Brevet FR2815510A1 — publié le 20020419

Téléphone mobile avec émetteur perfectionné La présente invention a pour objet un téléphone mobile avec un émetteur perfectionné. Elle s'applique ainsi au domaine de la téléphonie mobile. Le but de l'invention est d'obtenir une amplification, pour une dynamique donnée d'un signal à émettre dans une voie d'émission du téléphone mobile, avec un nombre réduit d'éléments. Ceci permet ainsi de réduire un encombrement dans le téléphone mobile, un poids de l'ensemble et aussi une consommation, ce qui augmente une autonomie du téléphone mobile. Actuellement, on connaît plusieurs structures pour réaliser une voie d'émission d'un téléphone mobile. Une première structure, la plus connue, consiste à amplifier une première fois le signal à émettre à une fréquence intermédiaire. En effet, cette fréquence intermédiaire est plus faible que la fréquence d'émission, ce qui permet d'avoir une contrainte moins forte sur l'amplificateur qui fonctionne à cette fréquence. Dans un deuxième temps, ce signal, amplifié une première fois, est transposé à une fréquence d'émission. Enfin, ce signal transposé est amplifié une deuxième fois, avec un gain plus faible car l'amplificateur concerné fonctionne à une fréquence largement supérieure à la fréquence intermédiaire. Ainsi, la dynamique de gain que doit pouvoir assurer l'amplificateur du téléphone mobile à l'émission est répartie sur deux fréquences (la fréquence intermédiaire et la fréquence d'émission). On connaît encore une deuxième structure, moins courante, qui consiste à obtenir la dynamique souhaitée avec une seule fréquence. Pour cela, cette deuxième structure utilise un seul amplificateur qui assure cette dynamique. Dans ce cas, la fréquence est la fréquence d'émission du signal à émettre. Ainsi, cette deuxième structure comporte essentiellement un modulateur modulant une porteuse à la fréquence d'émission. Le signal modulé est ensuite transmis à un amplificateur assurant la dynamique requise, ce signal amplifié est enfin transmis en bout de chaîne à un dispositif rayonnant tel qu'une antenne par exemple. Ces deux structures présentent des problèmes. En effet, la première structure nécessite une transposition de fréquence et donc la présence d'un mélangeur, par exemple, mais aussi de dispositifs de filtrage, en amont et en aval de ce mélangeur. Ces composants ont un coût. Ils induisent aussi une consommation qui aboutit à une limitation de l'autonomie du téléphone mobile. La deuxième structure ne nécessite pas ces composants supplémentaires. Cependant, une dynamique demandée par les réseaux aux téléphones mobiles de nouvelles générations, telle que celle imposée par la norme UMTS (Universal Mobile Telephony System en anglais pour système de téléphonie mobile universelle) par exemple, peut être de l'ordre de 80 dB. Or une telle deuxième structure est normalement mise en oeuvre pour des voies d'émission selon lesquelles la dynamique est limitée à une quarantaine de dB au plus. En conséquence, une utilisation de cette deuxième structure avec une telle dynamique impose à l'amplificateur un certain nombre de contraintes supplémentaires. L'amplificateur doit être parfaitement linéaire dans toute la dynamique du signal ce qui implique une consommation particulièrement importante. En effet, dans le cas de la téléphonie mobile selon la norme UMTS, la technique d'accès est de type CDMA (Code Division Multiple Access en anglais pour accès multiple à répartition par le code) c'est-à-dire que chaque signal à transmettre est multiplié par un code. Dans ces conditions, deux signaux différents multipliés chacun par un code différent peuvent être diffusés sur une même bande de fréquence. En conséquence, afin d'assurer une discrimination correcte, c'est-à-dire un bon rapport signal à bruit, il faut une dynamique plus élevée avec la norme UMTS car tous les signaux provenant de tous les téléphones mobiles dans une cellule doivent être reçus par une station de base avec un même niveau. Or un fonctionnement d'un amplificateur en classe A, parfaitement linéaire, nécessite une polarisation de l'amplificateur avec un courant correspondant à l'amplification maximale. Cette polarisation est trop importante pour les besoins qu'on en a lorsque la puissance demandée en émission est faible. Une telle polarisation conduit donc à une consommation moyenne trop élevée. De plus, un tel amplificateur fonctionne à une fréquence élevée, supérieure au GigaHertz. En conséquence, il est nécessaire de réaliser un blindage autour de cet amplificateur. Une réalisation d'un téléphone mobile avec cette deuxième structure est alors plus complexe et plus délicate. La présente invention propose de réaliser un téléphone mobile avec une nouvelle voie d'émission en résolvant les problèmes de la première et de la deuxième structure. Ce téléphone mobile selon l'invention met en oeuvre une voie d'émission avec une seule fréquence et divise la dynamique en plusieurs plages, chacune d'elles étant assurée par un mode d'amplification différent. Ainsi, une consommation des moyens d'amplification est atténuée et une structure de la voie d'émission est allégée grâce à un nombre réduit d'éléments. La présente invention propose donc un téléphone mobile comportant une voie d'émission avec un modulateur modulant une porteuse, à une fréquence d'émission, et produisant en sortie de ce modulateur un signal modulé transmis à une chaîne d'amplification produisant un signal de puissance à émettre, d'une valeur de puissance donnée, caractérisé en ce que cette chaîne comporte un premier moyen d'amplification, avec un gain évoluant selon une première plage d'amplification, en cascade avec un deuxième moyen, avec un gain d'amplification évoluant selon une deuxième plage d'amplification, ces deux plages permettant de couvrir une plage totale d'amplification continue plus grande que la première plage ou la deuxième plage. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen de la figure qui l'accompagne. Celles-ci ne sont présentées qu'à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. La figure montre : - Figure 1 : un schéma de principe simplifié d'une voie d'émission d'un téléphone mobile selon l'invention. La figure 1 montre un téléphone 1 mobile en liaison hertzienne au moyen d'une antenne 2 avec une station 3 de base contrôlée par un central 4 de téléphonie d'un réseau 5 de téléphonie mobile. Ce téléphone 1 comporte une voie 6 d'émission et une voie 7 de réception, ces deux voies 6 et 7 étant reliés à l'antenne 2 par l'intermédiaire d'un moyen 8 d'aiguillage. Ce moyen 8 peut prendre la forme d'un filtre duplexeur voire d'un dispositif de commutation. Les voies 6 et 7 sont contrôlées par un microprocesseur 9 commandé par un programme 10 de gestion mémorisé dans une mémoire 11 de programme. Les différents éléments du téléphone 1 sont reliés entre eux par un bus 12 de commandes, d'adresses et de données. Le téléphone 1 communique, dans un exemple, avec le réseau 5 en utilisant le protocole défini par la norme UMTS. Ainsi, la voie 6 a en charge d'émettre des signaux, de parole et de signalisation, à destination de la station 3 et ce à une puissance donnée. La voie 7 à en charge de recevoir des signaux, de parole et de signalisation, émis par la station 3. C'est le central 4 qui indique au téléphone 1 la valeur de puissance avec laquelle le signal doit être émis par ce téléphone 1. La voie 7 reçoit donc des informations de puissance qui sont traitées par le microprocesseur 9 afin de régler la voie 6 en conséquence. Cependant, l'architecture de la voie 7 n'est pas détaillée plus en avant pour ne pas alourdir la description. La voie 6 comporte un modulateur 13 recevant à une première entrée 14 une porteuse produite par un oscillateur 15. Cette porteuse, à la fréquence d'émission, est modulée par des signaux modulants 1 et Q par exemple présents à des entrées 16 et 17 respectivement du modulateur 13. Ainsi, le modulateur 13 produit, à une sortie 18, un signal modulé. Ce signal modulé est transmis à une chaîne 19 d'amplification. Cette chaîne 19 produit un signal de puissance à émettre. Une valeur de puissance de ce signal de puissance à émettre est déterminé par le central 4 qui le transmet par l'intermédiaire de la station 3. Cette valeur est reçue par la voie 7. La fréquence du signal délivré par le modulateur 13, et en tous cas admis à l'entrée de la chaîne 19, est la fréquence centrale de la bande de fréquence d'émission, sans transposition intermédiaire. La chaîne 19 comporte un premier moyen 20 d'amplification coopérant avec un deuxième moyen 21 d'amplification. Le moyen 20 permet d'amplifier un signal selon une première plage d'amplification, c'est-à-dire qu'une valeur de puissance du signal ainsi amplifié est comprise dans cette première plage. Le gain associé à ce moyen 20 peut varier entre une première valeur minimale et une première valeur maximale. Le moyen 21 permet d'amplifier un signal selon une deuxième plage d'amplification, c'est- à-dire qu'une valeur de puissance du signal ainsi amplifié est comprise dans cette deuxième plage. Le gain associé à ce moyen 21 peut varier entre une deuxième valeur minimale et une deuxième valeur maximale. En outre, ces deux plages permettent ainsi de couvrir une plage totale d'amplification continue plus grande que la première plage ou la deuxième plage. Cette plage totale continue peut être obtenue par juxtaposition de la première plage et de la deuxième plage avec ou sans recouvrement. Une juxtaposition avec recouvrement de quelques dB est tout de même préférable à celle sans recouvrement c'est-à-dire que les deux plages deviennent contiguës. Dans ces deux cas la plage totale d'amplification est continûment réglable. En effet, un réglage de ces moyens d'amplification est notamment moins délicat. Dans un exemple, on souhaite réaliser le téléphone 1 avec une voie 19 qui autorise une dynamique de 80 dB avec pour valeur minimale de puissance-55 dBm et pour valeur maximale de puissance 24 dBm. Un gain associé au moyen 20 peut alors varier continûment entre-20 dB et +20 dB. Le moyen 20 est par exemple dans ce cas un amplificateur à gain continûment variable entre ces deux valeurs. Un gain associé au moyen 21 est alors soit de-25 dB soit de +14 dB. Dans un exemple le moyen 21 est un amplificateur à gain commuté, ou comporte deux amplificateurs à gain différents commutés. Le gain du moyen 21 évolue alors par sauts discontinus. Dans cet exemple, une première plage de gain est obtenue en utilisant le gain à-25 dB du moyen 21, et une deuxième plage est obtenue en utilisant le gain à +14 dBm du moyen 21. En outre, une valeur de puissance du signal modulé présenté en entrée de la chaîne 19 est, dans cet exemple, de-10 dBm. Ainsi, pour la première plage, la dynamique de signal s'étend de-55 dBm à-15 dBm et pour la deuxième plage, de-16 dBm à +24 dBm. La dynamique de 80 dB du signal est donc obtenue dans cet exemple par une juxtaposition de la première et de la deuxième plage d'amplification avec un recouvrement de 1 dB. Si une variation du gain du moyen 20 avait été de-25 dB à +20 dB, un recouvrement aurait été de 11 dB. Ainsi, une dynamique du signal associée au moyen 20 est de l'ordre d'une quarantaine de dB, la plage totale étant obtenue par un décalage de cette dynamique à l'aide du moyen 21. En conséquence, une contrainte de linéarité du moyen 20 est moins forte que si une plage d'amplification de ce dernier avait été de 80 dB. De même, un blindage n'est pas nécessaire du fait du faible taux de réjection de la sortie de l'amplificateur 21 sur sa propre entrée. En outre, une consommation maximale n'a lieu que lorsque la deuxième plage est sélectionnée c'est-à-dire celle qui permet de produire les signaux avec les plus fortes puissances. De préférence, le recouvrement est le plus faible possible : il conduit aux contraintes les moins fortes, par exemple il est inférieur ou égal à 2 % de la dynamique. Selon un exemple de réalisation de l'invention, le moyen 20 est un amplificateur 22 à gain variable. Pour cela, l'amplificateur 22 comporte une entrée 23 de réglage du gain reliée au bus 12, notamment par l'intermédiaire d'un convertisseur numérique analogique non représenté. Le signal de réglage est produit par le microprocesseur 9 commandé par un programme 24 de réglage de la puissance en fonction notamment de la valeur demandée par le réseau 5. Pour obtenir deux valeurs de gain, le moyen 21 peut comporter plusieurs sous-voies d'amplification. Dans l'exemple précédent, le moyen 21 permet d'obtenir deux gains. Ainsi, le moyen 21 comporte deux sous-voies 25 et 26. La sous-voie 25 comporte un amplificateur 27 avec un gain de 14 dB et la sous-voie 26 comporte un amplificateur 28 avec un gain de-25 dB. Les sorties des deux amplificateurs 27 et 28 sont reliés entre elles et forment la sortie du moyen 21. Le terme amplificateur signifie tout moyen permettant d'obtenir un gain souhaité. Ainsi, le gain de-25 dB peut être obtenu à l'aide d'un réseau de résistances par exemple formant ainsi un atténuateur. En outre, le moyen 20 et le moyen 21 sont disposés en cascade dans la chaîne 19. En conséquence, les sous-voies 25 et 26 sont reliées à une sortie 29 du moyen 20 par l'intermédiaire d'un moyen 30 de commutation. Dans un exemple, ce moyen 30 est constitué par deux transistors (non représentés) commandés d'une manière complémentaire. Une commande de ce moyen 30 est assurée par le microprocesseur 9 commandé par le programme 24. Par exemple, si le réseau demande une puissance de +10 dBm, alors le programme 24 détermine dans quelle plage d'amplification cette puissance se trouve et donc quelle est la sous-voie qu'il faut sélectionner mais aussi quel est le gain avec lequel l'amplificateur 22 doit être réglé. Ainsi, dans l'exemple précédent l'amplificateur 22 doit avoir un gain de 6 dB et la sous-voie 25 doit être sélectionnée. Dans une autre variante, le moyen 21 comporte un amplificateur avec plusieurs points de fonctionnement différents, c'est-à-dire plusieurs polarisations possibles et donc plusieurs sauts. Dans cette variante, le moyen 30 et l'architecture en plusieurs sous-voies deviennent inutiles. Dans tous les cas, les réalisations préconisées présentent l'avantage que le moyen 21 peut être intégrable, réalisé sur un circuit intégré général, celui du microprocesseur 9 et de la mémoire 11 par exemple, ce qui augmente notablement la fiabilité du montage. Dans une variante de réalisation du téléphone 1, l'oscillateur 15 produit un signal pour lequel la fréquence correspond à une fraction de fréquence de la porteuse par exemple la moitié. L'oscillateur 15 est alors suivi d'un multiplier 31 de fréquence par l'inverse de cette fraction, soit deux dans cet exemple. Cela a pour effet de protéger l'oscillateur contre des retours de puissance à la même fréquence, ce qui aurait pour effet de perturber le fonctionnement de l'oscillateur 15. En effet, en particulier si le circuit du moyen 21 est intégré, et si on ne veut pas le blinder, on évite les retours de puissance émanant de l'antenne sur l'oscillateur 15. En outre, le téléphone 1 comporte en sortie de la chaîne 19, et avant le moyen 8, un moyen 32 d'adaptation permettant d'éviter tout retour de signal de l'antenne 2 dans la voie 6. Ce moyen 32 peut prendre la forme d'un circulateur, par exemple, qui est un élément directif c'est-à-dire qu'il ne présente qu'un seul sens de circulation du signal. REVENDICATIONS 1-Téléphone (1) mobile comportant une voie (6) d'émission avec un modulateur (13) modulant une porteuse, à la fréquence d'émission, et produisant en sortie de ce modulateur un signal modulé transmis à une chaîne (19) d'amplification produisant un signal de puissance à émettre, d'une valeur de puissance donnée, caractérisé en ce que cette chaîne comporte un premier moyen (20) d'amplification, avec un gain évoluant selon une première plage d'amplification, en cascade avec un deuxième moyen (21) d'amplification, avec un gain évoluant selon une deuxième plage d'amplification, ces deux plages permettant de couvrir une plage totale d'amplification continue plus grande que la première plage ou la deuxième plage. 2-Téléphone selon la revendication 1 caractérisé en ce que le deuxième moyen comporte plusieurs sous-voies (25,26) d'amplification en parallèles dont une est sélectionnée par l'intermédiaire d'un moyen (30) de commutation reliant une sortie (29) du premier moyen à une entrée d'une sous-voie d'amplification. 3-Téléphone selon la revendication 1 caractérisé en ce que le deuxième moyen comporte un amplificateur avec plusieurs points de fonctionnement différents. 4-Téléphone selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il fonctionne selon la norme UMTS. 5-Téléphone selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la plage totale d'amplification est répartie sur deux plages recouvrantes. 6-Téléphone selon la revendication 5, caractérisé en ce que le recouvrement est inférieur à 2 % de la dynamique d'un signal à amplifier. 7-Téléphone selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le deuxième moyen comporte un circuit intégré dans un circuit intégré électronique général du téléphone. 8-Téléphone selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le modulateur est relié en entrée à la sortie d'un doubleur de fréquence. 9-Téléphone selon l'une des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que le gain d'un moyen évolue continûment et le gain de l'autre moyen évolue par sauts discontinus. 10. - Téléphone selon l'une des revendications 1 à 9 caractérisé en ce qu'il comporte un circulateur interposé entre la chaîne d'amplification et une antenne de ce téléphone mobile.