Brevet FR2689348A1 — publié le 19931001

DISPOSITIF DE COMMANDE DE GAIN DANS UN RECEPTEUR DE SIGNAUX D'INFORMATION Le domaine de l'invention est celui des récepteurs de signaux d'information et, plus particulièrement, celui des récepteurs de signaux d'information à forte dynamique, qui nécessitent un ajustement de l'amplitude du signal reçu avant que celui-ci puisse faire l'objet de tout traitement. L'invention trouvera notamment application dans les récepteurs de systèmes dits à "Accès Multiples à Répartition dans le temps", ou AMRT Un système AMRT est par exemple appliqué dans le système de radiotéléphonie cellulaire numérique dit GSM Dans un tel système, des stations mobiles permettent des communications par voie hertzienne avec des stations fixes, dites stations de base, qui sont connectées au réseau de télécommunications classique La communication entre une station fixe et des stations mobiles qui se trouvent dans sa zone de couverture a lieu sur un canal de fréquence bilatéral partagé entre plusieurs stations mobiles par division dans le temps, un intervalle de temps d'une trame répétitive étant alloué à chaque station mobile L'ensemble des intervalles de temps de ces trames répétitives, qui sont ainsi alloués à une station mobile, est souvent appelé voie temporelle Dans le sens station mobile vers station fixe, chaque station mobile transmet un paquet d'information dans chaque intervalle de temps qui lui est alloué, avec le niveau qui lui est propre A la réception dans la station fixe, les paquets en provenance de diverses stations mobiles, qui se suivent dans les intervalle de temps de chaque trame, n'ont pas tous la même amplitude En raison de conditions de propagation variées (distances différentes, obstacles, etc), ils ont des amplitudes qui se distribuent dans ce qu'il est convenu d'appeler une forte dynamique, pouvant atteindre, par exemple, 90 d B. Il est nécessaire que de telles différences de niveau soient compensées dès l'entrée du récepteur de la station fixe, afin d'éviter toute saturation des équipements assurant plus loin dans la station fixe le traitement du signal reçu Un objectif raisonnable est par exemple de ramener la dynamique de 90 à 20 d B environ. Cette compensation opèrera une correction d'amplitude constante dans chaque intervalle de temps de voie temporelle dans les cas, tel celui du système GSM, o l'amplitude des signaux d'un paquet véhicule une information exploitée à la réception Mais, dans d'autres cas, la correction d'amplitude pourra varier dans le cours d'un intervalle de temps. Un premier dispositif connu utilisable à cet effet comprend un amplificateur à gain variable dont le gain est commandé par une boucle de contre-réaction de niveau: le niveau de sortie de l'amplificateur est comparé à un niveau de référence et tout écart donne lieu à un signal de commande de gain appliqué à l'amplificateur à gain variable et tendant à maintenir le niveau de sortie de celui-ci voisin du niveau de référence. Un tel dispositif ne convient pas dans les cas tels que les systèmes de type AMRT o des variations brutales de niveau entre la fin d'un intervalle de temps et le début du suivant exigeraient une très large bande passante, d'o des risques d'instabilité, ce qui nécessiteraient des précautions coûteuses. Un autre dispositif connu, décrit dans le document EP-0369 830-A 2, utilise également un amplificateur à gain variable, mais le signal de commande de gain au lieu de dépendre de l'écart entre le niveau du signal reçu et un niveau de référence est plutôt de type prédictif: il dépend de l'écart dans le temps entre le moment de la réception d'un paquet dans un intervalle de temps et le moment auquel typiquement ce paquet devrait être reçu En bref, plus le signal est tardif, plus il vient de loin, donc plus son niveau est supposé faible, et le gain est ajusté en conséquence Il est clair qu'un tel principe convient seulement si les stations mobiles ne règlent pas leur synchronisation de manière à supprimer les effets de la distance et si la transmission n'a lieu qu'en espace libre Il n'est donc pas applicable dans le cas du système GSM (sauf pour certains paquets dits "d'accès" qui ne sont pas complètement synchronisés). La présente invention a pour objet un dispositif de commande de gain dans un récepteur de signaux d'information comprenant, comme dans le premier dispositif connu: une entrée de signal recevant un signal d'information d'entrée, des moyens d'amplification à facteur d'amplification ajustable couplés à ladite entrée pour recevoir ledit signal d'information d'entrée et en modifier le niveau en fonction d'un signal de commande de gain reçu sur une entrée de commande de gain, de manière à en dériver un signal d'information de sortie, une sortie de signal couplée auxdits moyens d'amplification et fournissant un signal d'information de sortie, mais ne souffrant pas des inconvénients ou limitations mentionnés. Le dispositif de commande de gain de la présente invention se caractérise en ce qu'il comprend en outre: des moyens d'évaluation couplés à ladite entrée pour recevoir ledit signal d'information d'entrée et en dériver un signal d'amplitude dépendant du niveau de ce dernier signal, des moyens de traitement couplés auxdits moyens d'évaluation, recevant ledit signal d'amplitude et en dérivant un signal de commande de gain selon une loi de commande de gain définie, lequel est transmis à ladite entrée de commande de gain desdits moyens d'amplification, ces moyens étant agencés de sorte que le niveau dudit signal d'information de sortie possède une dynamique réduite par rapport à celle dudit signal d'information d'entrée. Dans le cas o ledit signal d'information d'entrée est un signal en provenance de stations distantes transmettant chacune dans un intervalle de temps qui lui est propre dans une trame répétitive, conformément au système connu dit à "Accès Multiple à Répartition dans le Temps" (AMRT), ledits moyens de traitement, répondant à un signal de synchronisation d'intervalle de temps, fonctionnent avantageusement sur la base de l'intervalle de temps, maintiennant le même réglage de gain durant sensiblement la totalité de l'intervalle de temps, de manière à préserver l'information d'amplitude que peut contenir un paquet reçu durant l'intervalle de temps. Avantageusement, le dispositif de l'invention comprend en outre des moyens de retard interposés entre ladite entrée de signal et lesdits moyens d'amplification, lesdits moyens de retard fournissant à ces derniers un signal d'information d'entrée retardé d'un retard tel que ledit signal de commande de gain est disponible pour la commande de gain dans lesdits moyens d'amplification au moment o ceux-ci reçoivent ledit signal d'information d'entrée retardé. De plus, le dispositif de commande de gain de l'invention comprend un filtre agencé pour que ledit signal d'information d'entrée soit filtré avant d'être fourni auxdits moyens d'évaluation, par un filtre passe-bande ou par un filtre passe-bas Ce filtre est interposé soit entre ladite entrée de signal et lesdits moyens d'amplification, soit entre le point de couplage de ladite entrée de signal auxdits moyens d'amplification et lesdits moyens d'évaluation. Dans une forme de réalisation desdits moyens d'amplification, ceux-ci comprennent un atténuateur variable au moins, dont l'atténuation est commandée par ledit signal de commande de gain. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante de modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples nonlimitatifs, fait en se référant aux figures annexées qui représentent: la figure 1, la situation de stations mobiles par rapport à une station fixe, dans un système de type AMRT, la figure 2, la trame AMRT reçue par la station fixe dans le cas de la figure 1, la figure 3, un mode réalisation du dispositif de commande de gain pour un récepteur de signaux d'information de la présente invention, ce mode de réalisation incluant deux variantes. La figure 1 représente un système de transmision incluant une station fixe 10 et deux stations mobiles 11 et 12 situées à des distances différentes de la station de base L'ensemble peut appartenir, par exemple, à un réseau radiotéléphonique tel que le réseau GSM. Dans ce qui suit, on ne traitera que de la transmission des stations mobiles vers la station fixe La transmission des stations mobiles vers la station fixe a lieu par paquets dans une trame d'intervalles de temps répétitifs, tel qu'il est représenté à la figure 2 o l'on a représenté une trame Tl, composée d'intervalle de temps consécutifs ITI, IT 2, etc, et le début d'une trame T 2 o l'on retrouve les intervalles de temps IT 1 et IT 2 Dans le premier des intervalles de temps IT 1 de la trame Tl, la station mobile il transmet un paquet Pli, tandis que, dans l'intervalle de temps IT 2, la station mobile 12 transmet le paquet P 21 Dans le premier intervalle de temps ITI de la trame T 2, la station mobile Il transmet un nouveau paquet P 12, lequel est suivi d'un paquet P 22 transmis par la station mobile 12, et ainsi de suite. Chaque paquet transmis est en fait un signal à une fréquence allouée à la communication entre les stations mobiles considérées et la station fixe, modulé par l'information à transmettre, information numérique dans le cas d'un système de type GSM. La figure 2 représente les signaux tels qu'ils sont reçus par la station fixe Des dispositions dont on ne traitera pas ici, car elles sont étrangères à la présente invention, peuvent être employées afin que la position temporelle des paquets qui se suivent soit définie de façon appropriée à leur arrivée dans la station fixe. Le point important, en ce qui concerne la présente invention, est que les paquets reçus de différentes stations mobiles ont des amplitudes variées La station mobile il est en effet relativement proche de la station fixe 10 L'amplitude du signal que reçoit la station fize dans l'intervalle de temps ITM est donc relativement forte Par comparaison, la station mobiles 12 est plus éloignée et l'amplitude du signal que reçoit la station fixe 10 dans l'intervalle de temps IT 2 est relativement faible. La distance n'est bien sûr pas le seul facteur qui intervienne dans l'amplitude des signaux reçus par la station fixe 10; on peut encore citer la présence d'obstacle à la propagation, l'évanouissement par trajets multiples, etc. La réception de signaux ayant ainsi une forte dynamique pose un problème de réduction de cette dynamique, avant que ces signaux soient exploités, par exemple pour recouvrer l'information analogique ou numérique qu'ils contiennent En effet, ces signaux devront traverser des circuits comprenant des composants actifs, des transistors notamment, dont la réponse en amplitude n'est pas linéaire. Alors, des signaux trop faibles risquent de ne pouvoir être exploités, tandis que des signaux trop forts risquent d'être déformés par saturation, ce qui peut entraîner une perte d'information. Il y a donc lieu de procéder à une amplification suffisante des signaux faibles, et à une moindre amplification des signaux forts, c'est-à-dire à une réduction de la dynamique des signaux d'entrée du récepteur. L'invention propose des moyens à cette f in, dont la figure 3 représente un exemple de réalisation. La figure 3 représente donc un dispositif de commande de gain destiné à être utilisé dans un récepteur de signaux d'information non représenté, ce dispositif de commande de gain comprenant: une entrée de signal 31 recevant un signal d'information d'entrée, des moyens d'amplification à facteur d'amplification ajustable 33 couplés à ladite entrée 31 pour recevoir ledit signal d'information d'entrée et en modifier le niveau en fonction d'un signal de commande de gain reçu sur une entrée de commande de gain 51, de manière à en dériver un signal d'information de sortie, une sortie de signal 52 couplée auxdits moyens d'amplification 33 et fournissant ledit signal d'information de sortie, des moyens d'évaluation 37 couplés à ladite entrée 31 pour recevoir ledit signal d'information d'entrée et en dériver un signal d'amplitude dépendant du niveau de ce dernier signal, des moyens de traitement 38 couplés auxdits moyens d'évaluation 37, recevant ledit signal d'amplitude et en dérivant un signal de commande de gain selon une loi de commande de gain définie, lequel est transmis à ladite entrée de commande de gain 51 desdits moyens d'amplification 33. La figure 3 représente en outre un coupleur 36 prélevant le signal d'information d'entrée de la branche comprenant les moyens d'amplification 33 pour le fournir à celle qui contient les moyens d'évaluation et de traitement 37 et 38. Les moyens d'évaluation 37 peuvent être un simple détecteur d'enveloppe, tandis que les moyens de traitement 38 peuvent prendre diverses formes comme cela apparaîtra plus loin. Les moyens d'amplification à facteur d'amplification ajustables peuvent prendre la forme d'une chaine d'étages d'amplification dans laquelle sont intercalés des étages d'atténuation commandables Dans ce cas, le gain est ajusté par commande d'atténuateurs. Ces moyens sont agencés de sorte que le niveau dudit signal d'information de sortie possède une dynamique réduite par rapport à celle dudit signal d'information d'entrée tel qu'il est illustré à la figure 2 Le signal d'information d'entrée étant celui de la figure 2, le signal d'information de sortie est un signal semblable mais tel que la différence entre les amplitudes des paquets Pli, P 12 et P 21, P 22 soit réduite Pour y parvenir, les moyens d'évaluation 37 déterminent l'amplitude du signal d'entrée, cette amplitude fait l'objet d'un traitement dont il sera question plus loin dans les moyens de traitement 38, lesquels produisent un signal de commande de gain Appliqué à l'entrée de commande de gain 51 des moyens d'amplification 33, ce signal de commande de gain détermine l'amplification plus ou moins grande du signal d'information d'entrée et procure l'effet recherché de réduction de la dynamique de ce signal, les moyens d'amplification 33 fournissant ainsi un signal d'information de sortie à dynamique réduite sur la sortie 52. Dans le dispositif de commande de gain de la figure 3 les moyens de traitement 38 peuvent être aménagés pour répondre à un signal de synchronisation d'intervalle de temps, produit par une base de temps non représenté et appliqué sur une entrée de synchronisation 41, pour fonctionner sur la base de l'intervalle de temps et maintenir le même réglage de gain pendant sensiblement la totalité de chaque intervalle de temps Par exemple, les moyens de traitement 38 peuvent observer l'amplitude maximale ou moyenne du signal pendant l'intervalle de temps IT 1 de la trame Tl de la figure 2, pour déterminer un signal de commande de gain qui sera appliqué et maintenu à l'entrée de commande de gain 51 des moyens d'amplification 33 durant tout l'intervalle de temps I Ti de la trame T 2, et ainsi de suite, trame après trame et pour chaque intervalle de temps Cela suppose évidemment que le niveau du signal reçu d'une station mobile ne se modifie pas sensiblement entre deux trames consécutives Selon une autre exemple, le paquet peut comprend un préambule de durée relativement courte sur lequel est effectué l'évaluation de niveau dans les moyens d'évaluation 37 et le traitement correspondant dans les moyens de traitement 38, de sorte qu'un signal de commande de gain soit disponible sensiblement au début d'un paquet d'information transmis dans un intervalle de temps, signal de commande de gain qui est ensuite maintenu durant tout l'intervalle de temps Il est supposé, dans cet autre cas, que le préambule considéré ne devra pas être traité dans des circuits nécessitant une dynamique réduite, qu'il est par exemple réservé au réglage du gain pour le reste du paquet Selon un autre exemple encore, une solution mixte est également possible, selon laquelle le signal reçu dans un intervalle de temps donné est divisé en tranche temporelle de durée prédéterminée et l'évaluation du niveau dans chaque tranche détermine le réglage du gain dans la tranche suivante. Selon un mode de réalisation préféré, le dispositif de commande de gain de l'invention comprend en outre des moyens de retard 34, représentée en traits interrompus à la figure 3, en raison de leur caractère optionnel; ils sont interposés entre ledit coupleur 36 et lesdits moyens d'amplification 33 et fournit à ces derniers un signal d'information d'entrée retardé d'un retard tel que ledit signal de commande de gain est disponible pour la commande de gain dans lesdits moyens d'amplification 33 au moment o ceux-ci reçoivent ledit signal d'information d'entrée retardé. Une telle disposition, dans tous les cas de commande de gain envisagés antérieurement permet d'effectuer l'évaluation de l'amplitude du signal d'information d'entrée, dans lesdits moyens d'évaluation 37, puis le traitement de l'amplitude dans lesdits moyens de traitement 38, en y consacrant tout le temps nécessaire, temps durant lequel le signal d'entrée franchit lesdits moyens de retard 34 Alors, au moment o le paquet ou, plus généralement, le signal d'information reçu dans un intervalle de temps atteint lesdits moyens d'amplification 33, le signal de commande de gain est fournit sur leur entrée de commande de gain 51 par lesdits moyens de traitement 38, de sorte que ce signal pourra s'appliquer dès le début du signal d'information à partir duquel il a été établi Il est ainsi possible d'ajuster l'amplitude de tout un paquet à partir d'un ou plusieurs échantillons quelconques du paquet, prélevés, évalués et traités avant que le paquet n'atteigne les moyens d'amplification. Dans un mode de réalisation préféré, l'évaluation du niveau de réception d'un paquet aura lieu dans un échantillon prélevé après un court laps de temps en début de paquet, d'une durée suffisante pour permettre l'élimination de parasites par intégration, procurant ainsi un signal de commande de gain servant à ajuster l'amplitude de la totalité du signal reçu dans l'intervalle de temps. Le retard apporté par lesdits moyens de retard pourra prendre n'importe quelle valeur pourvue qu'elle excède la durée nécessaire pour la réception de l'échantillon du paquet servant à l'évaluation, augmentée de la durée nécessaire pour le fonctionnement des circuits de traitement 38 et la commande de gain dans les moyens d'amplification 33. Par ailleurs, la figure 3 représente également des moyens de filtrage 42, 43, représentés en traits interrompus en raison de leur caractère également optionnel. la En effet, le signal d'information d'entrée comprendra dans certain cas des signaux parasites hors bande qui affecteraient l'évaluation d'amplitude s'ils n'étaient pas éliminés La solution est de les filtrer, par un filtrage passe- bande, ou passe-bas On peut insérer un tel filtre ( 42) entre l'entrée 31 et le point de couplage de ladite entrée de signal auxdits moyens d'amplification et lesdits moyens d'évaluation Une autre solution consiste en l'insertion d'une filtre ( 43) dans la branche d'évaluation seulement En effet, le seul respect de l'information d'amplitude impose des spécifications bien moins sévères du filtre que dans la solution précédente Un tel filtre sera donc moins coûteux. On mentionnera enfin que bien que l'on ait parlé depuis le début de la description de moyens d'amplification à facteurs d'amplification ajustable, une solution avantageuse pour la réalisation de tels moyens d'amplification consiste en une chaîne d'amplficiateurs comprenant un atténuateur variable au moins, dont l'atténuation est commandée par ledit signal de commande de gain On peut ainsi employer en particulier des atténuateur commandables acceptant sans apporter eux-mêmes de distorsion la dynamique encore importante du signal d'entrée. REVENDICATIONS 1 Dispositif de commande de gain dans un récepteur de signaux d'information comprenant: une entrée de signal ( 31) recevant un signal d'information d'entrée, des moyens d'amplification ( 33) à facteur d'amplification ajustable couplés à ladite entrée ( 31) pour recevoir ledit signal d'information d'entrée et en modifier le niveau en fonction d'un signal de commande de gain reçu sur une entrée de commande de gain ( 51), de manière à en dériver un signal d'information de sortie, une sortie de signal ( 52) couplée auxdits moyens d'amplification ( 33) et fournissant ledit signal d'information de sortie, caractérisé en ce qu'il comprend en outre: des moyens d'évaluation ( 37) couplés à ladite entrée ( 31) par un point de couplage ( 36), pour recevoir ledit signal d'information d'entrée et en dériver un signal d'amplitude dépendant du niveau de ce dernier signal, des moyens de traitement ( 38) couplés auxdits moyens d'évaluation ( 37), en recevant ledit signal d'amplitude et en dérivant un signal de commande de gain selon une loi de commande de gain définie, lequel est transmis à ladite entrée de commande de gain ( 52) desdits moyens d'amplification ( 33), ces moyens étant agencés de sorte que le niveau dudit signal d'information de sortie possède une dynamique réduite par rapport à celle dudit signal d'information d'entrée. 2 Dispositif de commande de gain dans un récepteur de signaux d'information conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que ledit signal d'information d'entrée étant un signal en provenance de stations distantes transmettant chacune dans un intervalle de temps qui lui est propre dans une trame répétitive, conformément au système connu dit à "Accès Multiple à Répartition dans le Temps" (AMRT), ledits moyens de traitement ( 38), répondant à un signal de synchronisation d'intervalle de temps ( 41), fonctionnent sur la base de l'intervalle de temps et maintiennent le même réglage de gain pendant sensiblement la totalité de chaque intervalle de temps. 3 Dispositif de commande de gain dans un récepteur de signaux d'information conforme à la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de retard ( 34) interposés entre ledit point de couplage ( 36) et lesdits moyens d'amplification ( 33), lesdites moyens de retard ( 34) fournissant à ces derniers un signal d'information d'entrée retardé d'un retard tel que ledit signal de commande de gain est disponible pour la commande de gain dans lesdits moyens d'amplification ( 33) au moment o ceux-ci reçoivent ledit signal d'information d'entrée retardé. 4 Dispositif de commande de gain dans un récepteur de signaux d'information conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend un filtre ( 42, 43) agencé pour que ledit signal d'information d'entrée soit filtré avant d'être fourni auxdits moyens d'évaluation ( 37). 5 Dispositif de commande de gain dans un récepteur de signaux d'information conforme à la revendication 4, caractérisé en ce que ledit filtre ( 42, 43) est un filtre passe-bande. 6 Dispositif de commande de gain dans un récepteur de signaux d'information conforme à la revendication 4, caractérisé en ce que ledit filtre ( 42, 43) est un filtre passe-bas. 7 Dispositif de commande de gain dans un récepteur de signaux d'information conforme à la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que ledit filtre ( 42) est interposé entre ladite entrée de signal ( 31) et ledit point de couplage ( 36). 8 Dispositif de commande de gain dans un récepteur de signaux d'information conforme à la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que ledit filtre ( 43) est agencé entre le point de couplage ( 36) de ladite entrée de signal ( 31) auxdits moyens d'amplification ( 33) et lesdits moyens d'évaluation ( 37). 9 Dispositif de commande de gain dans un récepteur de signaux d'information conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que lesdits moyens d'amplification ( 33) comprennent un atténuateur variable au moins, dont l'atténuation est commandée par ledit signal de commande de gain.