Brevet FR2805702A1 — publié le 20010831

DISPOSITIF D'ÉMISSION ET DE RÉCEPTION POUR UN SYSTÈME TÉLÉCOMMUNICATION L'invention est relative à un dispositif d'émission et de réception pour un système de télécommunication dans lequel on prévoit des bandes de fréquences pour l'émission et la réception en duplex de fréquences (FDD) et des bandes de fré quences pour l'émission et la réception en duplex de temps (TDD). On rappelle ici que, dans un système de télécommunication du type en duplex de fréquences FDD, la bande des fréquences allouée à ce type de commu nication est séparée en deux parties, l'une pour la réception, en général bande des fréquences les plus basses pour un récepteur fixe, et l'autre allouée l'émis sion. Ce mode de fonctionnement permet d'émettre et de recevoir simultanément. En mode duplex à partage de temps, l'émission et la réception sont tempo rellement separées, ce qui permet d'utiliser toute la bande de fréquence allouée à ce type de fonctionnement TDD (rime Division Duplex) pour l'émission et pour la réception. Le plus souvent, les fréquences allouées au fonctionnement TDD sont infé rieures fréquences allouées au fonctionnement FDD (Frequency Division Duplex). Par ailleurs, dans certains systèmes de télécommunications, tel que le système UMTS ("Universal Mobile Telephone System"), chacune des bandes de fréquences est divisée en sous-bandes allouées à des opérateurs différents. Par exemple, la bande de réception FDD s'étend sur 60 MHz et cette bande est divisée en canaux de 5 MHz, chaque opérateur disposant, par exemple, de 2 ou 3 canaux. En outre, on donne la possibilité à chaque opérateur d'utiliser en mode TDD une partie de la sous-bande de fréquences qui lui est allouée en mode de réception FDD. Si on fait appel à cette possibilité, il faut résoudre le problème de la sépa ration, dans chaque émetteur/récepteur, entre l'émission en mode TDD qui s'effec tue à grande puissance, et la réception en mode FDD. En effet, l'émission en mode TDD risque de créer des parasites pour la réception en mode FDD dans des canaux voisins. Les filtres habituellement utilisés ne permettent pas une séparation suffi sante pour surmonter cette difficulté. Ainsi, la seule solution à ce problème est d'utiliser une partie de la sous- bande de réception FDD en mode TDD seulement pour les stations de base, et en outre de limiter le couplage RF (radiofréquence) entre les émetteurs des stations de base TDD et les récepteurs des stations de base FDD. Un niveau de découplage suffisant requiert une ingénierie d'antenne délicate, une séparation physique de quelques dizaines de mètres entre les antennes utilisées pour le mode FDD et cel les utilisées pour le mode TDD. Cette séparation géographique rend acceptable l'influence du couplage fréquentiel entre l'émetteur TDD et le récepteur TDD. Mais cette solution est particulièrement onéreuse et est difficile mettre en ceuvre dans les zones urbaines où le nombre de sites susceptibles d'accueillir les antennes est limité. Par ailleurs, certains pays voient évoluer leur réglementation afin limiter le nombre d'antennes pour respecter l'environnement. On incite les opérateurs à partager les sites sur lesquels se trouvent les antennes, ou même les antennes par le biais de dispositifs de couplage RF. La coexistence du mode FDD et du mode TDD dans des bandes voisines est alors particulièrement délicate. L'invention remédie à ces inconvénients. Elle est caractérisée en ce que la station de base comporte au moins un filtre passe-bande à flancs raides du type à supraconducteur, pour que les canaux utilisés par l'opérateur de la station de base en réception en mode FDD, soient iso lés des canaux à fréquences voisines utilisés en mode TDD. Ainsi, si un opérateur dispose de trois canaux de 5 MHz dans la bande de réception FDD de largeur totale 60 MHz, et si cet opérateur utilise un ou deux de ces trois canaux en mode TDD, il isolera, par un filtrage correspondant, les deux autres canaux (ou l'autre canal) utilisé(s) effectivement en mode de réception FDD, du ou des canaux utilisé(s) en mode TDD. Dans ce cas, si les canaux qui restent réservés au mode de réception FDD sont disjoints, on pourra utiliser des filtres à supraconducteur distincts. Par contre, si les canaux réservés à la réception FDD sont adjacents, on pourra utiliser un seul filtre à supraconducteur de largeur de bande égale à la somme des largeurs des canaux. Avec un filtre à supraconducteur, le nombre de résonateurs, ou pôles, peut être élevé sans augmenter l'affaiblissement du signal, ce qui permet de réaliser des filtres à flancs particulièrement raides et donc d'obtenir une isolation élevée des canaux de réception utilisés en mode FDD, limitant la pollution par l'émission en mode TDD dans les canaux de fréquences proches, éventuellement adjacents. Ainsi, dans une même station de base, l'émission et la réception en mode FDD s'effectuent en un même emplacement que l'émission et la réception en mode TDD. De préférence, on prévoit une antenne commune pour le mode FDD et le mode TDD. On peut aussi noter qu'il est plus avantageux d'isoler par des filtres à supraconducteur les canaux de réception en mode FDD plutôt que d'isoler les canaux de la bande FDD attribués au mode TDD. En effet, les canaux utilisés en mode TDD correspondent à la fois à de l'émission et à de la réception, ce qui impo serait des contraintes sévères de puissance sur les filtres. Enfin, les sous-bandes des autres opérateurs qui restent attribuées à la réception en mode FDD ne risquent pas de pollution l'émission en mode TDD car les stations de base correspondantes se trouvent des emplacements dis tincts et la séparation géographique, en plus de celle fournie par des filtres classi ques, empêche cette pollution. L'invention concerne ainsi une station de base pour système de télécom munication dans lequel - une bande de fréquences est allouée au fonctionnement en mode duplex à partage de temps TDD, la bande étant utilisée pour l'emission et la réception, - une bande de fréquences est allouée à la réception mode à partage de fré quences FDD, - une bande de fréquences est prévue pour l'émission en mode à partage de fréquences FDD, et - la bande de fréquences de réception en mode FDD comprend plusieurs canaux, au moins l'un de ces canaux étant affectable à un mode en partage de temps TDD. Cette station est caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un filtre passe-bande à flancs raides du type à supraconducteur pour le (les) canal(aux) en mode FDD non affecté(s) au fonctionnement en mode TDD. De préférence, le filtre supraconducteur a un facteur de qualité d'au moins 50 000 et au moins 10 pôles. Dans une réalisation, on prévoit des moyens de refroidissement pour le fil tre à supraconducteur et pour un amplificateur à faible bruit dans la voie de récep tion comprenant ce filtre. Le filtre à supraconducteur est, par exemple type à couche mince tel qu'un oxyde YBaCuO sur un substrat. La station de base est notamment destinée à système de télécommuni cation du type UMTS dans lequel les canaux affectés à réception en mode FDD ont une largeur de 5 MHz. Dans un mode de réalisation, on prévoit antenne commune pour l'émission et la réception en mode FDD et l'émission et la réception en mode TDD. En variante, on prévoit une antenne pour l'émission et la réception en mode FDD qui est distincte d'une antenne pour l'émission et la réception en mode TDD. Dans une réalisation, la station comporte un circulateur pour limiter l'effet des émissions parasites TDD sur les bandes de réception FDD. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront avec la description de certains de ses modes de réalisation. Celle-ci étant effectuée en se référant aux dessins ci-annexés sur lesquels la figure 1 est un schéma d'une station de base conforme à l'invention, la figure 2 est un schéma analogue celui de la figure 1 pour une variante, et la figure 3 est un schéma analogue à celui de la figure 1 pour une autre variante. L'exemple de réalisation de l'invention que l'on va maintenant décrire en relation avec les figures concerne une station de base pour un opérateur utilisant le système de télécommunications UMTS. Dans ce système de télécommunications, on prévoit D'une part, une bande appairée : 1920-1980 MHz ouverte au sens montant (mobile vers station) FDD, couplée à 2110 70 MHz ouverte au sens descendant (station vers mobile) FDD, la bande 1920-1980 MHz étant également ouverte au mode TDD. D'autre part, une bande non-appairée constituée de deux sous-bandes (1900-1920 MHz plus 2010-2025 MHz) ouvertes au mode TDD. L'attribution de nouvelles bandes reste par ailleurs possible dans les an nées à venir. En outre, la bande 1920-1980 MHz, de largeur 60 MHz, allouée au mode de réception FDD est divisible en canaux de largeur 5 MHz chacun. Chaque opéra teur peut disposer d'un ou plusieurs canaux de 5 MHz. Lorsque l'opérateur dispose d'au moins deux canaux de réception en mode FDD, il peut sélectionner un (ou plusieurs) canal(aux) qui lui est (sont) alloué(s) pour l'utiliser en mode TDD. On rappelle que, dans ce mode de fonctionnement TDD, le même canal de fréquences est utilisé alternativement en émission et en réception. Étant donné que les canaux restant affectés à la réception en mode FDD sont proches en fréquence du (ou des) canaux utilisé(s) en mode TDD, l'émission en mode TDD peut affecter la réception en mode FDD. L'invention prévoit de protéger les canaux de réception en mode FDD par des filtres à flancs raides du type à supraconducteur. Ainsi, la réception (et l'émis- sion) en mode FDD, ainsi que l'émission et la réception en mode TDD, peuvent être disposées sur le même site, de préférence dans la même station de base avec une même antenne. Dans le mode de réalisation de l'invention qui est représenté sur la figure 1, on prévoit une station de base 10 pour un tel système de télécommunications UMTS qui comprend une antenne 12 prévue pour l'émission et la réception tant en mode FDD qu'en mode TDD. Les signaux émis ou reçus par l'antenne 12 traversent un filtre duplexeur 14 permettant d'isoler la bande de réception de la bande d'émission, c'est-à-dire, dans l'exemple, d'isoler la bande de réception FDD de largeur de bande 60 MHz, incluant des canaux fonctionnant en mode TDD, de la bande d'émission FDD. Ainsi, le filtre duplexeur 14 présente une entrée 141 recevant les émissions Tx FDD par l'intermédiaire d'un (ou plusieurs) amplificateur(s) de puissance 16 à sorties combinées. Ce filtre duplexeur comporte aussi une entrée/sortie 142 qui est, d'une part, connectée à une voie TDD 18 et, d'autre part, l'entrée de deux filtres de canal 20 et 22 pour la réception en mode FDD. Le filtre 20 du type à supraconducteur est destiné sélectionner au moins un canal de largeur 5 MHz (ou un groupe de canaux) et le deuxième filtre 22 est destiné à un deuxième canal, ou groupe, distinct du premier, également pour la réception en mode FDD. La largeur de ce deuxième canal ou groupe est la même que celle du premier, ou est d'une largeur différente. Dans la voie 18, de façon en soi connue, un commutateur 24 permet de connecter les signaux Tx TDD (émission en mode TDD) à l'entrée/sortie 142 et de relier l'entrée/sortie 142 à la voie de réception en mode TDD. Dans un mode de réalisation, le facteur de surtension Q des filtres supra conducteurs est supérieur à 50 000 et leur nombre de pôles est supérieur à dix. Ces filtres 20 et 22 sont très sélectifs : leur taux de rejection est de 40 à 60 dB dans le canal adjacent. L'utilisation d'un matériau supraconducteur permet un grand nombre de pôles et donc une forte sélectivité pour une atténuation limitée du signal. Dans un exemple, un tel filtre comprend un substrat monocristallin, par exemple en oxyde de magnésium ou en aluminate de lanthane, recouvert d'une couche mince d'oxyde supraconducteur tel qu'un oxyde YbaCuO et cette couche est gravée, par exemple par usinage ionique, selon un dessin permettant d'obtenir la bande passante désirée. De préférence, la gravure est telle les filtres ne néces sitent pas de réglage en fin de fabrication. filtre à supraconducteur nécessite en général un refroidissement. On fait appel, exemple, à un refroidisseur cryogénique du type de ceux couramment utilisés en détection infrarouge, ces refroidisseurs étant compacts et légers avec des rendements élevés. Dans une réalisation, les amplificateurs 28 et 30 à faible bruit se trouvant dans les voies Rx1 FDD et Rx2 FDD sont également refroidis pour minimiser le bruit, par exemple à l'aide du même refroidisseur que celui-ci utilisé pour les filtres à supraconducteur. En variante, la voie 18 est connectée à une antenne (non montrée) dis tincte de l'antenne 12, ce qui permet d'améliorer la séparation entre cette voie 18 TDD et les voies Rx FDD. Le mode de réalisation de l'invention qui est représenté sur la figure 2 se distingue de celui que l'on vient de décrire en relation avec la figure 1 par le fait qu'à la place d'un filtre duplexeur, on prévoit, d'une part, un filtre 34 passe-bande pour les fréquences d'émission FDD (Tx FDD) et, d'autre part, un filtre 36 passe-bande pour les fréquences d'émission et de réception en mode TDD (Tx TDD et Rx TDD). Par ailleurs dans cet exemple, un seul filtre 38 à supraconducteur est prévu dans la voie de réception FDD. Autrement dit, l'antenne 12 est connectée aux entrées/sorties trois filtres 34, 38 et en parallèle. Bien entendu, comme dans l'exemple de figure 1, si plusieurs canaux restent réservés en mode Rx FDD, on prévoira autant de filtres supraconducteurs que de tels canaux. Si ces canaux sont adjacents, peut prévoir un seul filtre supraconducteur. Dans une variante (non montrée), la voie TDD comportant filtre 36 est reliée à une antenne distincte de l'antenne 12. La figure 3 représente une variante du dispositif représenté la figure 1, les mêmes éléments étant représentés avec les mêmes chiffres de référence. Dans cette réalisation, on prévoit un circulateur 50 protégeant les récep teurs comportant des filtres supraconducteurs, des émissions parasites de l'émetteur (Tx TDD). Cette disposition limite ainsi les perturbations des émis sions parasites de l'émetteur TDD se trouvant dans la bande de réception FDD. Quel que soit son mode de réalisation, l'invention fournit une station de base pour système de télécommunications dans lequel des bandes de réception FDD peuvent être utilisées en mode TDD sans que l'on ait à prévoir des empla cements différents pour le fonctionnement en mode FDD et pour le fonctionnement en mode TDD. REVENDICATIONS 1. Station de base pour système de télécommunication dans lequel - une bande de fréquences est allouée au fonctionnement en mode duplex à partage de temps TDD, la bande étant utilisée pour l'émission et la réception, - une bande de fréquences est allouée à la réception en mode partage de fré quences FDD, - une bande de fréquences est prévue pour l'émission en mode à partage de fréquences FDD, et - la bande de fréquences de réception en mode FDD comprend plusieurs canaux, au moins l'un de ces canaux étant affectable à un mode en partage de temps TDD, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un filtre passe-bande à flancs raides (20, 22 ; 38) du type à supraconducteur pour le (les) canal(aux) en mode FDD non affecté(s) au fonctionnement en mode TDD. 2. Station de base selon la revendication 1, caractérisée en ce que le filtre supra conducteur a facteur de qualité d'au moins 50 000 et au moins 10 pôles. 3. Station de base selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle com prend des moyens de refroidissement pour le filtre à supraconducteur et pour un amplificateur à faible bruit dans la voie de réception comprenant ce filtre. 4. Station de base selon l'une quelconque des revendications précédentes, carac térisée en ce que le filtre à supraconducteur est du type à couche mince tel qu'un oxyde YBaCuO sur un substrat. 5. Station de base selon l'une quelconque des revendications précédentes, des tinée à un système de télécommunication du type UMTS dans lequel les canaux affectes à la réception en mode FDD ont une largeur de 5 MHz. 6. Station de base selon l'une quelconque des revendications précédentes, carac térisée en ce qu'elle comporte une antenne commune pour l'émission et la réception en mode FDD et l'émission et la réception en mode TDD. 7. Station de base selon l'une quelconque des revendications 1 5, caractérisée en ce qu'elle comporte une antenne pour l'émission et la réception en mode FDD qui est distincte d'une antenne pour l'émission et la réception en mode TDD. 8. Station de base selon l'une quelconque des revendications précédentes, carac térisée en ce qu'elle comporte un circulateur (50) pour limiter l'effet des émis sions parasites TDD sur les bandes de réception FDD.