont été définies précédemment. Dans le premier cas, l'information n1 est pas réellement représentative du rapport signal/bruit mais elle est liée à l'amplitude totale du signal, cette amplitude n'étant pas une fonction linéaire du rapport signal/bruit. En conséquence, un objet principal de la présente invention est de prévoir un procédé de réception d'une onde modulée en phase (ou en fréquence) par combinaison en diversité qui permette d'attribuer à chaque voie de réception un poids correspondant au rapport signal/bruit dans la bande détectée par cette voie de réception. Un autre objet de la présente invention est de prévoir un dispositif pour mettre en oeuvre le procédé ci-dessus. Pour atteindre ces objets, la présente invention prévoit d'élaborer la tension de pondération de chaque voie de réception en associant dans chacune de ces voies deux récepteurs en parallèle, un atténuateur étant monté en série avec l'un de ces deux récepteurs et permettant la décorrélation des bruits thermiques entre les deux voies de réception, la mise en opposition de phase des deux sorties correspondantes permettant de fournir une information correspondant au rapport signal/bruit du signal démodulé. Ces objets et ces caractéristiques ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description détaillée suivante faite en relation avec le dessin joint-qui représente à titre d'exemple un mode de réalisation préféré de la présente invention. Ce dessin représente à titre d'exemple non limitatif trois voies de réception dont la première comprend une antenne 10, un pré-amplificateur d'antenne 11, un récepteur 12, un amplificateur à gain variable 13 muni d'une borne d'entrée de signaux de pondération 14. De façon générale, dans le dessin, dans la deuxième voie de réception suivant une antenne 20 et dans la troisième voie suivant une antenne 30, les composants identiques à ceux de la première channe sont désignés par des références portant le même chiffre d'unité et des chiffres de dizaine respectivement égaux à 2 et à 3. Les sorties des amplificateurs à gain variable 13, 23 et 33 sont envoyées aux entrées 101, 102 et 103 dtun combinateur 100 qui fournit en fonction de ces signaux d'entrées un signal de sortie à sa borne de sortie 110. Des circuits de pondération 1, 2 et 3 sont respectivement prévus dans les trois voies de réception. On va décrire plus particulièrement ci-aprbs le circuit 1 d'élaboration de tension de pondération prévu sur la première voie de réception. Dans ce circuit I, à la sortie du pré-amplificateur 11 de gain G, le signal est envoyé d'une part comme cela a été indiqué au récepteur 12, d'autre part à un atténuateur 15 de gain G1 et de là, à un récepteur 16 et à un déphaseur 17. Le signal de sortie du déphaseur 17 et le signal de sortie du récepteur 12 sont additionnés dans un dispositif de sommation 18. Le signal à la sortie du dispositif de sommation 18 est détecté par un détecteur 19, et envoyé à la borne 14 comme signal de pondération agissant sur le gain de l'amplificateur à gain variable 13. En choisissant comme déphaseur 17 un déphaseur de Tr radians, c'est-à-dire fournissant à sa sortie une onde en opposition de phase par rapport à l'onde à son entrée, on obtient à la première entrée du sommateur 18, à la sortie du déphaseur un signal S' + B' + B'1 et à l'autre entrée du sommateur, à la sortie du récepteur 12, un signal-(S' + B') + B'2; S' + B' étant la somme du signal et du bruit obtenu à la sortie des récepteurs 12 et 16 correspondant uniquement au signal et au bruit S et B à l'entrée de la voie de réception; B' étant essentiellement le bruit du préamplificateur ll; B'1 correspondant au bruit apporté par l'atténuateur 15 et le récepteur 16, B'2 au bruit apporté par le récepteur 12.Dans le cas où le signal à détecter est un signal modulant en phase une porteuse, on aura à la sortie des récepteurs 12 et 16 des signaux de sortie S' + B' égaux et en phase. Leur somme sera donc nulle en raison du déphaseur de 1r . En outre, le bruit B'2 correspond au bruit du récepteur 12 et est négligeable devant le bruit B'1 amené par le récepteur 16 en raison de la présence de l'atténuateur 15, les bruits des récepteurs 12 et 16 pris isolément pouvant astre considérés comme équivalents.En conséquence, on obtiendra à la sortie du sommateur 18 un signal sensiblement égal au bruit B'1, le bruit B'2 étant négligeable. I1 faut noter en outre, que quand les deux récepteurs 12 et 16 sont dans leur gamme de fonctionnement linéaire on a B'1 = Ale'2, Al = I étant G1 l'atténuation de l'atténuateur 15. B'1 est donc proportionnel au bruit de la voie de réception. On obtient bien ainsi à la sortie du sommateur 18 un signal caractéristique du rapport signal/bruit d'une voie de réception recevant un signal en modulation de phase, puisque dans ce cas le signal est constant après réception. Ce signal à la sortie de l'additionneur 18 peut & re envoyé à un moyen de détection 19 pour agir directement sur la borne de pondération 14 de l'amplificateur à gain variable 13. Dans le circuit qui précède, les signaux à la sortie des sommateurs 18, 28 et 38 ont été représentés comme agissant, par l'intermédiaire de circuits de détection 19, 29 et 39, directement sur les bornes de commande d'amplificateurs à gain variable 13, 23 et 33. Ce mode de fonctionnement a été décrit ci-dessus pour la clarté de l'exposé. I1 est toutefois clair que des signaux de sortie des additionneurs 18, 28 et 38 peuvent astre envoyés directe ment à un combinateur permettant d'agir sur les sorties des récepteurs 12, 22 et 32 d'une façon plus complexe, pour obtenir par exemple à la sortie 110 un gain constant ou une amplitude constante. On notera que le dispositif décrit ci-dessis présente l'avantage d'être indépendant du type de modulation de fréquence utilisé , l'annulation des signaux entre la sortie du récepteur 12 et celle du déphaseur 17 ne dépendant pas de leur fréquence, (c et- te indépendance signifie notamment une indépendance en fonction de la fréquence de la porteuse, de la largeur de bande, et de la forme des signaux de modulation). Le seul impératif est d'utiliser des récepteurs dont le déphasage reste constant dans toute la bande passante de modulation. De tels récepteurs sont bien connus dans l'art antérieur. D'autre part, selon la présente invention, la constante de temps du dispositif peut astre abaissée à des valeurs très faibles du fait que la bande de bruit détectée est supérieure ou égale à la bande passante du signal démodulé. On notera en outre, comme cela sera exposé plus en détail ci-après, que le dispositif selon la présente invention permet d'atteindre un rendement et une stabilité élevés. On peut définir le rendement du dispositif comme le rapport entre le bruit mesuré et le bruit réel sur la voie de réception utilisée. Comme cela est connu le rendement de ce dispositif sera de la forme G1 étant le gain de l'atténuateur 15, G le gain du pré-amplificateur d'antenne 11, B le bruit d'entrée du pré-amplificateur 11, B2 le bruit d'entrée du récepteur 12.Pour une voie de réception donnée, les paramètres G, B et B2 sont des constantes, B et B2 étant déterminés par les caractéristiques des récepteurs, G étant choisi pour minimiser le facteur de bruit des étages se trouvant en aval du pré-amplificateur d'antenne; et le gain G1 peut être réglé selon l'atténuation recherchée. I1 faut bien sOr noter que ce rendement ne peut pas augmenter de façon infinie, lthypothèse selon laquelle le rapport signal/bruit à la sortie d'un récepteur est proportionnel au rapport signal/bruit à son entrée n1 étant valable qu'au-dessus du seuil de démodulation du récepteur; en-dessous de ce seuil, le bruit à la sortie reste constant quelle que soit la variation de puissance du signal d'entrée, Un rendement égal à 1 (puissance de bruit mesuré égale à la puissance de bruit réel) correspond à une différence de seuil de 3 décibels, valeur très largement acceptable quelles que soient les caractéristiques de modulation du signal incident et un tel rendement égal à 1 peut Autre aisément obtenu selon la présente invention.On notera en outre, que les paramètres B , B2, G1 et G ont une excellente stabilité à moyen terme; notamment, le facteur G1 qui joue un rôle prédominant est d'une très grande stabilité puisque l'atténuateur est constitué par des éléments passifs dont la dérive à long terme peut Aetre négligée. La demanderesse a observé que la stabilité des facteurs de bruit B et B2 est grande à moyen terme. La cause la plus importante de stabilité pourrait donc résider dans les fluctuations du gain G du pré-amplificateur d'antenne; cette dérive est cependant très inférieure à celle constatée de façon générale dans les dispositifs de l'art antérieur utilisant pour leur pondération la commande automatique du gain des récepteurs. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent autre décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparattront à lthomme de l'art. REVENDICATIONS 1 - Procédé de détermination de bruit d'une voie de réception d'une onde modulée en phase comprenant une antenne, un préamplificateur d'antenne, un récepteur principal,caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes - prévoir, en parallèle avec le récepteur principal un circuit série comprenant un moyen d'atténuation, un récepteur auxiliaire sensiblement identique au récepteur principal, un déphaseur de Tr radians, - connecter les sorties du récepteur principal et du déphasage aux deux entrées d'un dispositif de sommation, - d'où il résulte que l'on obtient à la sortie du circuit de sommation un signal proportionnel au bruit du récepteur. 2 - Dispositif de réception d'une onde modulée en phase par combinaison en diversité comprenant plusieurs voies de réception en parallèle connectées à un dispositif combinateur recevant la sortie des récepteurs principaux de chacune de ces voies, caractérisé en ce qu'un dispositif de détection de bruit mettant en oeuvre le procédé de la revendication 1 est utilisé dans chacune des voies de réception pour fournir au dispositif combinateur une tension de pondération proportionnelle au rapport signal/bruit de chaque voie de réception. 3 - Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le moyen d'atténuation est un moyen passif. t- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le coefficient d'atténuation du moyen d'atténuation est choisi pour que le récepteur auxiliaire soit placé dans sa gamme de fonctionnement linéaire.