Brevet FR2821228A1 — publié le 20020823

concernant notamment la taxation desdites sessions. Dispositif de réception à contrôle de gain automatique L' invention se rapporte à u n d ispositif à contrôle de gain automatique. Un tel dispositif est utilisé dans la chane de réception des communications radiofréquences, notamment de type satellite. Dans un système classique de communication par satellite, I'étage d'entrée en réception est construit autour d'un amplificateur faible bruit, par exemple de type VLNA (de l'anglais Very Low Noise Amplifier). Une structure classique de récepteur associant une antenne à un dispositif d'émission/réception est donnée ci après. Dans la voie réception, le premier étage, dit étage VLNA, amplifie le signal utile délivré par l'antenne tout en minimisant sa contribution en bruit. A la réception, un des problèmes majeurs à résoudre est le contrôle automatique de gain (ci-après CAG) qui permet d'ajuster précisément le gain de la chane de réception, de sorte que l' amplitude du signal en entrée d'un convertisseur analogique numérique (ci après CAN) soit optimale. Le nombre de bits utiles de quantification est alors minimisé, ce qui rend possible ou facilite la réalisation. Le fonctionnement critique d'un tel dispositif de contrôle de gain est accentué dans le cas o les signaux reçus présentent une large dynamique de variation de puissance instantanée: c'est le cas par exemple d'un signal CDMA (de l'anglais Code Division Multiple Access) combinant un nombre élevé de codes pour lequel le rapport de puissance crête à puissance moyenne peut être élevé. En effet, le nombre de bits de quantification minimum requis sera alors plus élevé que pour des signaux présentant un rapport de puissance crête à puissance moyenne plus faible. La limite de fonctionnement du dispositif est également accentuée dans le cas o la puissance du signal reçu au niveau de l'antenne est susceptible d'évoluer très rapidernent dans le temps, et ceci dans une large plage dynamique: c'est le cas par exemple d'un signal CDMA transmis par salves, et pour lequel le nombre de codes utilisés et la puissance affectée à chacun d'eux sont susceptibles d'évoluer d'une salve à l'autre de manière non prédictible. Pour une réception classique de signaux à train continu (typiquement la réception TV numérique par satellite géostationnaire), une technique couramment mise en oeuvre pour résoudre le problème posé consiste à insérer un amplifcateur à gain variable dans la chane de réception. Dans ce cas, un contrôle de gain peut être mis en oeuvre par 2 2821228 asservissement de la puissance de signal en entrée du CAN qui évolue très lentement dans le temps. Le contrôle automatique de gain s'opère alors après évaluation permanente de la puissance, de la distribution d'amplitude ou de la probabilité d'écrêtage en sortie du CAN. On agit alors sur un élément à gain variable (atténuateur ou amplificateur) implémenté dans la chane de réception de telle sorte que l'amplitude du signal échantillonné soit optimale. Le dispositif compense alors les variations de flux reçu au niveau de l'antenne, ainsi que la dispersion et les fluctuations de gain dans la chane de réception. La figure 1 décrit simplement le dispositif alors mis en _uvre dans la chane de réception. Dans le cas de réception de signaux dont la puissance peut évoluer très rapidement et de manière non prédictible en fonction du temps, ia technique décrite précédemment ne peut être pas mise en _uvre. Un moyen de permettre la démodulation du signal consiste alors à prendre en compte la dynamique totale de variation de puissance possible - sans aucun contrôle automatique - lors du dimensionnement du CAN. Cependant cette approche conduit à un surdimensionnement important du nombre de bits de quantification requis. En effet, la dispersion de gain dans une chane de réception à gain élevé fonctionnant dans une large gamme de température est très importante (typiquement supérieure à 30 dB pour 90dB de gain et C de variation de température). Cette dispersion peut être réduite par calibrage du récepteur en usine à fréquence fixe et à température constante mais restera néanmoins supérieure à 20dB. Cette contribution nécessite l'utilisation de plus de 3 bits de quantification supplémentaires. Ces considérations peuvent conduire à une impossibilité technologique de réalisation dans le cas ou la fréquence d'échantillonnage des CAN est élevoe. L' invention vise à minimiser le surd imension nement d u CAN dans le cadre d'une réception de signaux présentant des puissances variables dans le temps. L'invention propose une technique de contrôle de gain automatiq ue qu i ma '^trise le position nement du niveau de bruit associé au signal amplifié. L'invention est un procédé de contrôle automatique du gain dans un dispositif de réception de signal radiofréquence pour transmission par satellite, ledit dispositif comportant au moins un premier étage d'amplification à faible bruit placé à la suite d'une antenne de réception, et au moins un 3 2821228 dispositif à gain variable placé dans la chane de réception. Le procédé réalise des étapes de neutralisation du signal reçu par l'antenne, et d'ajustement du gain pendant la neutralisation du signal reçu jusqu'à obtention en fin de chame de réception d'un niveau de bruit prédéterminé. Un tel procédé de contrôle de gain peut se faire lors de la mise sous tension du dispositif et également entre la réception de salves. Préférentiellement, on cherche à réduire le coût de réalisation. A cet effet, la neutralisation du signai reçu se fait en coupant l'alimentation du premier étage d'amplification à faible bruit. Dans certaines conditions d'utilisation, il n'est pas possible d'effectuer un contrôle du gain entre les salves. A cet effet, un deuxième contrôle peut s'effectuer pendant la réception du signal en effectuant des étapes d'extraction de la puissance de bruit en fin de chane de réception, et d'ajustement du gain jusqu'à obtention d'un niveau de bruit prédéterminé. Selon un deuxième aspect, I'invention est un dispositif de réception de signal radiofréquence qui comporte les moyens nécessaires à la mise en _uvre du procédé. Selon un troisième aspect, I'invention est un dispositif d'émission/réception de signaux radio fréquence transmis par satellite qui comporte le dispositif de réception précédent. L' invention sera mieux comprise, et d'autres particu larités et avantages appara^tront à la lecture de la description qui va suivre, la description faisant référence aux dessins annexés parmi lesquels: la figure 1 représente un exemple de charne de réception d'un terminal satellite pour signaux à train continu, telle que connue de l'état de la technique, la figure 2 représente une chane de réception d'un terminal sateilite selon l'invention. La figure 2 représente un mode préféré de réalisation d'un dispositif d'émission/réception de données par satellite. La figure 2 représente un schéma fonctionnel qui détaille plus particulièrement la chame de réception. La chane d'émission n'est pas détaillée car tout type de chane d'émission peut être utilisé. 4 2821228 Une antenne 10 est connectée à un bloc faible bruit 20, plus connu sous l'appellation LNB (de l'anglais Low Noise Block). L'antenne 10 est par exemple constituée d'un dispositif de concentration d'onde, tel qu'un réflecteur ou une lentille, et d'un dispositif de conversion d'onde en signal électrique. Les ondes reçues ont généralement des fréquences par exemple supérieures à 10 GHz. Un duplexeur peut être ajouté entre l'antenne 10 et le LNB 20 si le dispositif émission-réception fonctionne en mode full duplex. Le LNB 20 comporte au moins un premier étage d'amplification à faible bruit 21, par exemple de type VLNA, d'un ou plusieurs autre amplificateurs 22 à faible bruit, des moyens 23 pour transposer le signal reçu dans une bande de fréquences intermédiaires, par exemple comprise entre 500 MHz et 2 GHz, et un ou plusieurs filtres 24. Tous ces éléments 21 à 24 sont placés selon l'une des techniques connues de l'homme du métier, par exemple comme indiqué sur la figure 2. Toutefois, le premier étage d'amplification 21 est muni de moyens qui permettent de neutraliser le signal reçu. Préférentiellement, les moyens de neutralisation sont des moyens de commutation d'alimentation relativement facile à mettre en _uvre. Lorsque le premier étage d'amplification 21 est non alimenté, le reste de la chane de réception ne transmet plus que le bruit lié aux différents éléments constituant ladite chane. La sortie du LNB 20 est relise à un tuner 30, par exemple par l'intermédiaire d'un câble coaxial si le tuner est situé dans une unité intérieure. Le tuner 30 comporte un dispositif à gain variable 31, un mélangeur 32, un oscillateur local 33, et éventuellement d'autres moyens 34 d'amplification et de filtrage, ces éléments sont par exemple connectés comme indiqué sur la figure 2. Le dispositif à gain variable 31 est préférentiellement un amplificateur mais peut également être un atténuateur. L'oscillateur local 33 peut être un oscillateur commandé qui permet de sélectionner un canal dans la bande de fréquences intermédiaire. La transposition réalisée par le mélangeur 32 et l'oscillateur 33 transpose par exemple un canal sélectionné en bande de base. La sortie du tuner 30 est connoctée à un dispositif de numérisation du signal 40 qui comporte des moyens d'échantillonnage et des moyens de conversion analogique numérique qui transforme le signal sortant du tuner 30 en signal numérique codé sur n bits. Le signal numérique est fourni à un dispositif de traitement numérique 50. 2821228 Le dispositif de traitement numérique 50 comporte un circuit de démodulation et de décodage 51 qui fournit sur une première sortie un flux de données démodulées et décodées à un dispositif utilisateur non représenté. Le circuit de démodulation et de décodage comporte en outre des moyens pour recoder et re-moduler les données afin de fournir sur une deuxième sortie un signal modulé qui correspond au signal reçu sans bruit. Un premier circuit d'estimation de puissance 52 mesure la ... pussance du sgnal numenque. Un deuxième circuit d'estimation de puissance 53 mesure la puissance du signal modulé. Un circuit de contrôle 55 fournit une commande binaire de marche/arrêt qui contrôle l'alimentation du premier étage d'amplification 21. La commande binaire de marche/arrêt peut être transmise par exemple à l'aide d'une porteuse de fréquence éloignée de la bande intermédiaire à I'aide du câble coaxial. Le circuit de contrôle 55 fournit en outre des commandes (non représentées) aux autres éléments du circuit et assure le séquencement du dispositif de traitement numérique 50. Un circuit de correction de gain 54 reçoit les mesures de puissance provenant des deux circuits d'estimation de puissance 52 et 53 ainsi que le signal binaire de marche/arrêt et fournit une consigne de gain au dispositif à gain variable. Le signal binaire de marche/arrêt indique dans quelles conditions la consigne de gain doit être élaborée. Un premier contrôle automatique du gain est effectué lorsque le signal binaire de marche/arrêt neutralise le premier étage d'amplification 21. La neutralisation peut se faire lors de la mis en route du système et également entre la réception de salves. Le premier circuit d'estimation de puissance 52 fournit la puissance de bruit de la chame de transmission complète à l'exception du premier étage d'amplification 21. Le circuit de correction de gain 54 va faire varier le gain du dispositif à gain variable 54 afin que la puissance du bruit sortant de la chane de réception soit ramenée à un premier niveau prédéterminé. Le niveau prédéterminé est choisi de sorte que: lorsque le premier étage d'amplification 21 est résctivé, le bruit ramené en entrée des moyens de conversion analogique-numérique doit être faiblement affecté par le bruit de quantification, 6 2821228 - I'écrêtage du signal utile combiné au bruit ramené par les moyens de conversion analogique-numérique doit être minimisé. Un deuxième contrôle automatique du gain est effectué dynamiquement pendant la réception de données. Lorsque le premier étage d'amplification 21 est activé, le signal numérique contient d'une part le signal reçu et d'autre part du bruit. Pour avoir une estimation de la puissance de bruit, plusieurs technique sont possibles. Une technique consiste à mesurer d'une part la puissance du signal numérique et d'autre la puissance du signal modulé qui correspond au même signal exempt de bruit. Puis à partir de ces deux puissances, le circuit de contrôle de gain 54 calcule la puissance du bruit. Le circuit de correction de gain 54 contrôle le dispositif à gain variable 31 pour que la puissance de bruit reste à un deuxième niveau prédéterminé. Le deuxième niveau de bruit prédéterminé n'est pas le même que le premier niveau de bruit prédéterminé car celui- ci prend en compte le bruit du premier étage d'amplification 21. Une technique simple pour obtenir le deuxième niveau prédéterminé consiste à effectuer le premier contrôle automatique du gain puis lorsque le premier étage 21 est résctivé et que l'on accroche un signal (en général en quelques millisecondes) on mémorise le bruit mesuré comme deuxième niveau prédéterminé, prenant ainsi en compte le bruit du premier étage 21 lors de la mise sous tension. Le deuxième contrôle automatique du gain permet de générer une commande complémentaire afin de compenser les dérives lentes du gain qui sont dues entre autres aux variations de température. A titre d'exemple sur les performances de l' invention, dans le cas d'une réception à partir d'un satellite en orbite basse, la variation de la puissance de bruit en entrée des moyens de conversion analogique- numérique, une fois le premier étage 21 réactivé peut atteindre 7 dB (cas extrêmes de contributions de bruit ramené à la sortie d'un VLNA). 5 dB sont dus à la variation de la contribution de bruit observée à la sortie de l'antenne et 2 dB à l'incertitude sur le gain du VLNA (dispersion de composant et dérive en température). Cette plage d'incertitude de 7dB dans le cas le plus défavorable constitue une nette amélioration par rapport aux 20dB précédemment considérés pour l'ensemble d'une chane de réception réalisée selon l'état de la technique. Dans ce cas, I'impact sur le 7 2821228 dimensionnement d'un convertisseur analogique-numérique est sensiblement plus faible (1 bit supplémentaire au lieu de 3 bits). De nombreuses variantes sont possibles. Le mode préféré de réalisation inclut un premier et un deuxième contrôle de gain, le premier étant " statique " et le deuxième étant " dynamique ". La combinaison des deux permet d'avoir un contrôle permanent du gain de la chane de réception. Cependant, dans certains cas d'utilisation, il n'est pas nécessaire d'avoir un contrôle permanent. A titre d'exemple, dans un système de transmission de données dédiées à un récepteur et dans lequel la transmission se fait à l'aide d'une succession de salves destinses à différents récepteurs, il est alors possible d'effectuer un premier contrôle du gain entre deux salves destinées au récepteur considéré, ce premier contrôle pouvant être effectué par exemple toutes les secondes. Dans ce cas, le deuxième contrôle nécessaire. Dans le mode préféré de réalisation, la neutralisation du premier étage 21 se fait en coupant l'alimentation. Cette solution simple et efficace peut être remplacée par d'autres dispositifs de neutralisation. Toutefois, si l'on considère que le signal traversant le premier étage 21 est à très haute fréquence, seule l'alimentation peut étre coupée à l'aide de moyens peu coûteux. On peut également ne pas neutraliser le premier étage, I'important étant de neutraliser le signal reçu de l'antenne le plus en amont possible sur la chane de réception, afin de minimiser l'incertitude sur le niveau de bruit amplifié après résctivation de la chane de réception complète. La chane de réception peut être modifice dans de grandes proportions sans sortir du cadre de l'invention. Il est possible d'utiliser tous les types de chane de réception. Le LNB 20 peut être remplacé par une unité extérieure plus ou moins complexe qui peut par exemple inclure un tuner. Le dispositif à gain variable 31 peut être déplacé sur toute la longueur de la chane de réception entre le point de neutralisation du signal reçu et la fin de la chane de réception. 8 2821228 REVENDICATIONS 1. Procédé de contrôle automatique du gain dans un dispositif de réception de signal radiofréquence pour transmission par satellite, ledit dispositif comportant au moins un premier étage d'amplification à faible bruit placé à la suite d'une antenne de réception, et au moins un dispositif à gain variable placé dans la chane de réception, caractérisé en ce que l'on effectue les étapes suivantes: - neutralisation du signal reçu par l'antenne, - ajustement du gain pendant la neutralisation du signal reçu jusqu'à obtention en fin de chane de réception d'un niveau de bruit prédéterminé. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la neutralisation du signal reçu se fait en coupant l'alimentation du premier étage d'amplification à faible bruit. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que, pendant la réception de signal, on effectue les étapes suivantes: - extraction de la puissance de bruit en fin de chane de réception, - ajustement du gain jusqu'à obtention d'un niveau de bruit prédéterminé. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'extraction de la puissance de bruit en fin de chane se fait en effectuant les étapes suivantes: - échantillonnage et numérisation du signal en fin de chane de réception, - démodulation numérique du signal numérisé, - modulation du signal démodulé, - calcul de la puissance de bruit à partir du signal modulé et du signal numérisé. 5. Dispositif de réception de signal radiofréquence pour transmission par satellite, ledit dispositif comportant au moins un premier 9 2821228 étage d'amplification à faible bruit placé à la suite d'une antenne de réception, et au moins un dispositif à gain variable placé dans la chane de réception, caractérisé en ce qu'il comporte: - des moyens pour neutraliser le signal reçu par l'antenne, - des moyens pour ajuster le dispositif à gain variable en fonction du niveau de bruit en fin de charne de réception. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce les moyens pour neutraliser le signal reçu sont des moyens de commutation qui commutent l'alimentation du premier étage d'amplification. 7. Dispositif selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce qu'il comporte en outre: - des moyens pour extraire la puissance de bruit pendant la réception du signal, - des moyens pour ajuster le dispositif à gain variable en fonction du niveau de bruit extrait. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens pour extraire la puissance de bruit pendant la réception comporte: - des moyens d'échantillonnage et des moyens de conversion du signal de fin de chane en signal numérisé, - des moyens pour effectuer la démodulation numérique du signal et obtenir un signal démodulé, - des moyens de modulation numérique pour moduler le signal démodulé et obtenir un signal modulé, - des moyens pour calculer la puissance de bruit à partir du signal modulé et du signal numérisé. 9. Dispositif d'émission/réception de signaux radio fréquence transmis par satellite, caractérisé en ce qu'il comporte le dispositif