Brevet FR2737621A1 — publié le 19970207

Titre Emetteur-récepteur multivoie possédant une antenne en réseau adaptative et procédé Domaine de l'invention La présente invention concerne des émetteur récepteurs multivoies et, plus particulièremet, un récepteur-émetteur multivoie possédant une antenne en réseau adaptative et un procédé d'émission-réception multivoie au moyen d'une antenne en réseau adaptative. Arrière-plan de l'invention On sait que la technologie des antennes en réseau adaptatives améliore les performances des systèmes de radiocommunication. Les systèmes d'antennes en réseau adaptatives offrent une gamme et une capacité plus grandes que celles de la technologie antennaire classique. Les antennes en réseau adaptatives offrent également la possibilité de "personnaliser" les tracés de desserte par une "conformation du faisceau", ce qui améliore encore les performances des systèmes. En dépit de ces avantages, la technologie des antennes en réseau adaptatives n'a pas trouvé d'application largement répandue dans les systèmes de communication multivoies. Cela tient principalement aux pertes et à la dégradation de signal résultant de la combinaison du nombre élevé de signaux analogiques (en mode émission) et de la séparation du nombre élevé de signaux analogiques (en mode réception) nécessaires dans les systèmes de communication multivoies. Les pertes et la dégradation de signal font généralement plus que contrebalancer n'importe quel avantage acquis grâce à l'utilisation de l'antenne en réseau adaptative. Par conséquent, il existe un besoin d'un dispositif et d'un procédé de combinaison et de séparation des signaux de communication dans un système de communication multivoie qui ne génère pas de pertes significatives, permettant donc l'application de la technologie des antennes en réseau adaptatives aux systèmes de communication multivoies. Ce dispositif et ce procédé sont proposés par la présente invention et un spécialiste ordinaire de la technique comprendra rapidement les nombreux avantages et caractéristiques de la présente invention en se référant à la description détaillée cidessous et aux dessins joints de plusieurs modes de réalisation préférés. Brève description des dessins La figure 1 est un schéma fonctionnel d'un récepteur suivant un mode de réalisation préféré de la présente invention la figure 2 est un schéma fonctionnel d'un émetteur suivant un mode de réalisation préféré de la présente invention la figure 3 est une vue en plan schématique d'une antenne en réseau adaptative pouvant être utilisée avantageusement soit avec le récepteur numérique de la figure 1 soit avec l'émetteur de la figure 2 ; et la figure 4 est un schéma fonctionnel d'un émetteurrécepteur numérique multivoie à large bande pouvant mettre en oeuvre avantageusement la présente invention. Description détaillée des modes de réalisation préférés Le récepteur, l'émetteur et l'émetteur-récepteur de la présente invention surmontent les inconvénients de l'application de la technologie des antennes en réseau adaptatives aux systèmes de communication multivoie. Suivant un mode de réalisation préféré de la présente invention, la combinaison et la séparation du signal numérique sont utilisées pour éviter les pertes et la dégradation de signal. Les signaux radioélectriques (RF) multivoies reçus par l'intermédiaire d'une antenne en réseau adaptative sont convertis d'une forme analogique en une forme numérique avant séparation et traitement pour récupérer les voies de communication contenues à l'intérieur. Un certain nombre de signaux de communication numériques sont combinés numériquement en un signal numérique multivoie et convertis de la forme analogique en une forme radioélectrique numérique avant émission depuis l'antenne en réseau adaptative. En référence à la figure 1, un récepteur multivoie 100, suivant un mode de réalisation préféré de la présente invention, comprend une antenne en réseau adaptative 102 (représentée plus clairement sur la figure 3), possédant une pluralité d'éléments d'antenne 104, couplés, respectivement, à une pluralité d'éléments radioélectriques de réception 106. Les éléments radioélectriques de réception 106 sont couplés à une pluralité de modules de conversion numériques 108, lesquels sont couplés à un processeur de voie 110. Les signaux radioélectriques analogiques multivoies RF sont reçus par des éléments d'antenne 104 et traités par des éléments radioélectriques de réception pour produire respectivement des signaux numériques multivoies.Les signaux numériques multivoies sont numériquement convertis avec abaissement de fréquence, dans des convertisseurs abaisseurs de fréquence 112 se trouvant à l'intérieur de modules de conversion numériques 108, en signaux numériques en bande de base. Les signaux numériques en bande de base, respectivement associés à chaque élément d'antenne, sont ensuite communiqués au processeur de voie 110 pour démodulation et récupération d'une voie de communication dans un signal numérique en bande de base. Le processeur de voie 110 comprend également une pluralité de compensateurs de phase/gain 114, chacun couplé de manière à recevoir un signal numérique en bande de base associé à l'un des éléments d'antenne 104 et chacun possédant une sortie couplée à un additionneur numérique 116. Les compensateurs de phase/gain 114 agissent sur le signal numérique en bande de base, comme cela est connu dans la technologie des antennes en réseau, pour diriger le tracé de réception des éléments d'antenne vers un émetteur particulier agissant dans le système de communication. Les sorties des compensateurs de phase/gain 114 sont ensuite additionnées par l'additionneur numérique 116 et traitées par l'intermédiaire du processeur 118 pour récupérer une voie de communication. La voie de communication récupérée est ensuite communiquée au système de communication par l'intermédiaire d'une interface adaptée (non représentée). Dans le mode de représentation préféré, les compensateurs de phase/gain 114 sont mis en oeuvre en tant que partie du processeur de voie 110 pour réduire l'acheminement de la commande et les temps de retard au minimum. De plus, il est envisagé que les régulateurs de phase/gain 114 et l'additionneur numérique 116 soient mis en oeuvre, en fonctionnement du logiciel, sur le processeur 118, assurant la fonction de traitement de voie. Toujours en référence à la figure 1, chacun des éléments radioélectriques de réception RF 106 comprend les circuits de conversion 120 de fréquence radioélectrique (RF) en fréquence intermédiaire (IF) et un convertisseur analogique-numérique (ADC) 122. Les convertisseurs analogiques-numériques 122 reçoivent des signaux analogiques à fréquence intermédiaire des circuits de conversion 120 et convertissent les signaux en signaux numériques à fréquence intermédiaire. Un séparateur numérique 124 est couplé à la sortie des éléments radioélectriques de réception 106 et assure la séparation du signal numérique à fréquence intermédiaire aux convertisseurs numériques (non représentés) associés aux processeurs de voie additionnels (non représentés) pour la récupération des voies de communication multiples.Comme on le comprendra, étant donné que les signaux reçus par les éléments d'antenne 104 sont séparés sous une forme numérique, les pertes et la dégradation de signal sont sensiblement réduites pur le récepteur multivoie 100. En référence maintenant à la figure 2, l'émetteur multivoie 200 de la présente invention comprend un processeur de voie 210 possédant une pluralité de sorties dont chacune est associée à l'un des éléments d'antenne 104 de l'antenne en réseau 102. Comme représenté, le processeur 218 reçoit des signaux du système de communication par l'intermédiaire d'une interface adaptée (non représentée) et émet un signal numérique en bande de base correspondant à une voie de communication du système. Le signal numérique en bande de base est séparé en une pluralité de signaux numériques en bande de base correspondant au nombre d'éléments d'antenne par l'intermédiaire du séparateur 216.Les signaux séparés sont ensuite communiqués aux compensateurs de phase/gain 214 qui agissent sur les signaux numériques en bande de base, comme cela est connu pour les antennes en réseau, pour finalement diriger le tracé de rayonnement des signaux une fois traités et émis depuis les éléments d'antenne 104. Les sorties depuis le processeur de voie 210 sont numériquement converties avec élévation de fréquence en signaux numériques à fréquence intermédiaire par les convertisseurs élévateurs de fréquence numériques 22 contenus dans les modules de conversion numériques 208. Les signaux numériques à fréquence intermédiaire sont ensuite communiqués aux éléments radioélectriques d'émission 206. Chaque élément radioélectrique d'émission comprend un additionneur numérique 224 permettant d'additionner des signaux numériques à fréquence intermédiaire, correspondants à des voies de communication additionnelles traitées par d'autres processeurs de voies, dans un signal numérique multivoie à fréquence intermédiaire. Le signal numérique multivoie à fréquence intermédiaire est ensuite converti par les convertisseurs numériques-analogiques (DAC) 222 en un signal analogique à fréquence intermédiaire qui est ensuite traité et amplifié par les circuits radioélectriques 220 avant de rayonner depuis les éléments d'antenne 104.Comme décrit, la phase des signaux a été compensée de manière appropriée par les compensateurs de phase/gain 214 au niveau numérique, de telle sorte qu'un tracé de rayonnement particulier est généré depuis les éléments d'antenne 104 pour diriger les signaux rayonnés vers un récepteur fonctionnant dans le système de communication. En outre, comme ce processus est accompli au niveau numérique, et comme la combinaison multivoie est accomplie au niveau numérique, les pertes et la dégradation du signal sont sensiblement réduites pour l'émetteur multivoie 200. La figure 4 représente un émetteur-récepteur numérique multivoie 400 suivant un mode de réalisation préféré de la présente invention. L'antenne en réseau 402, qui peut être telle que représentée sur la figure 3, possède une pluralité d'éléments d'antenne 404 couplés aux cartes de traitement radioélectrique 406. Chaque carte de traitement radioélectrique 406 contient les éléments des éléments radioélectriques de réception 106 et des éléments radioélectrique d'émission 206. C'est-àdire que, pour la réception, les cartes de traitement radioélectrique 406 contiennent chacune les circuits radioélectriques 408 permettant de convertir le signal analogique radioélectrique reçu en signaux analogiques à fréquence intermédiaire et le convertisseur analogiquenumérique 410 pour la conversion des signaux analogiques à fréquence intermédiaire en signaux numériques à fréquence intermédiaire.De la même manière, pour l'émission, les cartes de traitement radioélectrique contiennent un additionneur numérique 412, le convertisseur numérique-analogique 414 et les circuits radioélectriques 418 permettant de convertir le signal analogique à fréquence intermédiaire en provenance du convertisseur numérique-analogique en un signal analogique radioélectrique. Il convient de noter que les cartes de traitement radioélectrique 406 diffèrent légèrement de celles décrites précédemment, en ce que les amplificateurs de puissance linéaires multisonores 420 sont couplés aux sorties des cartes de traitement radioélectrique 406 pour l'amplification des signaux analogiques radioélectriques avant le rayonnement des signaux depuis les éléments d'antenne 404.Les chemins d'entrée et de sortie des cartes de traitement 406 sont tous les deux couplés, par l'intermédiaire d'un dispositif en duplex approprié 422, aux éléments d'antenne 404. En général, les cartes de traitement radioélectrique 406 sont couplées, par l'intermédiaire d'une structure de type bus 424 sur un panneau arrière, à une pluralité de modules convertisseurs numériques 426. Les modules convertisseurs numériques 426 contiennent une pluralité de convertisseurs abaisseurs de fréquence 430 pour la conversion des signaux numériques à fréquence intermédiaire en signaux numériques en bande de base en réception. Ils contiennent également une pluralité de convertisseurs élévateurs de fréquence 432 pour la conversion de signaux numériques en bande de base en signaux numériques à fréquence intermédiaire en émission. Comme représenté, les signaux numériques à fréquence intermédiaire sont sélectivement couplés par l'intermédiaire des bus de réception 428a/428b ou des bus d'émission 429a/429b (bus 428c/d et 429 c/d non représentés) entre les modules convertisseurs numériques 426 et les cartes de traitement radioélectrique 406. Les signaux numériques en bande de base vers/en provenance des modules convertisseurs numériques 426 sont ensuite communiqués par l'intermédiaire d'une structure de type bus 434 à une pluralité de cartes de traitement de voie 436 contenant une pluralité de processeurs de voies 438, pour agir sur les signaux, comme décrit plus haut, pour récupérer les voies de communication contenues dans les signaux reçus et pour générer des signaux de communication d'émission.Les voies de communication sont reliées, en réception ou émission, au système de communication par l'intermédiaire d'une interface 440 appropriée. On comprendra qu'il est fourni dans le système de communication 200 au moins autant de convertisseurs élévateurs de fréquence et de convertisseurs abaisseurs de fréquence que l'on souhaite de voies de communication, trafic, signalisation, balayage et similaire. Toujours en référence à la figure 4 et en référence à la figure 3, les éléments d'antenne 104 sont groupés pour les secteurs de desserte 302, 304 et 306, respectivement, d'un système de communication divisé en secteurs. Comme représenté, chaque face 308, 310 et 312, respectivement, d'une antenne en réseau 102 possède quatre éléments d'antenne 104, individuellement marqués a, b, c et d, un élément de chaque groupe a, b, c, et d étant affecté à une face 308 - 312 de l'antenne en réseau 102. Dans le mode de réalisation préféré, chaque élément d'antenne 104 d'un groupe est couplé à un groupe de cartes de traitement radioélectrique 406 par l'intermédiaire d'un bus de groupe, par exemple les bus 428a et 429b pour les éléments d'antenne 104a, aux modules de conversion numériques 426. En outre, les groupes a, b, c, et d des éléments d'antenne bifurquent entre une paire de racks de traitement 442 et 444, respectivement tels que les éléments d'antenne des deux groupes sont contenus dans le premier rack 442 et les éléments d'antenne des deux groupes restants sont contenus dans le deuxième rack 444. De manière évidente, n'importe quelle voie de communication provenant de n'importe quel processeur de voie 438 peut être couplée aux groupes a, b, c et d des éléments d'antenne sur la face 308 - 312 de l'antenne en réseau 104. Toutefois, si des processeurs de voie, des cartes de traitement radioélectrique, des modules de conversion numérique, des bus ou des racks entiers de composants sont défaillants pendant le fonctionnement, il en résulte simplement une diminution de la capacité et/ou de la performance du système. D'autres avantages supplémentaires peuvent être gagnés grâce à la structure unique de l'émetteurrécepteur. En référence à la figure 3, il est illustré les secteurs 302 - 306 d'une cellule de communication formée autour de l'antenne en réseau 102. En règle générale, lorsqu'un abonné opère dans un secteur d'une cellule de communication par l'intermédiaire d'une unité de communication mobile, seuls les éléments d'antenne associés à la face de l'antenne en réseau desservant ce secteur de la cellule sont utilisables pour desservir l'unité de communication. Toutefois, l'émetteur-récepteur 400 de la présente invention peut être configuré de manière dynamique afin d'améliorer la desserte fournie à l'unité de communication.Lorsque l'unité de communication se déplace du secteur 302 au secteur 304, par exemple, l'élément 104a affecté à la face 302 ne dessert plus efficacement l'unité de communication. Pour compenser, l'élément 104a associé à la face 304 est amené à desservir l'unité de communication tandis que l'élément 104a associé à la face 302 est désactivé. De cette manière, les zones à faible qualité de communication normalement associées à la transition d'un secteur à un autre secteur peuvent être réduites ou éliminées. Ainsi, on comprendra facilement que la présente invention surmonte les inconvénients associés à l'application de la technologique des antennes en réseau aux systèmes de communication multivoies en fournissant la séparation et la combinaison des signaux numériques. De plus, la structure unique de l'émetteur-récepteur de la présente invention permet une fiabilité accrue du système et améliore ses performances. Par ailleurs, d'autres avantages et modifications apparaîtront rapidement aux spécialistes de la technique. L'invention, dans ses aspects plus larges, n'est donc pas limitée aux détails spécifiques, au dispositif représenté ni aux exemples illustratifs montrés et décrits ici. Différentes modifications et variantes peuvent être apportées à la description ci-dessus sans s'écarter du cadre ou de l'esprit de l'invention et il est dans l'intention de la présente invention d'englober toutes ces modifications et variantes à condition qu'elles entrent dans le cadre des revendications ci-après ou de leurs équivalents. Revendications 1. Récepteur multivoie comprenant une pluralité d'éléments de traitement radioélectrique, chaque élément de traitement radiofréquence comprenant un convertisseur abaisseur de fréquence radio possédant une entrée couplée aux signaux radioélectriques reçus par l'un d'une pluralité d'éléments d'antenne de l'antenne en réseau et possédant une sortie de signal à fréquence intermédiaire ; un convertisseur numérique-analogique possédant une entrée couplée à la sortie de signal à fréquence intermédiaire et une sortie à signal de fréquence intermédiaire numérique ; un séparateur numérique possédant une entrée couplée à la sortie à fréquence intermédiaire numérique et une pluralité de sorties ;; une pluralité de convertisseurs numériques abaisseurs de fréquence, chaque convertisseur numérique abaisseur de fréquence possédant une entrée couplée à l'une des sorties de séparateur numérique et une sortie numérique à signal de fréquence en bande de base et un élément de traitement de voie comprenant une pluralité de sélecteurs de phase, chaque sélecteur de phase possédant une entrée couplée à l'une des sorties de signal numérique à fréquence en bande de base, et une sortie en sélection de phase ; un additionneur possédant une pluralité d'entrées, chacune étant couplée à la sortie en sélection de phase des sélecteurs de phase, et une sortie de signal additionné ; et un processeur de voie, le processeur de voie possédant une entrée couplée à la sortie de l'additionneur et une sortie de signal de communication ; 2.Récepteur multivoie selon la revendication 1, dans lequel l'antenne en réseau comprend une pluralité de faces et une pluralité d'éléments d'antenne associés à chaque face. 3. Récepteur multivoie selon la revendication 2, dans lequel chacun de la pluralité d'éléments d'antenne associés à chaque face est couplé à l'un d'une pluralité d'éléments de traitement radioélectrique. 4. Récepteur multivoie selon la revendication 1, comprenant en outre des premier et deuxième racks de traitement radioélectrique, le premier rack de traitement radioélectrique comprenant une première partie d'une pluralité d'éléments de traitement radioélectrique et le deuxième rack de traitement radioélectrique comprenant une deuxième partie d'une pluralité d'éléments de traitement radioélectrique. 5. Dispositif de réception de communications radioélectriques comprenant une antenne en réseau possédant une pluralité d'éléments d'antenne chacun étant destiné à recevoir des signaux radioélectriques ; un moyen de processeur radioélectrique associé à chaque élément d'antenne pour convertir chacun des signaux radioélectriques en un signal numérique à fréquence intermédiaire pour convertir numériquement avec abaissement de fréquence le signal numérique à fréquence intermédiaire en un signal à fréquence intermédiaire en bande de base et pour séparer le signal à fréquence intermédiaire en bande de base en une pluralité de signaux à fréquence intermédiaire en bande de base sensiblement identiques ; un moyen de traitement de voie couplé de manière à recevoir pour chaque élément d'antenne un des signaux à fréquence intermédiaire en bande de base sensiblement identiques ;; pour la sélection de phase de chacun des signaux à fréquence intermédiaire en bande de base pour l'addition des signaux à fréquence intermédiaire en bande de base en sélection de phase ; et pour le traitement du signal additionné afin de récupérer un signal de communication contenu à l'intérieur. 6. Procédé de réception de communications radioélectriques comprenant la réception de signaux radioélectriques par une pluralité d'éléments d'une antenne en réseau pour chaque élément de l'antenne en réseau conversion de chacun des signaux radioélectriques en un signal numérique à fréquence intermédiaire ; conversion numérique avec abaissement de fréquence du signal numérique à fréquence intermédiaire en un signal à fréquence intermédiaire en bande de base ; et séparation du signal à fréquence intermédiaire en bande de base en une pluralité de signaux à fréquence intermédiaire en bande de base sensiblement identiques ; et un des signaux à fréquence intermédiaire en bande de base sensiblement identiques de chaque élément d'antenne sélection de phase des signaux à fréquence intermédiaire en bande de base addition des signaux à fréquence intermédiaire en bande de base en sélection de phase ; et traitement du signal additionné afin de récupérer un signal de communication contenu à l'intérieur. 7. Emetteur multivoie comprenant un élément de traitement de voie comprenant un processeur de voie possédant une entrée couplée de manière à recevoir un signal de communication en provenance d'un réseau de communications et une sortie de signal numérique de communication traité un séparateur possédant une entrée couplée à la sortie de signal numérique de communication traité et une pluralité de sorties de signaux numériques de communication traités sensiblement identiques une pluralité de régulateurs de phase possédant chacun une entrée couplée à l'une des sorties de signaux numériques de communication traités sensiblement identiques et une sortie de signal compensée en phase; et une pluralité de convertisseurs numériques avec élévateur de fréquence, chaque convertisseur numérique élévateur de fréquence possédant une entrée couplée à l'une des sorties de signaux compensés en phase et chacun possédant une sortie numérique à fréquence intermédiaire ; et une pluralité d'éléments de traitement radioélectrique, chaque élément de traitement radioélectrique étant couplé à l'une de la pluralité de sorties numériques à fréquence intermédiaire et chaque élément de traitement radioélectrique comprenant un additionneur numérique possédant une pluralité d'entrées dont l'une est couplée à la sortie numérique à fréquence intermédiaire et possède une sortie de signal additionné un convertisseur numérique-analogique possédant une entrée couplée à la sortie de signal additionné et une sortie de signal analogique à fréquence intermédiaire ;; et un processeur radioélectrique possédant une entrée couplée à la sortie de signal à fréquence intermédiaire et une sortie de signal radioélectrique amplifié ; une antenne en réseau possédant une pluralité d'éléments d'antenne respectivement couplés à la pluralité d'éléments de traitement radioélectrique. 8. Emetteur multivoie suivant la revendication 7, dans lequel l'antenne en réseau comprend une pluralité de faces et une pluralité d'éléments d'antenne associés à chaque face. 9. Emetteur multivoie suivant la revendication 8, dans lequel chacun de la pluralité d'éléments d'antenne associés à chaque face est couplé à l'un d'une pluralité d'éléments de traitement radioélectrique. 10. Emetteur multivoie suivant la revendication 1, comprenant en outre des premier et deuxième racks de traitement radioélectrique, le premier rack de traitement radioélectrique comprenant une première partie de la pluralité d'éléments de traitement radioélectrique et le deuxième rack de traitement radioélectrique comprenant une deuxième partie de la pluralité d'éléments de traitement radioélectrique.