Brevet FR2729022A1 — publié le 19960705

Titre: Procédé et numériseur de signaux de fréquence à large bande Domaine de l'invention La présente invention concerne des émetteurs- récepteurs numériques à voies multiples et plus particulièrement un numériseur de signaux de fréquence à large bande et un procédé de numérisation efficace de signaux de fréquence à large bande. Arrière-plan 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 donc une consommation électrique réduite. De nombreux systèmes de radiocommunication numériques ont été proposés. Il est fondamental pour un système de radiocommunication numérique que le signal radio analogique reçu soit numérisé. Le critère de Nyquist, bien connu, assure la réalisation de cette numérisation de façon presque parfaite à une cadence environ égale au double de la largeur de bande du signal analogique. Dans le brevet américain n 5 251 218, une méthodologie typique de l'art antérieur est décrite pour numériser un signal radiofréquence analogique selon ce principe. Il sera remarqué, cependant, là o les signaux radio occupent une grande largeur de bande, que des CAN capables de fonctionner à des cadences d'échantillonnage très élevées sont nécessaires. De tels dispositifs, dans la mesure o 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 grand par rapport aux exigences de la numérisation. Cependant, dans quelques systèmes de radiocommunication, 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 contiguè. La bande A cellulaire, par exemple, se voit attribuer une largeur de bande de 12,5 mégahertz (MHz). Toutefois, 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. Par conséquent, il existe un besoin pour un dispositif destiné à numériser des signaux de fréquence à large bande 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. Brève description des dessins La figure 1 est une représentation en schéma fonctionnel d'un numériseur de signaux de fréquence à large bande selon un mode de réalisation préféré de la présente invention; la figure 2 est une représentation en schéma fonctionnel d'un signal de fréquence à large bande selon un autre mode de réalisation de la présente invention; la figure 3 est une représentation en schéma fonctionnel d'un numériseur de signaux de fréquence à large bande selon un autre mode de réalisation préféré de la présente invention; les figures 4A et 4B illustrent spectralement le traitement d'un signal de fréquence à large bande selon un mode de réalisation de la présente invention; et les figures SA à 5H illustrent spectralement le traitement d'un signal de fréquence à large bande selon un autre mode de réalisation préféré de la présente invention. DescriDtion détaillée des modes de réalisation préférés Un numériseur de signaux de fréquence à large bande et un procédé de numérisation d'un signal de fréquence à large bande proposent un placement optimal d'un segment du signal de fréquence à large bande à l'intérieur d'une bande de Nyquist d'un convertisseur analogique numérique. Les segments restants du signal de fréquence à large bande sont placés près du premier segment de sorte que le signal de fréquence à large bande tout entier est facilement numérisé en utilisant un ou plusieurs convertisseur(s) analogique/numérique fonctionnant à des cadences d'échantillonnage réduites tout en réduisant ou éliminant des signaux parasites indésirables provenant du signal numérisé obtenu. La description détaillée suivante est présentée en référence au numériseur et au procédé de numérisation efficace et minutieuse des parties divisées de la bande de fréquence bande A du système de communication cellulaire. Une personne ayant une connaissance ordinaire de la technique comprendra toutefois facilement que la présente invention peut numériser n'importe quel signal à large bande occupant un spectre continu ou discontinu. En outre, bien que la présente invention soit décrite comme fonctionnant sur deux segments du signal à large bande, la présente invention peut également s'appliquer à un signal de fréquence & large bande séparé en une pluralité de segments et traité par le biais d'une pluralité de trajets du signal. En référence à la figure 1, un numériseur 10 de signaux de fréquence à large bande selon un mode de réalisation préféré de la présente invention est représenté. Un signal analogique est reçu au niveau de l'antenne 12 et est mis en forme par le biais des filtres 14 et 18 et de l'amplificateur 16 tel que cela est bien connu de la technique. Le signal analogique mis en forme est transmis au mélangeur 20 o il est mélangé à un signal provenant de l'oscillateur local 22. transpose en fréquence, le signal mis en forme et reçu en un signal de fréquence intermédiaire (FI). Le signal transposé (FI) est ensuite transmis au diviseur 24 dans lequel le signal transposé est divisé en un premier segment et un deuxième segment. Le deuxième segment est filtré par le biais du filtre 26 et mélangé à un signal du deuxième oscillateur local 28 dans le mélangeur 30. Le deuxième segment est ensuite filtré dans le filtre 31 et transmis à l'additionneur 34. Le signal du premier segment est filtré par le biais du filtre 32 et est également transmis à l'additionneur 34. Les premier et deuxième segments sont additionnés puis numérisés par le biais du convertisseur analogique/numérique 36 à une fréquence d'échantillonnage fs. Le fonctionnement des mélangeurs 20 et 30 sert à transposer en fréquence les segments du signal de fréquence à large bande de façon qu'il puisse être numérisé. Cela est illustré sur les figures 4A et 4B et le fonctionnement du numériseur 10 est décrit en référence à celles-ci. Le spectre 400 illustré sur la figure 4A est typique du signal reçu au niveau de l'antenne 12 pour la bande A cellulaire, à la suite du traitement par le biais des filtres 14 et 18 et de l'amplificateur. Le spectre 400' illustré sur la figure 4B représente le spectre de la figure 4A après le traitement par le biais des mélangeurs 20 et 30. Le spectre 400' est transposé en une fréquence FI qui se trouve à l'intérieur d'une bande de Nyquist du convertisseur analogique/numérique. La partie la plus large, soit 402 du spectre 400', est placée de façon adjacente à la fréquence d'échantillonnage fs. La partie étroite 404 du spectre 400' est divisée à partir du spectre 400' et traitée en tant que segment séparé. L'objectif du mélangeur 30 est de transposer le deuxième segment 404 du signal de fréquence à large bande en une position presque adjacente au premier segment 402, comme cela peut être remarqué. Les premier et deuxième segments 402 et 404 ainsi placés peuvent ensuite être numérisés avec un seul CAN à une cadence d'échantillonnage légèrement supérieure à la largeur de bande totale des premier et deuxième segments. C'est-à- dire la cadence d'échantillonnage minimum: fs = 2 * (BWw + BWn) MHz (a) o BWw, BWn sont tels que représentés et o une bande de séparation BWg 406 est fournie entre les premier et deuxième segments 402 et 404 pour la filtration. Les premier et deuxième segments peuvent uniquement être placés le plus adjacent possible sans que des parties des premier et deuxième segments tombent à l'intérieur des zones de transition des filtres. La zone de transition du filtre analogique est illustrée sur la figure 4A. La zone de transition commence au bord du segment de la bande et s'étend jusqu'à un point, 'A". Le point ZA" représente un point d'atténuation qui, dans le mode de réalisation préféré, est d'environ 80 décibels (dB), qui est défini comme le "point à spectre replié", c'est-à- dire le point auquel les signaux dont les fréquences tombent à l'extérieur de la zone filtrée produisent des repliements du spectre indésirables dans le spectre numérisé. En référence maintenant à la figure 2, un deuxième mode de réalisation d'un numériseur de fréquence à large bande 100 selon la présente invention est représenté. Les signaux sont reçus au niveau de l'antenne 112 et sont traités par le biais du filtre 114 et de l'amplificateur 116. Le signal est divisé dans le diviseur 118 en les premier et deuxième segments qui sont transmis aux premier et deuxième trajets du signal 120 et 122, respectivement. Le premier segment est filtré par le biais du filtre 124 et mélangé à un signal de l'oscillateur local 128 dans le mélangeur 126. Le signal mélangé du premier segment est ensuite filtré par le biais du filtre 130 et numérisé dans le CAN 132 à une première cadence d'échantillonnage fs. Le premier segment numérisé est ensuite filtré par le biais du filtre numérique 134 et est transmis à l'additionneur 150. Le deuxième segment du signal, transmis le long du trajet du signal 122 est filtré par le biais du filtre 136 et mélangé à un signal de l'oscillateur local 140 dans le mélangeur 138. Le signal est ensuite filtré à nouveau par le biais du filtre 142 et numérisé dans le CAN 144 à une cadence d'échantillonnage de fs/2. Le signal numérique obtenu est ensuite filtré numériquement par le biais du filtre numérique 146, interpolé à fs et filtré passe-haut dans le filtre/interpolateur 148. Le signal obtenu est ensuite transmis à l'additionneur 150 dans lequel il est additionné au premier segment numérisé du signal générant le signal numérisé tout entier. Le numériseur 100 est préférable là o le deuxième segment du signal a une largeur de bande inférieure à la zone de transition et inférieure à la moitié de la largeur de bande du premier segment. Cela est illustré et le fonctionnement de 100 sera décrit en référence aux figures 5A à 5H. Les côtés gauche et droit des figures 5A à 5H illustrent séparément le traitement d'un signal reçu par le numériseur 100 comme cela se produit le long des trajets des signaux. Les figures 5A et 5D illustrent les segments séparés 502 et 504 d'un signal reçu. En référence à la figure 5A, le segment 502 résulte du traitement du signal le long du premier trajet du signal 120 par le biais du filtre 130. Le segment 502 est ensuite numérisé par le CAN 132 à une cadence d'échantillonnage fs entraînant les parties du signal numérique 506 illustrées sur la figure 5B. La cadence d'échantillonnage fs est choisie comme étant environ 2,5 fois supérieure à la largeur de bande du segment 502. Ces parties de signal sont ensuite filtrées numériquement par le biais du filtre 134 tel que représenté sur la figure 5C pour éliminer toute composante à fréquence indésirable provenant des signaux numériques. Le segment 504 résulte du traitement du signal le long du deuxième trajet de signal 122 par le biais du filtre 142. Le segment 504 est ensuite numérisé par le biais du CAN 146 à une cadence d'échantillonnage de fs/2 entrainant les parties de signaux numériques 508 illustrées sur la figure SE. Les parties de signaux numériques 508 sont d'abord filtrées numériquement par le biais du filtre numérique 146 pour éliminer les composantes du signal indésirables. Puis les parties de signaux numériques sont interpolées jusqu'à une cadence f5 et filtrées numériquement dans le filtre/interpolateur 148 tel qu'illustré sur la figure F pour produire une partie de signaux numériques 510 représentée sur la figure 5G. La partie de signaux numériques 510 est additionnée aux parties de signaux numériques 506 dans l'additionneur 150 entraînant le spectre de signaux numériques représenté sur la figure H. La présente invention combine de façon avantageuse la filtration analogique avant la numérisation et suivie de la filtration numérique de segments divisés d'un signal à numériser. La filtration numérique présente l'avantage de permettre aux parties du signal numérisé d'être placées de façon adjacente du point de vue spectral pour réduire la fréquence d'échantillonnage et les débits de données. En référence maintenant à la figure 3, un troisième mode de réalisation d'un numériseur de fréquence à large bande 200 selon la présente invention est représenté. Le numériseur 200 comporte deux trajets de signaux 220 et 222 qui sont généralement équivalents à ceux du numériseur 100, le traitement du signal après la modification du CAN étant modifié. Les signaux sont reçus au niveau de l'antenne 212 et sont traités par le biais du filtre 214 et de l'amplificateur 216. Le signal est divisé dans le diviseur 218 en des premier et deuxième segments qui sont transmis aux premier et deuxième trajets de signaux 220 et 222, respectivement. Le premier segment est filtré par le biais du filtre 224 et mélangé à un signal de l'oscillateur local 228 dans le mélangeur 226. Le premier segment du signal mélangé est ensuite filtré par le biais du filtre 230 et numérisé dans le CAN 232 à une première cadence d'échantillonnage fs. Le premier segment numérisé est ensuite filtré par l'intermédiaire du filtre numérique 234, interpolé par 3 dans l'interpolateur 236, filtré passe-bas par le biais du filtre numérique 238 et décimé jusqu'à 1,5 fs dans le décimateur 240 transmis ensuite à l'additionneur 250. Le deuxième segment du signal, transmis le long du trajet du signal 222, est filtré par le biais du filtre 242 et mélangé à un signal de l'oscillateur local 246 dans le mélangeur 244. Le signal est ensuite filtré à nouveau par le biais du filtre 248 et numérisé dans le CAN 252 à une cadence d'échantillonnage de fs/2. Le signal numérique obtenu est ensuite filtré passe-bas par le biais du filtre numérique 254 et interpolé jusqu'à 1,5 fs dans l'interpolateur 256 et filtré passe-haut dans le filtre 260. Le signal obtenu est ensuite transmis à l'additionneur 250 dans lequel il est additionné au premier segment du signal numérisé, générant le signal numérisé tout entier à 1,5 fs. Le numériseur 200 est préféré lorsque le deuxième segment, à bande plus petite, est supérieur à la zone de transition mais inférieur à la moitié de la largeur de bande du premier segment. Lorsque le deuxième segment, à bande plus petite, est supérieur à la moitié de la bande du premier segment, le numériseur 200 est légèrement modifié. Le deuxième signal est numérisé à la fréquence d'échantillonnage fs. Comme on le comprendra également, les interpolateurs 236 et 256 et le décimateur 240 ne sont pas nécessaires. La numérisation du deuxième segment selon le critère de Nyquist suppose une cadence d'échantillonnage d'environ 2 à 2,5 fois la largeur de bande du deuxième segment. Toutefois, dans la présente invention, la cadence d'échantillonnage est choisie de façon avantageuse comme étant égale à fs/2, ce qui est facilement généré à partir de fs et n'introduit pas d'harmoniques dans la bande. Cette cadence d'échantillonnage est choisie même si fs/2 ou fs sont supérieures à ce qui est requis par le critère de Nyquist pour le deuxième segment. La sélection de la fréquence de l'oscillateur local est simple, et les fréquences sont choisies de telle sorte que les bandes sont placées de façon adjacente, du point de vue spectral, sans que ne se produise de chevauchement, tel que représenté sur les figures 4A, 4B et SA à 5H. La filtration numérique simplifie l'isolement de la bande des segments permettant aux segments d'être placés très près les uns des autres. Les modes de réalisation préférés de la présente invention ont été présentés en référence à la numérisation d'une bande de fréquence à deux segments. Il doit être compris, cependant, qu'une fréquence à large bande, lorsque la fréquence à large bande peut être divisée en un certain nombre de segments, peut être numérisée selon la présente invention. Par exemple, le numériseur 10 peut s'appliquer là o les il segments peuvent être mélangés de façon adjacente les uns par rapport aux autres dans une bande de Nyquist unique. Les numériseurs 100 ou 200 s'appliquent là o les segments ne peuvent être mélangés à l'intérieur d'une bande de Nyquist unique en combinant un certain nombre de trajets de signaux égal au nombre de segments à numériser. L'invention précédente propose la numérisation de segments à large bande à des fréquences d'échantillonnage plus faibles que celles requises normalement. Il est possible d'y parvenir sans introduire dans la bande des harmoniques ou des fréquences d'horloge indésirables. La portée et le véritable esprit de l'invention sera facilement compris à partir de la description précédente et des revendications jointes. REVENDICATIONS 1. Numériseur de signaux de fréquence à large bande comprenant: une pluralité de trajets; au moins un trajet de signal parmi la pluralité de trajets de signaux comprenant un premier filtre, un mélangeur, un deuxième filtre, un convertisseur analogique/numérique ayant une fréquence d'échantillonnage, un filtre numérique et un interpolateur ayant une cadence d'interpolation égal à un multiple entier de la fréquence d'échantillonnage de l'un des convertisseurs analogique/numérique de l'un des trajets de signaux; un diviseur pour diviser le signal à large bande en une pluralité de segments correspondant à la pluralité de trajets de signaux, au moins l'un des segments de la pluralité de segments étant transmis au premier trajet de signal et les segments restants étant respectivement transmis aux trajets de signaux restants de la pluralité de trajets de signaux; et un additionneur en communication avec chaque trajet de signal de la pluralité de trajets de signaux. 2. Fréquence à large bande selon la revendication 1, dans laquelle les segments restants de la pluralité de segments ont une largeur de bande inférieure à une largeur de bande de transition et inférieure à la moitié de la largeur de bande d'au moins un des segments, et la fréquence d'échantillonnage d'au moins un trajet de signal de la pluralité de trajets de signaux est sensiblement égale au double de la fréquence d'échantillonnage des trajets de signaux restants de la pluralité de trajets de signaux. 3. Numériseur de fréquence à large bande selon la revendication 1, dans lequel les segments restants de la pluralité de segments ont une largeur de bande supérieure à la largeur de bande de transition et inférieure à la moitié de la largeur de bande d'au moins un des segments, et la fréquence d'échantillonnage du trajet de signal au nombre d'au moins un de la pluralité de trajets de signaux est sensiblement égale à la fréquence d'échantillonnage des trajets de signaux restants de la pluralité de trajets de signaux, et le trajet de signal au nombre d'au moins un de la pluralité de trajets de signaux comprend en outre un interpolateur, un deuxième filtre numérique et un décimateur. 4. Procédé de numérisation d'un signal de fréquence à large bande, le signal de fréquence à large bande ayant une pluralité de segments de service, le procédé comprenant les étapes de: transposition du signal de fréquence à large bande en un signal de fréquence intermédiaire, dans lequel au moins un segment de service de la pluralité de segments de service est transposé en une première fréquence intermédiaire à l'intérieur de la bande de Nyquist d'un convertisseur analogique/numérique, le segment de service au nombre d'au moins un de la pluralité de segments de service ayant une largeur de bande de fréquence et les segments de service restants de la pluralité de segments de service étant transposés en des fréquences intermédiaires sensiblement adjacentes à la première fréquence intermédiaire; filtration de chaque segment de service de la pluralité de segments de service; numérisation du service de segment au nombre d'au moins un de la pluralité de segments de service à une première cadence d'échantillonnage sensiblement égale au double de la largeur de bande de fréquence du segment de service au nombre d'au moins un de la pluralité de segments de service; numérisation des segments de service restants de la pluralité de segments de service à une deuxième cadence d'échantillonnage sensiblement égale à la moitié de la première cadence d'échantillonnage; filtration numérique de la pluralité de segments de service; interpolation des segments de service restants à une cadence d'interpolation égale à un multiple entier de la fréquence d'échantillonnage du convertisseur analogique/numérique; et addition de la pluralité de segments de service. 5. Numériseur de signaux de fréquence à large bande comprenant: un premier trajet de signal comprenant un filtre, un mélangeur, un convertisseur analogique/numérique fonctionnant à une première cadence d'échantillonnage, et un filtre numérique; un deuxième trajet de signal comprenant un filtre, un mélangeur, un convertisseur analogique/numérique fonctionnant à une deuxième cadence d'échantillonnage, un filtre numérique et un interpolateur fixé à une cadence d'interpolation égale à un multiple entier de l'un des cadences d'échantillonnage; un diviseur pour diviser un premier segment du signal de fréquence à large bande au premier trajet de signal et un deuxième segment du signal de fréquence à large bande à un deuxième trajet de signal; et un additionneur en communication avec les premier et deuxième trajets de signaux. 6. Signal de fréquence à large bande selon la revendication 5, dans lequel le deuxième segment a une largeur de bande supérieure à la largeur de bande de transition et inférieure à la moitié de la largeur de bande du premier segment, le premier trajet de signal comprenant en outre un interpolateur, un deuxième filtre numérique et un décimateur, et la deuxième cadence d'échantillonnage étant sensiblement égale à la moitié de la première cadence d'échantillonnage. 7. Numériseur de signaux de fréquence à large bande selon la revendication 5, dans lequel le deuxième segment a une largeur de bande supérieure à la moitié de la largeur de bande du premier segment et inférieure à la largeur de bande du premier segment, le premier trajet de signal comprenant en outre un interpolateur, un deuxième filtre numérique et un décimateur, et la deuxième cadence d'échantillonnage étant sensiblement égale à la première cadence d'échantillonnage. 8. Procédé de numérisation d'un signal de fréquence à large bande, le signal de fréquence à large bande ayant des premier et deuxième segments de service, le premier segment ayant une première largeur de bande et le deuxième segment ayant une deuxième largeur de bande, le procédé comprenant les étapes de: transposition du signal de fréquence à large bande en un signal de fréquence intermédiaire, le premier segment de service étant transposé en une première fréquence intermédiaire à l'intérieur d'une bande de Nyquist d'un convertisseur analogique/numérique et le deuxième segment de service étant transposé en une fréquence intermédiaire sensiblement adjacente à la première fréquence intermédiaire; filtration des premier et deuxième segments de service; numérisation du premier segment de service à une première cadence d'échantillonnage sensiblement égale au double de la première largeur de bande; numérisation du deuxième segment de service à une deuxième cadence d'échantillonnage sensiblement égale à la moitié de la première cadence d'échantillonnage; filtration numérique des premier et deuxième segments de service; interpolation du deuxième segment de service à une cadence d'interpolation égale à un multiple i entier de l'une des cadences d'échantillonnage; filtration du deuxième segment de service; et addition des premier et deuxième segments de service. 9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel la deuxième largeur de bande est supérieure à la première largeur de bande, l'étape de numérisation du deuxième segment de service comprenant la numérisation du deuxième segment de service à la première cadence d'échantillonnage; et procédé comprenant en outre les étapes de: interpolation et filtration du premier segment de service; et décimation du premier segment de service. 10. Procédé de numérisation d'un signal de fréquence à large bande comprenant les étapes de: réception du signal de fréquence à large bande, le signal de fréquence à large bande ayant une pluralité de segments de service, chacun des segments de service ayant une fréquence centrale et une largeur de bande du segment; filtration d'au moins un des segments de service avec un filtre ayant une zone de transition; échantillonnage d'un segment de service au nombre d'au moins une de la pluralité de segments de service à une cadence d'échantillonnage fondée sur la zone de transition et fondée sur la largeur de bande du segment du segment de service au nombre d'au moins un de la pluralité de segments de service; et décalage de la fréquence centrale du segment de service au nombre d'au moins un de la pluralité de segments de service fondé sur la zone de transition et fondé sur la largeur de bande du segment.