Brevet FR2729023A1 — publié le 19960705

Titre Procédé et numériseur de signaux à bande de fréquence divisée Domaine de l'invention La présente invention concerne des émetteursrécepteurs numériques à voies multiples et plus particulièrement un numériseur de signaux à bande de fréquence divisée et un procédé de numérisation efficace de signaux à bande de fréquence divisée. Arrière-Dlan de l'invention La mise en oeuvre d'un système de radiocommunication utilisant des techniques numériques présente de nombreux avantages. On peut citer, notamment, une plus grande capacité du système, un bruit réduit, un matériel réduit et une consommation électrique en conséquence. De nombreux systèmes de radiocommunication numériques ont été proposés. Par exemple, plusieurs modes de réalisation préférés de systèmes de radiocommunication mettant en oeuvre des techniques numériques sont représentés et décrits dans la demande de brevet américain communément attribuée, intitulée "Multi-Channel Digital Transceiver and Method" déposée le même jour que celle-ci et dont les demandeurs sont des co-inventeurs. Il est fondamental pour un système de radiocommunication numérique que le signal radio analogique reçu soit numérisé. Le bien connu critère de Nyquist assure la réalisation de cette numérisation de façon presque parfaite en utilisant un convertisseur analogique/numérique (CAN) ayant une cadence d'échantillonnage supérieure au double de la largeur de bande du signal analogique. Dans le brevet américain n05 251 ' 218, une méthodologie typique de l'art antérieur est décrite pour numériser un signal radiofréquence analogique. Il sera remarqué, cependant, là où des signaux radio occupent une grande largeur de bande, que les CAN capables de fonctionner à des cadences d'échantillonnage très élevées sont nécessaires.De tels dispositifs, dans la mesure où ils sont disponibles, sont chers et ont souvent une performance réduite, c'est-à-dire qu'ils présentent une distorsion significative et une consommation électrique accrue lorsqu'ils fonctionnent à des cadences d échantillonnage élevées. Le spectre alloué aux systèmes de radiocommunication est traditionnellement large par rapport aux exigences de la numérisation. Dans quelques systèmes de radiocommunication, cependant, bien que le signal souhaité occupe une grande largeur de bande, toute la largeur de bande n'est pas occupée par des signaux intéressants. Dans des systèmes de communication par radiotéléphone cellulaire, par exemple, la largeur de bande de communication n'est pas contiguë. Lorsque le spectre radioélectrique était initialement attribué à des communications radiotéléphoniques ceiluiaires, deux blocs du spectre contigus à 10 mégahertz (MHz) étaient attribués à des opérateurs de la grande A" et des opérateurs de la grande B", respectivement.Toutefois, puisqu'il est devenu nécessaire d'améliorer la capacité du système de radiocommunication cellulaire, une largeur de bande supplémentaire était nécessaire. Malheureusement, des blocs suffisamment grands de largeur de bande adjacents aux blocs attribués initialement n'étaient pas disponibles. Par conséquent, des blocs de largeur de bande supplémentaires de 2,5 MHZ ont été attribués. La bande A qui en résulte est illustrée sur la figure 2A en tant que bloc à 11 MHZ et un bloc à 1,5 MHz séparé par un bloc à 10 MHZ occupé par la bande B. Ainsi, puisque la bande A et la bande B cellulaires ont chacune une largeur de bande de 12,5 MHz, du point de vue spectral, la bande A tout entière couvre 22,5 MHZ de largeur de bande dans deux parties discontinues. Afin de numériser la bande A, par exemple, on a besoin d'un CAN capable de fonctionner, selon le critère de Nyquist, au moins à 45 MHZ ou 45 millions d'échantillons par seconde (Me/s), et de façon plus fiable à 56 Me/s. La division du signal en segments plus petits permet l'utilisation de CAN multiples à des cadences d'échantillonnage plus faibles. L'utilisation de CAN multiples présente l'inconvénient de nécessiter davantage de matériel. En outre, la fréquence d'horloge et les harmoniques de rang plus élevé de ceux-ci tombent inévitablement dans la bande de fréquences du signal numérisé. Un autre inconvénient est la quantité de traitement de données numériques nécessaires pour filtrer, interpoler, compenser le chevauchement de bande et additionner les multiples signaux numériques résultants. Par conséquent, il y a une demande pour un dispositif et un procédé destinés à numériser des signaux à bande de fréquence divisée qui ne nécessitent pas de cadence d'échantillonnage élevée, et qui n'augmentent pas de façon significative la quantité de matériel requise pour le système de communication. De tels dispositif et procédé sont proposés par la présente invention, et un spécialiste de la technique remarquera facilement les nombreux avantages et caractéristiques de la présente invention à partir de la description détaillée suivante et des dessins joints. Brève description des dessins La figure 1 est une représentation de schéma fonctionnel d'un numériseur à bande de fréquence divisée selon un mode de réalisation préféré de la présente invention La figure 2A est une représentation spectrale d'un signal à bande de fréquence divisée ; La figure 2B est une représentation spectrale du signal à bande de fréquence divisée représenté sur la figure 2A après transposition selon un mode de réalisation préféré de la présente invention ; La figure 2C est une représentation spectrale du signal à bande de fréquence divisée représenté sur la figure 2B après sa transformation en un signal numérique selon un mode de réalisation préféré de la présente invention ; et La figure 3 est un organigramme illustrant un procédé de numérisation d'un signal à bande de fréquence divisée selon un mode de réalisation préféré de la présente invention. Description détaillée d'un mode de réalisation préféré La numérisation d'un signal analogique à bande de fréquence divisée est effectuée dans la présente invention avec une fréquence d'échantillonnage et des exigences de matériel réduites. La présente invention propose le mélange de la largeur de bande de fréquence divisée tout entière jusqu'à une fréquence de référence qui permet à la numérisation d'être effectuée à une fréquence d'échantillonnage réduite. La fréquence de référence est choisie de façon que les segments de la largeur de bande de fréquence divisée occupe des bandes de repliement du spectre adjacentes. La numérisation à des fréquences d'échantillonnage réduites produit ? un signal numérique, le signal à bande de fréquence divisée tout entier étant représenté dans une bande de Nyquist unique de la fréquence d'échantillonnage. En se référant à la figure 1, un récepteur radio numérique 10 comprenant le numériseur de la présente invention est représenté. Un signal analogique à bande de fréquence divisée est reçu au niveau de l'antenne 12, abaissé et mis en forme par le biais du filtre 14 et de l'amplificateur tel que cela est bien connu de la technique. Le signal à bande de fréquence divisée est ensuite communiqué au mélangeur 18 où il est transposé en fréquence par un signal provenant de l'oscillateur local 20. En se référant aux figures 2A à 2C, un signal à bande de fréquence divisée 200 est représenté. Le signal 200 est semblable à ceux de la bande A cellulaire, cependant, il doit être compris que la présente invention s'applique à la numérisation de n'importe quel type de signaux analogiques à bande de fréquence divisée. Le résultat du mélange du signal 200 et de la fréquence de référence dans le mélangeur 18 est le signal 200', de la figure 2B.Tel que cela peut être remarqué, après le mélange, le signal à bande de fréquence divisée est transposé de sorte que les segments divisés du signal 200' se trouvent près de la fréquence de référence représentée par fs/2. I1 sera remarqué qu'une fréquence appropriée de l'oscillateur local peut être choisie soit pour une injection de borne à haut potentiel soit pour une injection de borne à bas potentiel, selon le signal à bande de fréquence divisée, pour transposer le signal pour qu'il se rapproche du signal de référence. Le signal mélangé à bande de fréquence divisée est en outre mis en forme par le biais du filtre 22 et de l'amplificateur 24. Le signal transposé à bande de fréquence divisée est ensuite transmis au convertisseur analogique/numérique (CAN) 26. Le convertisseur analogique/numérique 26 numérise à une cadence d'échantillonnage f51 d'une façon connue, le signal analogique à bande de fréquence divisée pour produire un signal numérique 27. Le signal numérique 27 est représenté sur la figure 2C par 200''.Comme cela peut être remarqué à partir de la figure 2C, la numérisation du signal 200' entraîne le repliement du spectre des segments à bande divisée (représentés en pointillés) du signal 200', les segments de repliement du spectre étant compris dans une bande de Nyquist de la fréquence d' échantillonnage fs Dans le mode de réalisation préféré de la présente invention, la fréquence d'échantillonnage fs est choisie pour être environ 2,5 fois supérieure à la largeur de bande du segment le plus large du signal à bande de fréquence divisée. La fréquence de référence est choisie pour être environ inférieure de moitié à la fréquence d'échantillonnage ou égale à un multiple de celle-ci.Tel que cela sera remarqué, le signal à bande de fréquence divisée tout entier est numérisé en utilisant une cadence d'échantillonnage qui est inférieure au double de la largeur de bande spectrale totale du signal à bande de fréquence divisée, par exemple, tel que cela est représenté sur la figure 2A. En faisant à nouveau référence à la figure 2C un exemple spécifique de choix de la fréquence d'échantillonnage est représenté pour la bande A cellulaire. A partir du graphique spectral représenté, deux observations peuvent être faites, premièrement X + 1,5 +. 2Y = 10 (a) et deuxièmement Z + 11 + X + 1,5 + Y = fus/2 (b) à partir desquelles égalités il peut être déterminé que f5 = 33,5 + X + 2Z (c) où X, Y et Z sont tels que représentés sur les figures 2C, et 11 MHZ et 1,5 MHZ sont les largeurs de bande des segments numérisés, respectivement. Cette relation est vraie et indifférente à la bande de repliement du spectre considérée. Il peut être remarqué à partir de ce qui précède que f5 peut s'approcher de 33,5 Me/s par rapport aux 56 Me/s qui seraient nécessaires pour numériser la bande A cellulaire. Dans des applications pratiques, f5 dépend de la filtration. C'est-à-dire que le segment X doit être suffisamment large pour permettre à un filtre anti-repliement du spectre de passer la bande à 11 NEZ mais atténuer le repliement du spectre à 1,5 MHz. Le segment Z doit être assez grand pour que, après le mélange, l'image générée par l'échantillonnage soit filtrée. En pratique, fs peut s'approcher, de façon réaliste, de 35 Me/s. Le signal numérique 200'' est ensuite transmis aux processeurs de voies 28. Les processeurs de voies fonctionnent sur le signal 200'' pour récupérer la représentation numérique du signal à bande de fréquence divisée tout entier. Une description de tels processeurs de voies peut être trouvée dans la demande de brevet américain susmentionnée intitulée ZMulti- channel Digital Transceiver and Method". Il doit être remarqué que la représentation numérique du signal, due au repliement du spectre contient des segments transposés du signal à bande de fréquence divisée. Toutefois, les spécialistes de la technique sauront reconstituer le signal à bande de fréquence divisée à partir de ces segments transposés. En se référant à la figure 3, un procédé de numérisation d'un signal à bande de fréquence divisée selon un mode de réalisation préféré de la présente invention est représenté, par 300-308. Un signal à bande de fréquence divisée est reçu, 302, et est mélangé 304 de sorte que le signal transposé bande de fréquence divisée se trouve près d'une fréquence divisée. Le signal mélangé est ensuite numérisé, 306, produisant un signal numérique comprenant des repliements du spectre du signal à bande de fréquence de référence. Le signal mélangé est numérisé à une cadence d'échantillonnage inférieure au double de la largeur de bande totale du signal à bande de fréquence divisée. Le signal à bande de fréquence divisée est ensuite récupéré à partir du signal numérique dans une carte de processeur de voies 308. Comme une personne ayant une connaissance ordinaire de la technique le remarquera à partir de la discussion précédente, la présente invention propose un numériseur et un procédé qui réduisent la fréquence d'échantillonnage et/ou les besoins en matériel pour numériser un signal à bande de fréquence divisée. Les nombreux avantages caractéristiques, et la portée juste de la présente invention sont facilement compris à partir de la discussion précédente et des revendications jointes. Revendications 1. Numériseur de signaux à fréquence divisée comprenant un premier transposeur de fréquence couplé pour recevoir un signal analogique. à bande de fréquence divisée, le signal analogique à bande de fréquence divisée comportant. un premier segment ayant une première largeur de bande et un deuxième segment ayant une deuxième largeur ae bande, le signal analogique à bande de fréquence divisée ayant une largeur de bande totale supérieure à la somme de la première et de la deuxième largeurs de bande, le transposeur de fréquence produisant un signal transposé en fréquence à partir du signal reçu un convertisseur analogique/numérique réagissant au transposeur de fréquences, le convertisseur analogique/numérique numérisant le signal transposé en fréquence en échantillonnant le signal transposé en fréquence à une cadence d'échantillonnage inférieure au double de la largeur de bande totale du signal à bande de fréquence divisée pour produire un signal numérique, le signal numérique comportant une version numérisée des premier et deuxième segments et des versions de repliement du spectre des premier et deuxième segments. 2. Numériseur de signaux à fréquence divisée selon la revendication 1, comprenant en outre un processeur récupérant une représentation numérique du signal analogique à bande de fréquence divisée à partir du signal numérique. 3. Numériseur de signaux à fréquence divisée selon la revendication 1, dans lequel les premier et deuxième segments et au moins une des versions à spectre replié des premier et deuxième segments sont tous placés, du point de vue spectral, à l'intérieur d'une largeur de bande qui est inférieure au double de la largeur de bande totale du signal a-nalogique à bande de fréquence divisée. 4. Numériseur de signaux à fréquence divisée selon la revendication 1, comprenant en outre un moyen d'analyse réagissant au convertisseur analogique/numérique pour recevoir le signal numérique et extraire une représentation numérique du signal analogique à bande de fréquence divisée. 5. Procédé de numérisation d'un signal analogique à bande de fréquence divisée comprenant les étapes de réception d'un signal analogique à bande de fréquence divisée, le signal analogique à bande de fréquence divisée ayant un premier segment ayant une premier largeur de bande, un deuxième segment ayant une deuxième largeur de bande, et une largeur de bande totale supérieure à la somme des première et deuxième largeurs de bande transposition en fréquence du signal reçu pour produire un signal transposé en fréquence, de telle sorte qu'une fréquence de référence est située entre les fréquences associées aux versions transposées en fréquence du premier segment et le deuxième segment du signal transposé en fréquence ; et numérisation du signal transposé en fréquence en échantillonnant le signal transposé en fréquence à une cadence d'échantillonnage inférieure au double de la largeur de bande totale du signal analogique à bande de fréquence divisée pour produire un signal numérique, le signal numérique comportant une représentation numérique des premier et deuxième segments et des versions à spectre replié des premier et deuxième segments. 6. Procédé dé numérisation d'un signal analogique à bande de fréquence divisée selon la revendication 5, dans lequel la représentation numérique des premier et deuxième segments et au moins une des versions à spectre replié des premier et deuxième segments sont situées à l'intérieur d'une largeur de bande qui est inférieure au double de la largeur de bande totale du signal à bande de fréquence divisée. 7. Procédé de numérisation d'un signal analogique à bande de fréquence divisée selon la revendication 5, dans lequel la fréquence de référence est inférieure à la moitié de la cadence d'échantillonnage. 8. Procédé de numérisation d'un signal analogique à bande de fréquence divisée selon la revendication 7, dans lequel au moins une des versions à spectre replié de l'un des premier et deuxième segments est contenue à l'intérieur d'une bande de Nyquist sur la base de la cadence d'échantillonnage. 9. Procédé de numérisation d'un signal analogique à bande de fréquence divisée selon la revendication 5, dans lequel l'étape de transposition en fréquence du signal analogique à bande de fréquence divisée comprend la transposition du signal analogique à bande de fréquence divisée vers un multiple entier d'une fréquence de Nyquist du signal analogique à bande de fréquence divisée. 10. Récepteur numérique comprenant un récepteur détectant un signal analogique à fréquence divisée comportant un premier segment ayant une première largeur de bande et un deuxième segment ayant une deuxième largeur de bande, le signal analogique à fréquence divisée ayant une largeur de bande totale supérieure à la somme des première et deuxième largeurs de bande ; et un convertisseur analogique/numérique réagissant au récepteur, le convertisseur analogique/numérique numérisant le signal analogique à fréquence divisée en échantillonnant le signal analogique à fréquence divisée à une cadence d'échantillonnage inférieure au double de la largeur de bande totale du signal analogique à fréquence divisée pour produire un signal numérique, le signal numérique comportant une version numérisée des premier et deuxième segments et les versions à spectre replié des premier et deuxième segments.