Brevet FR2666710A1 — publié le 19920313

Système de transmission de signaux numériques mettant en oeuvre plusieurs voies, à retard sur au moins une des voies, et dispositifs de réception et d'émission correspondants. Le domaine de l'invention est celui de la transmission de signaux numériques. Plus précisément, l'invention s'applique aux systèmes de transmission de signaux capables de fonctionner en présence d'échos, et mettant en oeuvre, à l'émission et/ou à la réception, au moins deux antennes. A titre d'exemple, le système de l'invention peut être du type du système de radiodiffusion sonore numérique décrit dans les demandes de brevet françaises 86 09622 du 2 juillet 1986 et 86 13271 du 23 septembre 1986 au nom des mêmes déposants, et connu sous le nom de système COFDM (Coding Orthogonal Frequency Division Multiplex). Plus généralement, l'invention trouve une application avantageuse dans tous les cas où la transmission a lieu vers des mobiles, par exemple pour la radiotéléphonie ou la diffusion d'informations routières ou autres. Les systèmes de diffusion vers les mobiles tels que le COFDM sont prévus pour fonctionner dans des conditions difficiles. Ils sont conçus pour permettre notamment la réception de données numériques dans des conditions de multipropagation (processus de Rayleigh). En d'autres termes, les récepteurs de tels systèmes comprennent des moyens de reconstitution des données numériques émises, en compensant les échos induits par le canal de transmission. Or, dans certains cas, la multipropagation des signaux peut également engendrer des phénomènes d'évanouissement (fading). Ainsi, lorsque deux signaux arrivent simultanément sur une antenne de réception avec des puissances similaires et des phases opposées, la résultante de signal est quasiment nulle. Pour combattre ce phénomène d'évanouissement, on a pensé à utiliser plusieurs antennes, de façon qu'au moins une des antennes fournisse un signal non nul. Cette technique est connue sous les noms de réception à diversité d'antennes ou réception à diversité d'espace. La diversité d'espace en réception peut apporter un gain sensible sur les bilans d'énergie, en présence de trajets multiples, en particulier lorsque le système de transmission n'exploite ni la diversité en fréquence, ni la diversité en temps. Une première méthode de mise en oeuvre de cette technique est la diversité par sélection, dans laquelle le récepteur choisi l'antenne dont la sortie présente le meilleur rapport signal à bruit. Cette méthode, relativement simple, pose notamment des problèmes de discontinuités des caractéristiques du signal lors de la commutation. Une autre méthode connue est la diversité par combinaison (maximal ratio combining), dans laquelle les signaux issus des antennes sont pondérés proportionnellement à leur rapport signal à bruit propre, et ensuite additionnés. On obtient ainsi une combinaison optimale. Toutefois, cette méthode nécessite la mise en oeuvre d'un dispositif de mise en phase des différents signaux, qui consiste en fait à réaliser autant de démodulateurs que d'antennes, de façon que la combinaison se fasse de manière cohérente. Les récepteurs utilisant cette méthode s'avèrent donc complexes et coûteux. L'invention se propose donc notamment de fournir un dispositif de réception à diversité d'antennes en combinaison, ne faisant appel qu'à un unique démodulateur. Mais l'invention s'applique également aux systèmes de diffusion faisant appel à plusieurs antennes d'émission émettant d'un même point dans des directions différentes. En effet, il peut se produire alors, dans les zones où les champs d'émission des antennes se recouvrent, des phénomènes identiques d'évanouissement, notamment lorsque les signaux émis par chacune des antennes se combinent avec des puissances et des retards de propagation similaires, mais des phases opposées. Ce problème est crucial en particulier dans le cas où il n'y a pas ou peu d'écho. Il peut être alors impossible de reconstituer les données. L'invention a notamment pour objectif de pallier ces différents incon vénients. Plus précisément, un premier objectif de l'invention est de fournir un système de transmission capable de fonctionner en présence de trajets multiples, permettant de réduire de façon très importante les risques d'évanouissement, ou fading, à la réception. Un autre objectif de l'invention est de fournir un tel système, ne nécessitant pas de modification de la structure des signaux transmis. Ainsi, les moyens de l'invention sont optionnels, qu'ils soient mis en oeuvre à l'émission et/ou à la réception. Ce système permet donc d'améliorer la qualité de la réception, mais n'est pas obligatoire dans tous les émetteurs et/ou récepteurs. L'invention a également pour objectif de fournir un dispositif de réception de signaux numériques à diversité d'antennes faisant partie d'un tel système. Ainsi, l'invention a pour objectif complémentaire de fournir un tel dispositif de réception, réalisant la combinaison en puissance des contributions de chaque antenne, et ne nécessitant la mise en oeuvre que d'un seul démodulateur. L'invention a également pour objectif de fournir un tel dispositif, offrant une qualité optimale de réception de signaux numériques, en évitant d'une part les phénomènes de discontinuités des caractéristiques du signal, et en combattant d'autre part les phénomènes d'atténuation dus à des combinaisons défavorables des phases des contributions de différentes antennes. Un autre objectif de l'invention est de fournir un dispositif d'émission de signaux numériques permettant de réduire de façon importante les risques d'évanouissement à la réception, dans les zones où les signaux reçus sont constitués de Ia combinaison des signaux émis par plusieurs antennes. Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints selon l'invention à l'aide d'un système de transmission de signaux numériques dans lequel il existe à au moins un endroit de la chaîne de transmission au moins deux voies, et comprenant à la réception des moyens de traitement des signaux reçus en présence d'échos, comprenant des moyens d'application à au moins une des dites voies d'un retard de durée prédéterminée. De cette façon, on crée un écho artificiel entre les différentes voies, que le récepteur est capable de traiteur, et on supprime les problèmes d'évanouissement dus aux échos très courts, indiscernables par le récepteur. Avantageusement, ledit retard est de durée supérieure à la capacité de résolution en temps du récepteur. Cela est nécessaire pour dissocier de façon sûre les énergies provenant des différentes voies, et donc éviter qu'il y ait, dans certains cas, des sommations de puissances de résultante nulle ou très faible. La capacité de résolution du récepteur est sensiblement égale à l'inverse de la largeur de bande du signal. De même, il est avantageux que le cumul dudit retard et de la dispersion en temps du canal de transmission soit de durée inférieure au retard maximum que lesdits moyens de traitement des signaux peuvent gérer. Dans le cas contraire, on dépasserait les capacités de traitement du récepteur, qui ne saurait interpréter de façon efficace les échos, et qui ne restituerait donc pas un signal correct. L'invention concerne également un dispositif de réception de signaux numériques, du type à diversité d'antennes et comprenant des moyens de traitement de signaux reçus en présence d'échos, comprenant des moyens d'application de retards de durées prédéterminées aux signaux reçus par au moins une des dites antennes. De cette façon, les signaux reçus par chacune des dites antennes ne risquent pas de se compenser ou s'annuler lorsqu'on les additionne. Au contraire, pour chaque composante émise, le démodulateur voit plusieurs composantes successives, qu'il considère comme une composante originale et ses échos. Préférentiellement, le dispositif de réception comprend des moyens de sommation de tous lesdits signaux reçus par lesdites antennes et sélectivement retardés, et des moyens uniques communs de démodulation du signal résultant de ladite sommation. Le dispositif de l'invention est donc beaucoup plus simple que les récepteurs de type connu à diversité d'antennes par combinaison, qui doivent posséder autant de démodulateurs que d'antennes. Par l'ajout de moyens de retard, tels que des lignes à retard, l'invention permet en revanche de n'utiliser qu'un unique démodulateur. De façon avantageuse, ce dispositif comprend des moyens de pondération relative des signaux reçus par lesdites antennes. Ladite pondération est de façon préférentielle effectuée en fonction d'une mesure du rapport signal à bruit sur la voie de réception correspondante. Ainsi, si le signal reçu sur l'une des voies est très bruité, il est atténué, et ne perturbe donc pas le signal résultant de la sommation des contributions des différentes antennes. Avantageusement, lesdites antennes sont éloignés d'une distance supérieure ou égale à la demi-longueur d'onde desdits signaux. De cette façon, les signaux reçus par les différentes antennes sont pratiquement complètement décorrélés. Par ailleurs, l'invention concerne aussi un dispositif d'émission de signaux numériques du type comprenant au moins deux antennes diffusant des signaux identiques dans des directions différentes, comprenant des moyens d'application de retards de durée prédéterminée aux signaux à émettre par au moins une desdites antennes. Cela permet aux récepteurs placés dans les zones où l'on reçoit des signaux identiques émis par plusieurs antennes de distinguer les différents signaux, et donc de les considérer comme des échos. De façon préférentielle, et aussi bien pour les dispositifs de réception que les dispositifs d'émission mettant en oeuvre M antennes, lesdits moyens d'application de retards appliquent respectivement à chacune desdites voies correspondant à chacune desdites antennes un retard de durée k*T, k variant de 0 à M-1. On notera que le terme de retard englobe le cas du retard nul. Il est clair en effet que si toutes les voies doivent avoir des instants de réception distincts, l'une d'entre elles peut avantageusement être non retardée. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés, dans lesquels - les figures lA et 1B illustrent un exemple de réception de signaux sur deux antennes, en l'absence d'un dispositif de réception selon l'invention (fig.lA), puis en présence d'un tel dispositif (fig. 1B) - la figure 2 présente le synoptique d'un récepteur selon l'invention, dans le cas simple d'une réception sur deux antennes - la figure 3 est le synoptique d'un récepteur selon l'invention, comprenant M antennes de réception et des moyens de pondération des contributions de chacune des voies. Le mode de réalisation décrit concerne particulièrement un dispositif de réception à diversité d'antennes. Toutefois, il faut bien comprendre que les explications données s'appliquent tout autant au cas de l'émission par plus d'une antenne, ainsi qu'on le verra plus loin. Sur la figure lA, il est représenté le cas de la réception d'un symbole dans un dispositif de réception de type connu, comprenant deux antennes 11A et 12A. Les courbes 13A et 14A présentent respectivement les contributions en fonction du temps de chacune des antennes 11A et 12A La courbe 15 illustre la combinaison de ces A deux contributions. La composante 16A de signal est reçue avec un très léger retard T1 sur l'antenne 12A par rapport à l'antenne 11A Si ce retard est inférieur à la capacité de résolution en temps du récepteur TR, c'est-à-dire à la capacité de discrimination entre deux composantes successives, la résultante 17A des composantes reçues sur chacune des deux antennes correspond à l'addition de ces deux composantes. Dans certains cas, cela ne pose pas de problème. En revanche, une combinaison défavorable des phases des contributions de chaque antenne aboutit à un signal résultant très atténué. C'est notamment le cas lorsque les contributions sont de puissances similaires et de phase opposée. Ce phénomène est tout à fait assimilable à un évanouissement plat dans la bande du signal. Dans les systèmes connus à diversité d'antennes par combinaison, la nécessité de réaliser une addition en phase des signaux conduit à effectuer une démodulation indépendante des signaux reçus sur chaque voie. Si les systèmes à diversité d'antennes sont exposés à ces problèmes, correspondant à des échos courts, ils savent en revanche gérer de façon efficace les échos longs, de par leur conception. En d'autres termes, si les signaux avant addition sont séparés dans le domaine temporel par une durée supérieure à la capacité de résolution en temps (TR) du récepteur, le système à diversité d'antennes réalise une addition en puissance des différentes contributions. Ainsi, tout système de transmission capable de tirer parti de la propagation par trajets multiples fonctionnera dans ce contexte en résolvant les différents signaux issus des antennes, interprétés comme des échos du même signal. Le système faisant l'objet du brevet consiste donc à faire en sorte que les combinaisons des différentes contributions des antennes n'affectent pas de manière identique l'ensemble de la gamme de fréquence occupée par le signal transmis. Ce principe est illustré en figure lB. Un retard T est systématiquement appliqué aux signaux reçus sur l'une (12B) des antennes. Ce retard T est choisi de façon que l'écart temporel entre les contributions 16B de chacune des antennes 11B et 12B soit systématiquement supérieur à la capacité de résolution TR (T1 +T > TR). Ainsi, la résultante 15B comporte deux composantes distinctes 17B et 1SBX que le dispositif saura traiter. L'invention revient donc à créer systématiquement des échos longs, pour lesquels le système de transmission est conçu, de façon à supprimer tous les échos courts, éventuellement générateurs d'évanouissement plat. Le retard appliqué aux antennes est avantageusement choisi de façon que l'écart temporel entre chaque antenne soit supérieur à la capacité de résolution en temps TR du récepteur, pour éviter tout risque d'évanouissement, et inférieur à l'écart maximum que le dispositif de réception est capable de gérer en aval. On rappelle que la capacité de résolution en temps TR est sensiblement égale à l'inverse de la largeur de bande du signal. Ainsi, la capacité de résolution est d'autant meilleure que la largeur de bande du signal est grande. L'invention trouve donc un intérêt encore plus important dans les systèmes à bande étroite, donc à capacité de résolution en temps réduite. A titre d'exemple numérique, si l'on considère un système de transmission COFDM, de largeur de bande W = 1 MHz, le récepteur saura résoudre des échos séparés d'au moins TR = 1/W = îtis. par ailleurs, ce système est capable de traiter les échos séparés de moins de 30,US. Le retard devra donc être choisi entre ces deux bornes. On choisira par exemple un retard de T = 2js. II apparaît relativement intéressant que ce retard soit également supérieur à la réponse impulsionnelle du canal de transmission, de façon à augmenter l'indépendance entre les composantes reçues. Toutefois, une telle contrainte n'est pas majeure. En effet, les problèmes d'évanouissement s'avèrent cruciaux essentiellement en cas d'échos simples. En présence d'échos multiples, il est statistiquement beaucoup moins probable que toutes les composantes reçues par les antennes s'annulent mutuellement, car il y a indépendance entre ces composantes. La figure 2 présente le synoptique d'un dispositif de réception, dans le cas d'une diversité d'antennes à deux antennes. Ce récepteur comporte donc deux antennes 21 et 22. Les signaux reçus par l'antenne 22 sont systématiquement retardés par un module 23, d'un retard de durée prédéterminée T. Les deux voies 24 et 25 sont ensuite additionnées (26). Le signal résultant 27 est ensuite démodulé de façon classique, par un démodulateur 28, puis traité par un module 29 de traitement qui reconstitue le signal d'origine en compensant les échos. Le module de retard 23 peut être par exemple une ligne à retard. Ainsi que cela est représenté en figure 3, ce principe peut être étendu à M voies. Les contributions 311 à 31M des M antennes 381 à 38M sont dirigées vers un sommateur 32, après passage dans un module 33 de retard de durée Tj, telle que: T. - T. > T R (i = 1 à M - 1) T1 = 0 (pas de retard appliqué à l'antenne 381) Le signal 34 résultant de la sommation est dirigé vers un démodulateur unique 35, et ensuite vers un module 39 de traitement des échos. Avantageusement, chaque contribution 31 est pondérée (36;), en fonction par exemple d'une mesure 37i du rapport signal à bruit sur la voie correspondante. Ainsi, les voies les plus bruitées ne perturbent pas le signal résultant 34. Les différents retards Ti pourront par exemple être choisis tels que T = (i-1)xT. Ainsi, la réalisation pratique permettra de ne mettre en oeuvre qu'un seul type de ligne à retard, de retard T, chaque retard T étant obtenu par la mise en série de i - 1 de ces lignes à retard. Dans de tels récepteurs, les règles connues de séparation en distance des antennes s'appliquent évidemment. Notamment, de façon à assurer une décorrélation pratiquement totale des informations reçues sur chacune des antennes, il est nécessaire que celles-ci soient espacées d'une distance au moins supérieure ou égale à la demi-longueur d'onde du signal. Il est à noter que le principe de l'invention n'implique pas une refonte complète du système de transmission. Ainsi, des récepteurs classiques peuvent cohabiter sans problème avec des récepteurs selon l'invention. Ainsi qu'on l'a déjà précisé, l'invention s'applique également à l'émission de signaux numériques. En effet, de façon classique, on utilise souvent plusieurs antennes situées en un même point et ayant des directions de diffusion différentes pour obtenir une couverture complète de diffusion. Dans ce cas, il apparaît de nombreuses zones de recouvrement, au moins au niveau des lobes secondaires d'émission de chaque antenne, dans lesquelles un récepteur reçoit des signaux émis par au moins deux antennes. n peut alors se poser des problèmes d'évanouissement, de façon identique à ce qui est illustré en figure lA, notamment si le récepteur ne dispose que d'une antenne de réception unique. Pour pallier ce problème, un dispositif d'émission selon l'invention applique systématiquement un retard de durée prédéterminée à chaque antenne d'émission. Ce retard peut par exemple être réalisé numériquement sur le signal en bande de base ou en haute fréquence, avant amplification. Il est choisi comme cela a été expliqué précédemment, de façon à permettre au récepteur de distinguer la contribution de chaque antenne d'émission, c'est-à-dire en évitant la réception d'échos courts. n est clair par ailleurs qu'un système selon l'invention peut comprendre simultanément des moyens d'application de retards à l'émission et à la réception. Toutefois, dans ce dernier cas, il faudra veiller à ce que le cumul des retards à l'émission et à la réception ne soit pas supérieur au retard qu'est capable de gérer le récepteur. REVENDICATIONS 1. Système de transmission de signaux numériques dans lequel il existe à au moins un endroit de la chaîne de transmission au moins deux voies (24,25 ; 311 à 31M)) et comprenant à la réception des moyens (29 ; 39) de traitement des signaux reçus en présence d'échos, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (23 ; 332 à 33M) d'application à au moins une desdites voies (25 ; 312 à 31M) d'un retard de durée prédéterminée. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit retard est de durée supérieure à la capacité de résolution en temps du récepteur. 3. Système selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le cumul dudit retard et de la dispersion en temps du canal de transmission est de durée inférieure au retard maximum que lesdits moyens (29 ; 39) de traitement des signaux peuvent gérer. 4. Dispositif de réception de signaux numériques d'un système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, du type à diversité d'antennes (21,22; 381 à 38M), et comprenant des moyens (29 ; 39) de traitement de signaux reçus en présence d'échos, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (23; 332 à 33M) d'application de retards de durées prédéterminées aux signaux reçus par au moins une des dites antennes (22; 382 à 38M). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (26; 32) de sommation de tous lesdits signaux (24,25 ; 311 à 31M) reçus par lesdites antennes et sélectivement retardés, et des moyens (28 ; 35) uniques communs de démodulation du signal (27; 34) résultant de ladite sommation. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (371 à 37M) de pondération relative des signaux reçus par lesdites antennes (381 à 38M). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite pondération (371 à 37M) est effectuée en fonction d'une mesure du rapport signal à bruit sur la voie de réception correspondante. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que lesdites antennes (21,22 ; 38t à 38M) sont éloignés d'une distance supérieure ou égale à la demi-longueur d'onde desdits signaux. 9. Dispositif d'émission de signaux numériques d'un système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, du type comprenant au moins deux antennes diffusant des signaux identiques dans des directions différentes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'application de retards de durée prédéterminée aux signaux à émettre par au moins une desdites antennes. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 9, du type mettant en oeuvre M antennes (381 à 38M)7 caractérisé en ce que lesdits moyens (332 à 33M) d'application de retards appliquent respectivement à chacune desdites voies correspondant à chacune desdites antennes un retard de durée k*T, k variant de 0 à M-l.