Brevet FR2784822A1 — publié le 20000421

La présente invention concerne un système de télécommunications qui utilise des largeurs de bandes différentes et des récepteurs spécialement conçus pour ce système de télécommunications, ainsi que des procédés associés. Il existe actuellement un projet de NADIB (EU-1559), un programme Eureka européen, et DRM (Digital Radio Mondiale), un consortium à l'échelle mondiale, qui consiste à établir une norme de radiodiffusion numérique valable sur toute la Terre, qui, entre autres choses, permettra d'utiliser un seul et mme récepteur numérique peu coûteux dans toutes les régions géographiques. Un problème crucial qui se pose pour ces systèmes prévus à l'échelle mondiale est que le spectre de radiofréquence (RF) est attribué de manière particulière dans chaque région ou chaque pays par les autorités gouvernementales locales. Il est également fixé, à l'échelle régionale, par l'Union Internationale des Télécommunications (UIT) ; le monde est ainsi divisé en trois régions. La région 1 contient l'Europe, la région 2 l'Amérique, et la région 3 l'Asie et le Pacifique. La probabilité est réduite qu'un unique spectre de fréquence, un unique plan d'attributions de canaux, ou une unique largeur de bande soient attribués à l'échelle mondiale pour les transmissions audio en modulation d'amplitude (AM). Les transmission AM sont définies, à l'échelle mondiale, par les fréquences attribuées d'un point de vue général à la diffusion en modulation d'amplitude sur les ondes longues (LW), les ondes moyennes (MW), et les ondes courtes (SW), ce que l'on appelle également les bandes de hautes fréquences (HF). Par exemple, des transmissions AM typiques occupent, dans la région Asie-Pacifique, une bande comprise entre 9 et 20 kHz, tandis qu'en Amérique, les transmissions AM se trouvent entre 12 et 20 kHz et qu'en Europe, elles sont typiquement entre 9 et 12 kHz (largeur de bande occupée par les hautes fréquences). Tout récepteur utilisable à l'échelle mondiale devra nécessairement s'adapter à la bande spectrale RF autorisée qui a été affectée à la diffusion audio dans les bandes AM de cette région particulière de fonctionnement. De plus, dans certaines parties du monde, comme par exemple en Amérique du Nord, des règlements concernant les largeurs de bandes occupées permettent d'étendre l'occupation du spectre jusqu'à au moins 40 kHz dans la mesure où certains critères sont satisfaits. Ainsi, il serait donc utile de produire un système de télécommunications, ainsi que des procédés et des dispositifs associés, permettant une exploitation mondiale sur des gammes de fréquences différentes et avec des pas de canaux différents, ainsi que pour des conditions d'occupation de largeurs de bandes variables, en fonction de la situation géographique du récepteur. Par conséquent, l'invention propose un récepteur radio pouvant fonctionner dans un système de télécommunications à diffusion mondiale, qui transmet des signaux de largeurs de bandes différentes incorporant un nombre variable de porteuses, le récepteur radio comprenant : un dispositif d'échantillonnage servant à échantillonner un signal émis à une cadence maximale en liaison avec la largeur de bande disponible maximale pour le système de télécommunications, de manière à former un signal reçu échantillonné ; un démodulateur qui applique une transformation de Fourier discrète (DFT) au signal reçu échantillonné, de manière à former un signal démodulé ; un dispositif d'isolation qui isole les parties voulues du signal démodulé vis-à-vis des parties non voulues ; un démultiplexeur servant à démultiplexer les parties voulues du signal modulé, de manière à produire un train de données destiné à tre décodé. Selon un autre aspect, l'invention propose un système de télécommunications incorporant un tel récepteur radio et un émetteur servant à émettre des signaux de télécommunications sur une largeur de bande choisie dans une sélection de largeurs de bandes du système, où les largeurs de bandes du système ne sont pas plus grandes que la largeur de bande maximale du système de télécommunications. La description suivante, conçue à titre d'illustration de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages ; elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels : la figure 1 est un schéma fonctionnel montrant un système de télécommunications qui met en oeuvre une norme de radiodiffusion numérique valable à l'échelle mondiale, selon l'invention ; la figure 2 montre les fréquences attribuées à l'intérieur de la largeur de bande maximale pour les régions 1,2 et 3 du système décrit sur la figure 1, selon l'invention ; et la figure 3 est un schéma fonctionnel montrant de manière détaillée le système de télécommunications selon l'invention. Le mode de réalisation préféré décrit ici couvre la mise en oeuvre de la norme de radiodiffusion numérique dans trois régions de base. Dans chaque région, il existe diverses attributions de largeurs de bandes occupées et divers règlements en fonction desquels les transmissions AM peuvent avoir lieu. Selon les informations mises à la disposition du demandeur à l'époque de la rédaction de la présente demande, l'invention n'est pas limitée à un tel système. Plus spécialement, on comprendra que les systèmes de transmission différents pourraient tre contenus à l'intérieur d'une unique région et que les récepteurs seraient néanmoins en mesure de s'adapter à la largeur de bande de l'émetteur particulier duquel le récepteur reçoit des signaux de télécommunications. On comprendra aussi que, mme si, dans le mode de réalisation précédé, les communications concernent des transmissions AM, l'invention n'est pas limitée à cela. Il faut comprendre que l'invention pourrait tre appliquée à des normes de télécommunications de tous les types différents. De plus, alors que le mode de réalisation préféré couvre les transmissions audio, il est clairement évident que l'invention pourra tre utilisée pour assurer des transmissions vidéo, des transmissions de données à grande vitesse, une combinaison de transmission audio et de transmission vidéo, ou tout autre type de transmission de données numériques pouvant tre envisagé. La figure 1 est une illustration d'un système de télécommunications 100 mettant en oeuvre la norme de radiodiffusion numérique valable à l'échelle mondiale, qui a été précédemment discutée. Une région 1, désignée par la référence 101, contient un émetteur 103 et plusieurs récepteurs 105. L'émetteur 103 utilise un schéma d'émission à multiplexage par division de fréquence orthogonal (OFDM) pour transmettre des informations voulues sur une première largeur de bande particulière, ladite première largeur de bande particulière étant contenue à l'intérieur de la largeur de bande maximale de la norme de radiodiffusion numérique valable à l'échelle mondiale. Les récepteurs 105 de la région 1 reçoivent les signaux émis par l'émetteur 103 sur la première largeur de bande. Les récepteurs échantillonnent, démodulent, isolent et démultiplexent les signaux reçus afin de produit un train de données contenant des informations voulues, qui pourra tre décodé par un décodeur audio approprié. Dans la région 2, définie par la référence 107, l'émetteur 109 émet des signaux de télécommunications, qui transportent des informations voulues, au moyen de schémas d'émission OFDM sur une deuxième largeur de bande particulière qui est contenue à l'intérieur de la largeur de bande maximale de la norme de radiodiffusion numérique valable à l'échelle mondiale. Les récepteurs 105 contenus dans la région 2 sont identiques aux récepteurs 105 contenus dans la région 1. De nouveau, les récepteurs 105 de la région 2 reçoivent, de la part de l'émetteur 109, les signaux de télécommunications émis, qui ont été diffusés sur la deuxième largeur de bande particulière. De nouveau, les signaux reçus sont reconstitués et le récepteur 105 produit un train audio de signaux voulus qui peut tre décodé par un décodeur audio approprié. La région 3, définie par la référence 111, contient un émetteur 113 et plusieurs récepteurs 105 dispersés à l'intérieur de la région. L'émetteur 113 émet des signaux de télécommunications en utilisant une signalisation OFDM sur une troisième largeur de bande distincte, qui est contenue à l'intérieur de la largeur de bande maximale telle que fixée par la norme de radiodiffusion numérique valable à l'échelle mondiale. Les récepteurs 105 contenus dans la région 3 sont identiques aux récepteurs 105 de la région 1 et aux récepteurs 105 de la région 2. De nouveau, les récepteurs reçoivent, de la part de l'émetteur 113, les signaux émis sur la troisième largeur de bande distincte, et le récepteur 105 crée le train audio voulu. La figure 2 est une illustration des largeurs de bandes distinctes et des largeurs de bandes maximales dans les régions 1, 2 et 3, pour une proposition de norme de radiodiffusion numérique valable à l'échelle mondiale. La largeur de bande maximale fixée pour la norme de radiodiffusion numérique valable à l'échelle mondiale est indiquée en 201. La fréquence centrale d'un canal va de 153 kHz à 30 MHz et celui-ci a une largeur de bande qui varie d'un minimum d'environ 9,0 kHz à un maximum d'environ 40 kHz. Il n'est pas obligatoire que tous les systèmes utilisent la mme attribution de fréquences. Des systèmes ayant des largeurs de bandes réduites aussi bien qu'augmentées sont également possibles. Les chiffres présentés sont destinés à rendre la description plus claire. Les paramètres du système final peuvent différer en ce qui concerne la largeur de bande réelle, le canal attribué et d'autres critères techniques, par rapport à ceux présentés ici à titre d'exemple. Bien qu'il ne soit pas nécessaire d'inclure des bandes de garde dans les spécifications du système, certains procédés de modulation demandent l'utilisation de bandes de garde. Des systèmes fiables peuvent tre décrits, qui feront usage des rapports de protection intrinsèques prévus pour les détenteurs de licences de diffusion par les réglementations et les accords internationaux. Dans le cadre de la discussion, on inclura des bandes de garde dans les exemples présentés. Dans la région 1, désignée par la référence 101 sur la figure 1, une largeur de bande (203) de 9 kHz est utilisée pour l'émission des signaux audio voulus de l'émetteur 103 aux récepteurs 105. La largeur de bande de 9 kHz possède une bande de garde de 0,5 kHz de chaque côté, ce qui donne à la largeur de bande d'émission totale une valeur égale à 8 kHz, dans la configuration à largeur de bande minimale. En fréquence, la largeur de bande se place entre 522 kHz et 1 062 kHz pour les ondes moyennes. Dans la région 2, définie par la référence 107, les signaux audio voulus sont émis par l'émetteur 109 à destination des récepteurs 105 sur une largeur de bande qui s'étend jusqu'à 40 kHz (référence 205). De nouveau, la largeur de bande de 40 kHz possède une bande de garde de 0,5 kHz de chaque côté, ce qui donne à l'ensemble de la deuxième largeur de bande utilisée dans la deuxième région une valeur égale à 39 kHz. Cette deuxième largeur de bande se situe, dans le domaine des fréquences, de 530 kHz à 1 710 kHz. On note que la largeur de bande 205 se trouve à l'intérieur de la largeur de bande maximale 201 de la figure 2. La largeur de bande 207 de la figure 2 illustre la largeur de bande utilisée par l'émetteur 113 dans la région 3 pour émettre les signaux audio voulus à destination des récepteurs 105 contenus dans cette région 3. La largeur de bande 207 est une largeur de bande de 20 kHz ayant une bande de garde de 0,5 kHz de chaque côté, ce qui donne une largeur de bande totale de 19 kHz. Cette largeur de bande se situe entre les fréquences 522 kHz et 1 620 kHz, laquelle est entièrement contenue à l'intérieur de la largeur de bande maximale 201 de la figure 2. On note aussi qu'une largeur de bande de 10,0 kHz, ayant des bandes de garde de 0,5 kHz au-delà et en deçà de la fréquence centrale du canal attribué peut aussi tre utilisée pour les ondes longues et la diffusion HF dans la région 1. Dans ce cas, la largeur de bande totale du système est de 9 kHz et est contenue à l'intérieur de la largeur de bande maximale du système proposée ici. La figure 3 est une représentation détaillée d'un système de télécommunications qui peut tre utilisé pour mettre en oeuvre la norme de radiodiffusion numérique valable à l'échelle mondiale, telle que discutée ici. Plus particulièrement, la figure 3 contient un émetteur 301, un récepteur 303 et un canal (C) 305. L'émetteur 301, pour l'essentiel, reçoit les signaux audio voulus devant tre émis et les convertit de manière connue suivant un schéma de signalisation OFDM, pour les émettre ensuite avec la largeur de bande et la fréquence attribuées pour la région géographique particulière dans laquelle l'émetteur se trouve. L'émetteur 301 comporte un modulateur (noté F-1), suivi d'un convertisseur parallèle-série (noté P/S), puis d'un convertisseur numérique-analogique (noté DAC). L'émetteur peut tre conçu de façon à émettre des signaux présentant une qualité variable en fonction de la largeur de bande disponible dans une région géographique donnée. Le récepteur 303 contient une antenne 306, un dispositif d'échantillonnage ou convertisseur analogique-numérique (ADC) 307, un convertisseur sérieparallèle (S/P) 309, un démodulateur 311, un dispositif d'isolation 313, un démultiplexeur 315 et un décodeur audio à débit binaire variable 317, ainsi qu'un dispositif de sortie 319. La capacité du récepteur 301 à recevoir des signaux ayant des largeurs de bandes différentes et placées à des fréquences différentes est obtenue par la détection d'une propriété du schéma d'émission OFDM. Plus spécialement, cette capacité s'appuie sur l'hypothèse que le signal reçu est échantillonné à un taux lié à la fréquence et à la largeur de bande de la valeur maximale 201 de la figure 2. Par exemple, si la largeur de bande maximale est égale à 40 kHz, l'échantillonnage conduit à un sur-échantillonnage dans les régions géographiques où la largeur de bande maximale n'est pas utilisée et où une largeur de bande plus petite que la largeur maximale a été choisie. Si l'on travaille avec une version sur-échantillonnée du signal reçu, alors, en le démodulant avec une transformation de Fourier discrète plus étendue que celle normalement nécessaire, on peut réaliser l'extraction dans le domaine des fréquences après égalisation des informations utiles envoyées sur un sous-ensemble des valeurs de la transformation de Fourier rapide (FFT) discrète : les porteuses médianes. De plus, le suréchantillonnage du signal à l'aide d'une FFT étendue fournira des informations inclues en celles qui sont contenues dans les porteuses cruciales. Les porteuses cruciales, dans la situation OFDM, peuvent tre désignées comme les porteuses médianes, ou celles qui sont le plus proche de la fréquence de canal centrale attribuée, celles-ci étant donc bien protégées des interférences. L'antenne 306 reçoit les signaux émis via le canal 305 et les applique en entrée à l'ADC 307. L'ADC 307 échantillonne le signal reçu à une cadence supérieure ou égale à la fréquence nécessitée par la largeur de bande maximale 201 et le théorème de Nyquist. Dans le mode de réalisation préféré, la cadence d'échantillonnage est fixée à 78 kHz. Les échantillons reçus sont ensuite empilés en un vecteur qui utilise le convertisseur série-parallèle 309. Le démodulateur 311 applique une transformation de Fourier discrète (DFT) sur le signal échantillonné reçu, ce qui conduit à la formation d'un signal démodulé 314. Par l'application d'une transformation de Fourier discrète dont l'étendue est celle nécessitée par la largeur de bande maximale 201 de la figure 2, laquelle peut tre plus grande que celle nécessitée dans l'émetteur particulier, le vecteur contenant les échantillons voulus est extrait immédiatement après l'égalisation, et est entouré par des émissions parasites, ou du bruit. Ces symboles non pertinents peuvent tre interprétés comme des porteuses latérales supplémentaires, puisque le sur-échantillonnage permet d'analyser le signal reçu sur une largeur de bande supérieure. Puisque le récepteur ignore la grandeur totale de la largeur de bande utilisée pour l'émission, le récepteur 303 doit isoler le bloc de porteuses utiles visà-vis des émissions parasites. On utilise le dispositif d'isolation 313 à cet effet. Dans le mode de réalisation préféré, on effectue l'isolation en comparant l'énergie des valeurs de sortie de la DFT à une énergie de seuil. Les valeurs de sortie de la DFT qui se trouvent en deçà de l'énergie de seuil sont écartées. Dans le cas d'une émission OFDM, l'énergie contenue dans les porteuses médianes est généralement conservée et utilisée, tandis que les données contenues dans les porteuses situées vers l'extérieur peuvent tre rejetées pendant la phase d'identification et de vérification de la réception des signaux. La séparation vis-à-vis des systèmes adjacents est toujours possible en raison de la présence intrinsèque d'une bande de garde de fréquence destinée à empcher les interférences, comme indiqué dans les largeurs de bande 203,205 et 207 de la figure 2, ou bien par la présence d'une aire de servitude à contour protégé dans le signal diffusé. De plus, on peut aussi utiliser une détection de seuil sur la base d'un estimateur de rapport signal-bruit des porteuses respectives dans le signal OFDM ou des composantes de bandes latérales dans une solution à porteuse unique, pour décider quelles porteuses (ou quels termes de modulation) doivent tre conservées ou rejetées. Le démultiplexeur 315 démultiplexe les valeurs de sortie démodulées sélectionnées 314 du dispositif d'isolation 313 de manière à produire un train de données destiné à tre décodé par un décodeur approprié. Dans le mode de réalisation préféré, le décodeur audio à débit binaire variable 317 est utilisé pour décoder le train de données. Enfin, le train audio décodé est envoyé au dispositif de sortie 319. Dans le mode de réalisation préféré, le dispositif de sortie 319 est constitué par des haut-parleurs. Dans la description ci-dessus présentée du mode de réalisation préféré, l'invention s'applique clairement à un système de télécommunications, un récepteur radioélectrique et un procédé associé de télécommunications radioélectriques. On comprendra que l'invention peut facilement tre appliquée à des transmissions autres que les transmissions audio. Par exemple, l'invention peut aussi tre appliquée à des transmissions vidéo ou à une combinaison de transmissions audio et vidéo, ainsi qu'à la transmission de données numériques à grande vitesse. Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir des dispositifs et des procédés dont la description vient d'tre donnée à titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Récepteur radioélectrique (105) pouvant fonctionner dans un système de télécommunications (100) à diffusion à l'échelle mondiale, qui émet des signaux ayant des largeurs de bandes différentes (201,203,205,207) et incorporant un nombre variable de porteuses, le récepteur radioélectrique (105) étant caractérisé en ce qu'il comprend : un dispositif d'échantillonnage (307) servant à échantillonner un signal émis à une cadence maximale liée à la largeur de bande disponible maximale du système de télécommunications, de manière à former un signal reçu échantillonné ; un démodulateur (311) servant à appliquer une transformation de Fourier discrète (DFT) au signal reçu échantillonné, de manière à former un signal démodulé ; un dispositif d'isolation (313) servant à isoler les parties voulues du signal démodulé vis-à-vis des parties non voulues, et un démultiplexeur (315) servant à démultiplexer les parties voulues du signal démodulé, de manière à produire un train de données destiné à tre décodé. 2. Récepteur radioélectrique (105) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cadence maximale du dispositif d'échantillonnage (307) est au moins égale à la cadence déterminée par le théorème de Nyquist pour la largeur de bande disponible maximale (201) du système de télécommunications. 3. Récepteur radioélectrique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le dispositif d'isolation (313) est conçu pour comparer l'énergie de parties du signal démodulé à un seuil d'énergie afin d'isoler les parties voulues vis-à-vis des parties non voulues. 4. Système de télécommunications (100) possédant une largeur de bande maximale, caractérisé en ce qu'il comprend : un émetteur (103) servant à émettre des signaux de télécommunications sur une largeur de bande choisie dans une sélection de largeurs de bandes du système, où les largeurs de bandes du système ne sont pas supérieures à la largeur de bande maximale du système de télécommunications ; et incorporant : un récepteur selon l'une quelconque des revendications précédentes. 5. Système de télécommunications (100) selon la revendication 4, caractérisé en ce que la sélection de largeurs de bandes du système comprend une première largeur de bande dans une première région géographique (101) et une deuxième largeur de bande (203) dans une deuxième région géographique (107). 6. Système de télécommunications selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que l'émetteur (103) est conçu pour émettre des signaux qui présentent une qualité variable en fonction de la largeur de bande disponible dans une région géographique donnée. 7. Système de télécommunications selon la revendication 4,5 ou 6, caractérisé en ce que l'émetteur émet des signaux de télécommunications par multiplexage à division de fréquence orthogonal (OFDM). 8. Procédé de réception de signaux émis par un émetteur pouvant fonctionner dans un système de télécommunications radioélectriques, où les signaux émis ont des largeurs de bandes différentes, le procédé de réception de signaux étant caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes : échantillonner un signal émis à une cadence maximale liée à la largeur de bande disponible maximale du système de télécommunications, de manière à former un signal reçu échantillonné ; appliquer une transformation de Fourier discrète (DFT) au signal reçu échantillonné, de manière à former un signal démodulé ; isoler les parties voulues du signal démodulé vis-à-vis des parties non voulues ; et démultiplexer les parties voulues du signal démodulé, de manière à produire un train de données destiné à tre décodé par un décodeur approprié. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le système de télécommunications est utilisé pour émettre des trains de données audio. 10. Procédé selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que le système de télécommunications est utilisé pour émettre des trains vidéo.