Brevet FR2784259A1 — publié le 20000407

l Système apériodique modulaire de réémission multicanaux numériques L'invention concerne un système apériodique modu- laire de réémission multicanaux numériques. Avec l'avènement prochain de la télédiffusion de la télévision numérique par réseau hertzien terrestre, il est impératif de mener des investigations poussées sur l'ingénierie des sites d'émission ou de réémission et sur l'architecture des équipements de diffusion, par émission ou réémission, qui devront permettre de satisfaire aux contraintes, tant actuelles que futures, en termes de zone de couverture et de qualité de diffusion. Les sites concernés par ces développements sont, d'une part, ceux du réseau principal de diffusion TV ana- logique de forte puissance, de 250 W à 25 kW, et, d'autre part, ceux du réseau complémentaire de faible puissance, comprise entre 0,05 W et 25 W. Les sites du réseau principal desservent, en France, 80% environ de la population, alors que ceux du réseau complé- mentaire couvrent le pourcentage restant, dont les 80% concernent les classes de puissance d'émission comprise entre 1 W à 25 W. Outre les contraintes de puissances précitées, les plans de fréquences d'émission ou de réémission attribués, actuellement, au réseau complémentaire analogique, sont tels qu'il est nécessaire d'utiliser tous les sites con- cernés pour assurer une zone de couverture identique en émission ou réémission numérique. En ce qui concerne, à l'heure actuelle, la mise en oeuvre d'une émission ou réémission numérique sur les sites d'émission/réémission de forte puissance du réseau princi- pal, la solution technique actuellement utilisée, en cours d'expérimentation, consiste, ainsi que représenté de ma- nière illustrative en figures la et lb, en un couplage d'un canal numérique DVB-T en canal adjacent inférieur et/ou supérieur à un canal analogique L-SECAM existant. Ainsi que représenté, en conséquence, en figures la et lb, pour un canal analogique d'onde porteuse de fréquence cen- trale Fo donnée et de largeur de bande égale à 8 MHz, constituant le canal analogique N, le canal numérique su- périeur, N+l, occupe une fréquence centrale Fo + 8 MHz et une bande de fréquences de largeur de bande quement égale à 7,6 MHz, alors que le canal numérique in- férieur, N-1, occupe une fréquence centrale Fo-8 MHz et une bande de fréquences de même largeur de bande la porteuse son et PI la porteuse image du canal analogi- que. Dans ces conditions, en raison notamment du niveau de puissance plus faible, de l'ordre de -10 dB, des signaux véhiculés par les canaux numériques inférieur et supé- rieur, vis-à-vis du niveau de puissance des signaux véhi- culés par le canal analogique central, il est en conséquence possible de procéder à une allocation de ces fréquences canal analogique central, canaux numériques ad- jacents supérieur et inférieur, en optimisant au mieux le plan d'allocation des fréquences précitées, du fait même du caractère adjacent de ces canaux. En contre partie, le couplage entre canal analogi- que central et canaux adjacents numériques doit être ex- trêmement sélectif à l'extérieur des bandes de fréquences allouées, afin d'éviter tout risque de recouvrement des bandes de fréquences précitées et, en conséquence, tout risque d'interférence ou de brouillage entre canaux adja- cents. Pour cette raison, ainsi que représenté en figure la, les dispositifs de couplage utilisés, désignés par COUP, pour assurer le couplage précité, sont impérative- ment très sélectifs. On utilise à cet effet des coupleurs ou multiplexeurs analogiques à filtres de cavités, en rai- son même des niveaux de puissance mis en jeu, tant par le canal analogique central que par les canaux numériques ad- jacents. Ces coupleurs ou multiplexeurs analogiques, en raison de leur structure à filtres de cavités, sont dits périodiques, en raison de leur sélectivité en fréquence, et donc en période, sur l'onde porteuse du canal analogi- que. La transformation pure et simple de l'architecture précitée pour le développement de systèmes de réémission multicanaux numériques sur des sites du réseau complémen- taire ne peut être valablement réalisée, en raison de la difficulté réelle de mise en oeuvre des multiplexeurs ana- logiques à filtres de cavités, lesquels nécessitent des réglages très précis que seul l'opérateur propriétaire et/ou gestionnaire du réseau de télédiffusion est à même de réaliser. Outre la difficulté réelle précitée, en référence à la figure la, il est manifeste que l'insertion d'un nom- bre de canaux numériques, et en conséquence de coupleurs ou multiplexeurs à filtres de cavités, supérieur à deux sur la ligne reliant le canal analogique à l'antenne d'émission ou de réémission, rend le réglage de l'ensemble encore plus délicat, en raison de l'interaction réciproque non nulle de ces coupleurs, et en définitive de la dégra- dation inévitable du signal véhiculé par le canal analogi- que qui en résulte. Enfin, en référence à la figure lc, les sites de réémission des réseaux complémentaires analogiques, ces derniers ayant pour objet d'assurer les extensions néces- saires de couverture afin de desservir convenablement les zones à faible densité de population ou masquées par le relief, sont le plus souvent desservis à partir des sites principaux ou constituent parfois des sites de réémission mis eux-mêmes en cascade. A l'heure actuelle, les équipements de diffusion des sites de réémission du réseau complémentaire analogi- que sont, ainsi que représenté en figure lc, de type mono- canal et desservent le plus souvent un triplet de programmes TV, un programme par canal analogique. Ces équipements fonctionnent sur le principe de la réception à partir d'une antenne commune de réception, ACR, des pro- grammes émis depuis le site principal, transformation des ondes porteuses, par changement de fréquence en fonction d'un plan de fréquence de réémission et réémission selon le plan de fréquence précité, à partir d'une antenne com- mune de réémission désignée par ACRE. De même que dans le cas des sites d'émission ou de réémission des réseaux principaux à partir d'un canal nu- mérique adjacent supérieur et inférieur, ainsi que décrit précédemment, le couplage des canaux analogiques des sites de réémission des réseaux complémentaires nécessitent, en raison du caractère analogique de ces canaux, la mise en oeuvre de coupleurs ou multiplexeurs à lignes et/ou à fil- tres, et donc de coupleurs périodiques. Cette technique s'est ainsi généralisée suite à l'apparition, au fil des années, de nouveaux canaux TV analogiques pour lesquels il a été nécessaire d'appliquer ces coupleurs sélectifs, pé- riodiques, afin d'assurer un couplage convenable en l'ab- sence de dégradation mutuelle des signaux véhiculés par les canaux analogiques. Ce type de coupleur périodique présente bien en- tendu les mêmes inconvénients que les coupleurs périodi- ques utilisés dans les sites d'émission ou de réémission des réseaux principaux à partir d'un canal numérique adja- cent supérieur et inférieur. Il en est de même pour ce qui concerne leur multi- plication. La présente invention a pour objet la mise en oeu- vre d'un système apériodique modulaire de réémission mul- ticanaux numériques, dans lequel la multiplication des coupleurs périodiques est supprimée. Un autre objet de la présente invention est égale- ment la mise en oeuvre d'un système apériodique modulaire de réémission multicanaux numériques, permettant de réuti- liser les infrastructures des sites de réémission des ré- seaux complémentaires et en particulier de conserver sensiblement les diagrammes et zones de couverture de ces derniers. Un autre objet de la présente invention est égale- ment la mise en ouvre d'un système apériodique modulaire de réémission multicanaux numériques n'introduisant qu'une perturbation minime des zones de couverture des diagrammes de rayonnement des sites de réémission analogique des ré- seaux complémentaires existants, auxquels tout système apériodique est associé. Un autre objet de la présente invention est, en- fin, la mise en oeuvre d'un système apériodique modulaire de réémission multicanaux numériques, lequel, en raison du caractère de modularité de ce dernier, permet une couver- ture sélective ponctuelle évolutive d'une bande de fré- quences allouée à un ensemble de canaux analogiques et/ou numériques conformément à un plan de fréquences déterminé. Le système apériodique modulaire de réémission multicanaux numériques, objet de la présente invention, est installé sur un site de réémission monocanal analogi- que, comportant une antenne de réception connectée à un démultiplexeur, un premier, un deuxième et un troisième réémetteur analogique, un multiplexeur connecté à une an- tenne de réémission, le premier, le deuxième et le troi- sième réémetteur analogique étant connectés en parallèle entre le démultiplexeur et le multiplexeur. Il est remarquable en ce qu'il comporte, un circuit répar- titeur multivoies à large bande, inséré entre l'antenne de réception et le démultiplexeur, l'une des voies de sortie du répartiteur multivoies étant connectée en entrée du multiplexeur, au moins une voie de canal numérique, l'en- trée de chacune des voies de traitement étant connectée à une voie de sortie du répartiteur multivoies, un circuit sommateur multivoies à large bande, une au moins des voies d'entrée du circuit sommateur multivoies étant connectée à la sortie d'une des voies de traitement de canal numéri- que. Un circuit amplificateur de puissance à large bande est en outre prévu, l'entrée de ce circuit amplificateur de puissance étant connectée en sortie du circuit somma- teur multivoies à large bande et un coupleur directionnel à une entrée de couplage et une sortie est inséré entre la sortie du multiplexeur à lignes et l'antenne de réémis- sion, l'entrée de couplage de ce coupleur directionnel étant connectée à la sortie du circuit amplificateur de puissance. Le système apériodique modulaire de réémission multicanaux numériques, objet de la présente invention, peut être mis en euvre et utilisé dans le domaine de la télédiffusion de télévision numérique, afin de permettre une configuration et une évolution très souples, par dé- ploiement modulaire, des réseaux analogiques existants. Il sera mieux compris à la lecture de la descrip- tion et à l'observation des dessins ci-après dans les- quels, outre les figures la, lb et lc relatives à l'art antérieur, la figure 2 représente un schéma synoptique du système apériodique modulaire de réémission multicanaux numériques, objet de la présente invention. Une description plus détaillée du système apério- dique modulaire de réémission multicanaux numériques, ré- férencé SAM, objet de la présente invention, sera maintenant donnée en liaison avec la figure 2 et avec la figure lc relative à un site de réémission monocanal ana- logique. D'une manière générale, on indique que le système apériodique modulaire de réémission multicanaux numéri- ques, objet de la présente invention, est destiné à être installé sur un site de réémission monocanal analogique existant, tel que représenté en figure lc par exemple. On rappelle que, de manière classique, ces sites de réémis- sion sont installés sur le réseau complémentaire afin de permettre la réémission de programmes et les diffuser à partir d'une antenne de réception ACR et d'une antenne de réémission ACRE. Sur la figure lc, les antennes précitées sont représentées de manière non limitative sous forme d'antennes de type YAGI. L'antenne de réception ACR est connectée à un démultiplexeur à lignes alors que l'antenne de réémission ACRE est connectée à un multiplexeur à li- gnes de même type. Un premier, un deuxième et un troisième réémetteur analogique sont connectés entre le démulti- plexeur et le multiplexeur à lignes de type périodique. Ainsi que représenté en figure 2, le système, ob- jet de la présente invention, comprend un circuit 1 répar- titeur multivoies à large bande, lequel est inséré entre l'antenne de réception ACR et le démultiplexeur à lignes du site de réémission monocanal analogique. L'une des voies de sortie du répartiteur multivoies est connectée en entrée du multiplexeur à lignes précité. En outre, ainsi que représenté sur la figure 2 précitée, le système comporte au moins une voie de traite- ment de canal numérique, notée 21, 2i à 2N, l'entrée de chacune des voies de traitement précitées étant connectée à une voie de sortie du répartiteur multivoies. Sur la figure 2, on a représenté un nombre déter- miné de voies de manière non limitative. On comprend en particulier que le nombre de voies de traitement de canal numérique peut être limité à 1, 2 ou plusieurs en fonction des besoins d'exploitation du réseau de télédiffusion et de l'évolution en matière de densité de population et/ou de nombre programmes télédiffusés à transmettre. En outre, un circuit 3 sommateur multivoies à large bande est prévu, l'une au moins des voies d'entrée de ce circuit sommateur multivoies étant connectée à la sortie d'une des voies de traitement de canal numérique. Le circuit 3 sommateur multivoies est complété par un circuit 4 amplificateur de puissance à large bande dont l'entrée est connectée en sortie du circuit sommateur 3 -multivoies à large bande. Enfin, un coupleur directionnel à une entrée de transmission, une entrée de couplage et une sortie, est inséré entre la sortie du multiplexeur à lignes du site de réémission monocanal analogique et l'antenne de réémission ACRE. Ainsi que représenté sur la figure 2 précitée, l'en- trée de couplage du coupleur directionnel est connectée à la sortie du circuit amplificateur de puissance 4, alors que l'entrée de transmission du coupleur directionnel 5 assure la liaison entre la sortie du site de réémission monocanal analogique, c'est-à-dire la sortie du multi- plexeur à lignes et l'antenne commune de réémission ACRE. Compte tenu de l'architecture du système apériodi- que modulaire de réémission multicanaux numériques, objet de la présente invention, on indique que celui-ci permet la retransmission de plusieurs programmes numériques, un programme par voie de traitement de canal numérique, à travers une voie commune d'amplification en puissance constituée par le circuit amplificateur de puissance 4. Selon une autre caractéristique du système SAM, objet de la présente invention, on indique que le circuit 1 répartiteur multivoies et la chaîne constituée par le circuit 3 sommateur multivoies, le circuit 4 amplificateur de puissance et le coupleur 5 directionnel, sont des com- posants à large bande, lesquels, en l'absence de circuit sélectif en fréquence, et pour cette raison, présentent donc un caractère apériodique. En conséquence, l'architec- ture du système, objet de la présente invention, présente donc un caractère apériodique particulièrement remarqua- ble, aucun réglage de circuit sélectif en fréquence ne de- vant de ce fait être effectué sur le site lui-même. Au contraire, et conformément à un aspect particu- lièrement remarquable du système SAM, objet de la présente invention, la sélection en fréquences est réalisée unique- ment par le choix de la fréquence centrale de chaque voie de traitement de canal numérique 21 à 2N, et donc à l'ini- tiative de l'opérateur de télédiffusion utilisateur, en fonction d'un seul plan de fréquences déterminé. De tels réglages de fréquence centrale peuvent bien entendu être simplement réalisés en atelier, chaque voie de traitement de canal 2i, après réglage approprié, pouvant alors être inséré entre le circuit répartiteur 1 et le circuit somma- teur 3 sur le site considéré. Le caractère apériodique et modulaire du système SAM, objet de la présente invention, confère ainsi une très grande souplesse de mise en ouvre et d'utilisation et, finalement, de déploiement successif dans le temps en fonction des besoins de couverture du site considéré. Dans un mode de réalisation préférentiel, on indi- que que le système SAM, objet de la présente invention, peut être agencé de façon que l'entrée du circuit réparti- teur multivoies 1 soit connectée à l'antenne de réception ACR par l'intermédiaire d'un amplificateur radiofréquence 6 à faible bruit et d'un circuit by-pass connecté en pa- rallèle sur cet amplificateur 6 et comportant un interrup- teur 6a, permettant en fait la mise en fonctionnement respectivement la mise en court-circuit de l'amplificateur radiofréquence à faible bruit précité. Il D'une manière pratique, on indique que l'amplifi- cateur à faible bruit 6 peut être constitué par un ampli- ficateur de gain 20 dB et d'un facteur de bruit de 2 dB typique, afin de permettre d'amplifier les signaux d'en- trée de niveau de puissance se situant entre -67 dBm et -37 dBm, dans le but, non seulement de compenser les per- tes engendrées par le circuit 1 répartiteur de signaux, mais également d'améliorer le rapport signal à bruit des signaux transmis par l'intermédiaire de ce circuit vers les voies analogiques et numériques. Pour un facteur de bruit f2 de l'une des voies analogiques et pour un facteur de bruit f1 de l'ensemble constitué par l'amplificateur à faible bruit 6 et le cir- cuit répartiteur 1, cet ensemble présentant en outre un gain gl, le facteur de bruit résultant vérifie la rela- tion: F(dB) = 1O. log (f + f2) g1 Dans ces conditions, des essais ont pu montrer que le facteur de bruit équivalent de la cascade ainsi consti- tuée par l'amplificateur à faible bruit et le circuit ré- partiteur se trouve amélioré de 4,5 dB alors que le rapport signal à bruit est amélioré de 10 dB environ. En ce qui concerne le circuit by-pass 6a, on indi- que que celui-ci assure, en cas de défaillance de l'ampli- ficateur à faible bruit 6, la continuité de service à moindre dégradation. En effet, en fonctionnement normal, le niveau de réception des signaux se situe nominalement centré dans une plage dont la dynamique peut supporter une chute de niveau radiofréquence équivalant à la perte de gain de l'amplificateur à faible bruit 6. Chacune des voies de traitement de canal numérique 2i assure le filtrage radiofréquence de canal, à la fré- quence centrale de la porteuse Fo, la transposition et le filtrage en fréquence intermédiaire ainsi que la transpo- sition et le filtrage vers un autre canal dont la fré- quence porteuse est égale ou différente, en fonction du plan de fréquences retenu à l'émission. Le circuit sommateur 3 et l'amplificateur 4 à large bande assurent le couplage et l'amplification com- mune de chacune des voies de traitement de canaux numéri- ques. La puissance nominale de l'amplificateur à large bande 4 est définie de façon telle qu'il fonctionne en ré- gime linéaire avec un recul de puissance suffisant pour garantir un niveau d'intermodulation répondant aux con- traintes techniques usuelles. D'une manière générale, les différents paramètres relatifs au nombre N de voies de traitement de canal numé- rique et de largeur de bande B du circuit répartiteur 1, du circuit sommateur 3 et de l'amplificateur de puissance 4 à large bande, seront donnés ci-après. Pour une largeur de bande B du répartiteur multi- voies 1, du circuit sommateur multivoies 3 et du circuit amplificateur de puissance à large bande 4, et pour une pluralité de voies de traitement de canal numérique 2i de largeur de bande b, la fréquence centrale de l'onde por- teuse de chacune des voies de traitement numérique et la largeur de bande b de ces dernières étant définies par l'opérateur de télédiffusion utilisateur en fonction des impératifs de plan de fréquences considéré, le nombre maximum N de voies de traitement de canal numérique du système SAM, objet de la présente invention, vérifie la relation: N = B/b. En outre, pour un nombre n de voies de traitement de canal numérique, ce nombre n étant au plus égal à N, le circuit amplificateur de puissance à large bande est de préférence constitué par un amplificateur en classe A pré- sentant un recul de puissance Q dB par voie de traitement, vérifiant la relation: N x Q dB Dans cette relation, S désigne une valeur de seuil com- prise entre 35 dB et 60 dB. Les paramètres de construction précédents permettent de garantir un niveau d'intermodula- tion entre voies de traitement de canal numérique 2i infé- rieur à cette valeur de seuil. On comprend en particulier que, en pratique, et dans un mode de réalisation industrielle, le recul de puissance global retenu pour le circuit amplificateur de puissance 4 est choisi pour le nombre N maximum de voies de traitement de canal numérique admissibles. Dans ces conditions, l'opérateur de télédiffusion utilisateur peut alors insérer un nombre quelconque de voies de traitement de canal numérique inférieur à N, en fonction des besoins réels et de déploiement nécessaires à la zone de couver- ture et au nombre de programmes à transmettre pour le site considéré. Enfin, le coupleur directionnel 5 peut avantageu- sement être constitué par un coupleur directif à -6 dB. Ce coupleur assure le couplage des signaux numériques à l'an- tenne commune de réémission ACRE. Ce mode de couplage à l'antenne de réémission ACRE permet d'assurer une bonne isolation entre les signaux analogiques et numériques, avec un couplage inférieur à 30 dB, ce qui permet d'amé- liorer sensiblement le facteur de conversion des amplifi- * cateurs de sortie des voies analogiques et du circuit amplificateur 4 de puissance commun aux voies numériques. On rappelle que le facteur de conversion est une mesure de l'atténuation du produit d'intermodulation engendré par un amplificateur lorsque des signaux radiofréquence attaquent la sortie de ce dernier par l'intermédiaire d'un circuit multiplexeur ou d'un circuit de couplage tels que circuit multiplexeur des voies analogiques et circuit de couplage 5 du système SAM, objet de la présente invention. Le système SAM, objet de l'invention précitée, permet d'assurer ainsi à la fois les performances requises en diffusion numérique et une transparence quasi totale de restitution des signaux analogiques d'origine. La mise en oeuvre de dispositifs de couplage et de répartition passifs à large bande au niveau du circuit de répartition 1 et du circuit sommateur 3 confère au système SAM, objet de la présente invention, une simplification et une systématisation du mode d'installation en raison du caractère apériodique de ce dernier. Une telle caractéristique permet en particulier de s'affranchir totalement de l'aspect plan de fréquence re- latif à un site, aucune précaution particulière n'étant nécessaire pour le réglage de chaque voie de traitement de canal numérique, le développement ou le déploiement du ré- seau numérique pouvant ainsi être effectué selon une dé- marche technique identique pour chacune des voies. En outre, en raison de la diminution du niveau de puissance de diffusion des programmes TV télédiffusés, en raison des améliorations technologiques apportées aux ré- cepteurs TV et des caractéristiques spécifiques apportées par les signaux numériques, ces caractéristiques entraî- nant une diminution de la puissance émise sur les canaux numériques de l'ordre de 10 dB vis-à-vis des signaux de télédiffusion TV analogiques, la mise en ouvre des cir- cuits répartiteur 1 et sommateur 3 fait appel à des équi- pements de faible puissance pour lesquels aucune sélectivité particulière n'est nécessaire. Enfin, le système SAM, objet de la présente inven- tion, est particulièrement remarquable par le fait que l'insertion de ce dernier sur les sites de réémission mo- nocanal analogique existants permet d'utiliser tant l'an- tenne de réception ACR que l'antenne de réémission ACRE de ces derniers, alors que l'infrastructure de la plupart de ces sites est très encombrée. La mise en oeuvre d'un circuit amplificateur de puissance commun 4 permet de couvrir toutes les classes de puissances nécessaires au déploiement ou développement du réseau complémentaire. REVENDICATIONS 1. Système apériodique modulaire de réémission multicanaux numériques sur un site de réémission monocanal analogique comportant une antenne de réception connectée à un démultiplexeur, un premier, un deuxième et un troisième réémetteur analogique, un multiplexeur connecté à une an- tenne de réémission, le premier, le deuxième et le troi- sième réémetteur analogique étant connectés en parallèle entre le démultiplexeur et le multiplexeur, caractérisé en ce que ledit système comporte au moins: - un circuit répartiteur multivoies à large bande, inséré entre ladite antenne de réception et le démulti- plexeur, l'une des voies de sortie dudit répartiteur mul- tivoies étant connectée en entrée dudit multiplexeur; - au moins une voie de traitement de canal numéri- que, l'entrée de chacune de ces voies de traitement étant connectée à une voie de sortie dudit répartiteur multi- voies; - un circuit sommateur multivoies à large bande, une au moins des voies d'entrée dudit circuit sommateur multivoies étant connectée à la sortie d'une des voies de traitement de canal numérique; - un circuit amplificateur de puissance à large bande dont l'entrée est connectée en sortie dudit circuit sommateur multivoies à large bande; - un coupleur directionnel à une entrée de trans- mission, une entrée de couplage et une sortie, inséré en- tre la sortie du multiplexeur à lignes et l'antenne de réémission, l'entrée de couplage étant connectée à la sor- tie dudit circuit amplificateur de puissance. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'entrée dudit circuit répartiteur multivoies est connecté à ladite antenne de réception par l'intermé- diaire: - d'un amplificateur radiofréquence à faible bruit; - d'un circuit by-pass permettant la mise en fonc- tionnement, respectivement la mise en court-circuit de l'amplificateur radiofréquence à faible bruit. 3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit amplificateur radiofréquence à faible bruit présente un gain permettant de compenser les pertes d'insertion du circuit répartiteur multivoies sur le site de réémission monocanal analogique. 4. Système selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, pour une largeur de bande B du ré- partiteur multivoies, du circuit sommateur multivoies et du circuit amplificateur de puissance à large bande, et pour une pluralité de voies de traitement de canal numéri- que de largeur de bande b, le nombre maximum N de voies de traitement de canal numérique vérifie la relation: N = B/b. 5. Système selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, pour un nombre n de voies de trai- tement de canal numérique, ledit circuit amplificateur de puissance à large bande est constitué par un amplificateur en classe A présentant un recul de puissance Q dB par voie de traitement vérifiant la relation: n x Q dB dB, ce qui permet de garantir un niveau d'intermodula- tion entre voies inférieur à cette valeur de seuil. 6. Système selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit coupleur directionnel est un coupleur directif à -6 dB.