Brevet FR2810473A1 — publié le 20011221

Dispositif de production d'un signal radioélectrique modulé en phase et en amplitude et procédé de production d'un tel signal L'invention a pour objet un dispositif de production d'un signal radioélectrique modulé en phase et en amplitude et un procédé de production d'un tel signal. Le domaine de l'invention est celui des émetteurs de signaux radioélectriques modulés en phase et à enveloppe variable. En particulier le domaine de l'invention est donc celui de la téléphonie mobile. Cependant l'invention est applicable dans d'autres domaines o la production de tels signaux, modulés en phase et en amplitude, est mise en oeuvre. Le but de l'invention est de pouvoir réaliser un appareil produisant des signaux modulés en phase et en amplitude en minimisant l'impact de la complexité des signaux produits sur le coût de l'appareil. Le but de l'invention est donc aussi de réaliser un tel appareil en utilisant des composants et des circuits ordinaires. Dans l'état de la technique on connaît des téléphones mobiles qui produisent de tels signaux modulés en phase et en amplitude. Ces téléphones mobiles sont ceux qui fonctionnent selon les normes UMTS, EDGE, ou d'autres. Ces normes utilisent une modulation de type CDMA. Le dispositif mis en oeuvre par ces appareils comporte un étage numérique pour produire des signaux modulant, un étage analogique de modulation, et un étage de puissance, c'est à dire d'amplification avant émission. Dans l'état de la technique, l'étage numérique produit trois signaux. Des premier et deuxième signaux I et Q, sont des signaux modulant en phase. Ces signaux I et Q sont les entrées de l'étage de modulation. Ces deux signaux 1 et Q sont envoyés sur une première entrée cosinus d'un premier mélangeur et une première entrée sinus d'un deuxième mélangeur respectivement. Une deuxième entrée cosinus du deuxième mélangeur est reliée à une sortie d'un oscillateur, généralement sinusoïdal. Une deuxième entrée sinus du deuxième mélangeur et reliée à la sortie de l'oscillateur par l'intermédiaire d'un circuit déphaseur de 90 . Ce circuit déphaseur a pour fonction de produire un signal en quadrature par rapport au signal de sortie de l'oscillateur. Le premier mélangeur et le deuxième mélangeur comportent chacun une sortie reliée à une première et à une deuxième entrée d'un dispositif additionneur respectivement. En sortie de ce dispositif additionneur on obtient un signal modulé phase avec deux composantes en quadrature. Les mélangeurs, le circuit déphaseur et le dispositif additionneur forment un modulateur traditionnel. Le signal obtenu en sortie du modulateur sert d'entrée à l'étage de puissance. L'étage de modulation comporte aussi un dispositif de translation en fréquence, ou d'asservissement en phase. Ce dispositif de translation sert à translater le signal modulé dans la bande de fréquence dans laquelle il doit être émis. L'étage numérique produit un troisième signal AM, modulant en amplitude. Ce signal sert à commander le gain de l'étage de puissance. Dans l'état de la technique, pour obtenir un contrôle de gain correct, on compare la commande de puissance à la sortie de l'étage de puissance. Cette comparaison se fait via un comparateur. Entre la sortie de l'étage de puissance et le comparateur on place un détecteur. En effet la sortie de l'étage de puissance est un signal modulé alors que le comparateur a besoin d'un niveau. Le détecteur sert donc à fournir le niveau de sortie de l'étage de puissance. Ce niveau de sortie est alors comparé avec le signal modulant en amplitude ce qui fournit un signal de commande de l'étage de puissance. Une particularité de ce dispositif est que le détecteur doit être linéaire et très précis. Cela est d'autant plus difficile à obtenir que ce détecteur travaille à des fréquences élevées, de l'ordre du gigahertz. Le coût de ce détecteur est donc important. Cela est d'autant plus gênant que la majorité des téléphones actuels sont bi-bande, voire tri-bande. Cela signifie qu'il y a autant d'étages d'amplification que de fréquences auxquelles le téléphone est capable d'émettre. Cela multiplie donc le nombre de détecteurs dans le téléphone mobile et accroît considérablement son coût de fabrication. Un autre problème de l'état de la technique est que l'étage numérique doit produire trois signaux modulant. Cela accroît donc la charge des circuits logiques de type microprocesseurs liés à la production de ces signaux modulant. De plus cela complique l'interface entre l'étage numérique et l'étage de modulation. L'invention résout ces problèmes par l'utilisation d'un étage numérique ne produisant que deux signaux I et Q modulant en phase et en amplitude, ces deux signaux étant l'entrée d'un étage modulateur. Ces deux signaux sont utilisés dans un circuit modulateur travaillant à une fréquence intermédiaire. La sortie de ces circuits modulateurs est un signal modulé en phases et en amplitude comportant deux composantes en quadrature. Ce signal en quadrature sert d'entrée à un étage limiteur. Cet étage, en pratique, sert à saturer le signal en quadrature. La sortie de ce circuit limiteur sert d'entrée à un circuit d'asservissement de phase dont la sortie est l'entrée d'un étage de puissance. On prélève un signal à l'entrée du circuit limiteur et à la sortie de l'étage de puissance. Ces deux signaux prélevés servent d'entrée à un comparateur dont la sortie commande l'étage de puissance. Les deux signaux prélevés sont soumis respectivement à des détecteurs. La particularité de ces détecteurs est qu'ils peuvent être de type ordinaire, par exemple un simple détecteur d'enveloppe, même non linéaire, suffit. Il est suffisant que ces détecteurs soient de même nature. Dans la mesure o le signal en sortie de l'étage d'amplification est amplifié, on peut placer entre cette sortie et l'entrée du détecteur un circuit de contrôle automatique de niveau,-ce afin que les niveaux moyens des signaux attaquant les deux détecteurs soient identiques. Cela facilite encore la conception des détecteurs. Dans une variante de l'invention l'étage de puissance et le circuit de contrôle automatique de niveau sont aussi commandés par un signal issu de I'étage logique. Cela est utile dans le cas o le dispositif doit produire des signaux correspondant à différentes plages de puissance. Le signal issu de l'étage logique sert alors à commander la plage de puissance. L'invention a donc pour objet un dispositif de production d'un signal radioélectrique modulé en phase et en amplitude comportant en cascade un circuit de modulation connecté à un circuit d'asservissement de -la phase, connecté à un circuit amplificateur de puissance caractérisé en ce qu'il comporte entre le circuit de modulation et le circuit d'asservissement un circuit pour produire un signal d'amplitude constante respectant la modulation de phase, et en ce qu'il comporte des circuits de commande pour commander le circuit amplificateur, les circuits de commande ayant en entrée un signal prélevé en sortie du circuit de modulation, et un signal prélevé en sortie du circuit amplificateur. L'invention a aussi pour objet un procédé de production d'un signal radioélectrique modulé en phase et en amplitude caractérisé en ce que: on produit une porteuse modulée en phase et en amplitude à partir de deux signaux I et Q en quadrature, - on sature la porteuse modulée pour obtenir un signal saturé modulé en phase, - on translate le signal saturé à la fréquence d'émission pour obtenir un signal translaté, - on amplifie le signal translaté pour obtenir un signal amplifié, - on commande l'amplification par un signal de commande produit à partir de la comparaison de la porteuse modulée et du signal amplifié, le niveau dudit signal amplifié ayant été ramené à un niveau compatible avec le niveau de la porteuse modulée. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. Les figures montrent: - Figure 1: une illustration de moyens utiles pour la mise en oeuvre du dispositif selon l'invention; - Figure 2: une illustration d'un exemple de commandes de l'étage de puissance; - Figure 3: une illustration d'étape du procédé selon l'invention. La figure 1 montre un appareil 101 comportant un dispositif 102 selon l'invention. Dans l'exemple de la description on considère que l'appareil 101 est un téléphone mobile. Le dispositif 102 comporte un circuit 103 de modulation. Une sortie 104 du modulateur 103 est connectée à une entrée d'un circuit 106 limiteur. Une sortie 107 du circuit 106 limiteur est connecté à une entrée 108 d'un circuit 109 d'asservissement de phase. Une sortie 110 du circuit 109 d'asservissement de phase est connecté à une entrée 111 d'un circuit 112 amplificateur de puissance. Une sortie 113 du circuit 112 amplificateur est connecté à une antenne 114. La figure 1 montre aussi des circuits 115 de commande. Le circuit 115 comporte une première entrée 116 connectée à la sortie 104 du modulateur 103. L'entrée 116 des circuits 115 correspond à l'entrée d'un circuit 117 détecteur. Une sortie 118 du circuit 117 détecteur est connectée à une entrée 119 d'un circuit 120 comparateur. Le circuit 120 comparateur comporte une deuxième entrée 121 et une sortie 122. Le circuit 120 comparateur est, par exemple, un amplificateur différentiel. C'est-à-dire un amplificateur qui mesure une différence de niveaux existant entre des signaux présents sur ses entrées, 119 et 121, et amplifie cette différence pour produire un signal à sa sortie 122. La sortie 122 du comparateur 120 est un signal de commande de l'amplificateur 112 de puissance. Le circuit 115 comporte une deuxième entrée 123. L'entrée 123 est connectée à la sortie 113 de l'amplificateur 112 de puissance. L'entrée 123 des circuits 115 correspond à une entrée d'un circuit 124 à contrôle automatique de niveau. Dans la pratique le circuit 124 est un atténuateur à gain variable. La fonction du circuit 124 est d'assurer que le signal à la sortie 125 du circuit 124 a toujours un niveau moyen constant, et ce quel que soit le niveau du signal sur l'entrée 123. Ce niveau moyen est comparable au niveau moyen du signal présent sur l'entrée 116. C'est pour cette raison que le signal présent à l'entrée 123 sert aussi de signal de commande pour le circuit 124. La sortie 125 du circuit 124 est connectée à une entrée 126 d'un circuit 127 détecteur. Une sortie 128 du circuit 127 est connectée à l'entrée 121 du circuit 120 comparateur. La figure 1 montre que le circuit 103 modulateur comporte deux entrées 129 et 130. D'autre part le circuit 103 est aussi connecté à un oscillateur 131 local par une entrée 132. Le circuit 103 est par exemple du type de celui décrit dans le préambule de la description. On considère alors que l'entrée 129 correspond à la première entrée cosinus, et que l'entrée correspond à la première entrée sinus. L'entrée 132 est alors connectée au premier mélangeur via une deuxième entrée cosinus, et un deuxième mélangeur via une deuxième entrée sinus et un déphaseur de 90 . La sortie du dispositif additionneur correspond alors à la sortie 104. Le circuit 106 peut être, par exemple, un amplificateur fonctionnant en saturation. Le signal à l'entrée du circuit 106 est du type a(t)cos(co0(t) + (p). Le signal à la sortie du circuit 106 devient alors A cos(co(t) + q(), avec A constant. On a donc bien en sortie du circuit 106 un signal d'amplitude constante et de phase variable. Le circuit 109 d'asservissement de phase peut être par exemple un circuit à boucle à recopie de phase. A la sortie du circuit 109 on a donc un signal de la forme B cos(eTx(t) + (p). Les entrées 129 et 130 sont alimentées respectivement par des signaux I et 0 eux-même issus respectivement d'un premier convertisseur 131 numérique analogique, et d'un deuxième convertisseur 132 numérique analogique. Les convertisseurs 131 et 132 sont connectés à un bus 133. Dans la description on désigne par bus un ensemble de fils et de pistes comportant ces éléments en nombre suffisants pour véhiculer des signaux d'adresses, de données, d'horloges, d'interruptions, de commandes et d'alimentation. Ladite alimentation n'est pas représentée sur la figure 1. Le téléphone 101 comporte aussi un microprocesseur 134, une mémoire 135 de programme, un processeur 136 de traitement du signal, un convertisseur 137 analogique numérique connecté à un micro 138. Les éléments 134 à 137 sont connectés au bus 133. Le microprocesseur est commandé par des codes instructions enregistrés dans la mémoire 135. Lorsque l'utilisateur du téléphone 101 parle, les signaux analogiques de voix sont produits par le micro 138 et convertis en signaux numériques de voix par le convertisseur 137. ces signaux numériques de voix sont alors adressés au DSP 136 soit directement, soit via le microprocesseur 134. Le DSP 136, commandé par les codes instruction de mémoire 135, produit des signaux numériques qu'il transmet au convertisseur 131 et 132. Ces convertisseurs sont alors en mesure de produire les signaux 1 et Q qui seront les signaux modulant utilisés par les circuits 102. Les signaux 1 et ainsi produits sont des signaux modulant en phase et en amplitude. La figure 1 montre aussi que les circuits 112 amplificateurs de puissance et 124 à contrôle automatique de gain sont eux aussi connectés au bus 133. Cela vient d'une spécificité des normes de téléphonie mobile. En effet la puissance d'émission d'un téléphone mobile est fonction de sa visibilité par une station de base. La station de base peut demander à un téléphone mobile d'émettre dans une plage de puissance plus ou moins élevée. Dans la pratique les téléphones mobiles peuvent émettre dans une certaine gamme de puissance, cette gamme est divisée, pour la norme GSM, en vingt plages numérotées de PO à PI 9. Cette information est obtenue par le téléphone mobile au cours d'une communication avec le réseau de téléphonie mobile auquel il est connecté. La figure 2 illustre les moyens pour prendre en compte les deux informations de commande pour l'amplificateur 112 de puissance. La figure 2 montre l'amplificateur 112 recevant un signal de commande par une entrée 201 de commande. On considère ici que I'amplificateur 112 fonctionne en saturation et que l'entrée 201 correspond en fait à sa tension d'alimentation. En jouant sur la tension d'alimentation on module donc le niveau de sortie de l'amplificateur 112. Ce niveau de sortie suit alors la tension d'alimentation. L'entrée 201 de commande est connectée à la tension d'alimentation via un transistor 202. La grille du transistor 202 est connectée à un dispositif 203 additionneur. Le dispositif 203 a deux entrées. Une première entrée 204 pour un signal B issu du comparateur 120, et une deuxième entrée 205 pour un signal de commande A issu du microprocesseur 134. Ainsi on régule la tension d'alimentation de l'amplificateur 112 en fonction à la fois de la plage de puissance et de la modulation d'amplitude. Dans l'exemple de la figure 1 les détecteurs 117 et 127 sont de même nature. De plus les niveaux à leur entrée sont comparables. Les détecteurs 117 et 127 ont donc des fonctions de transfert identiques. Le détecteur 117 comporte, par exemple, en entrée une diode connectée à un condensateur lui-même connecté à une masse. La sortie de la diode constitue aussi la sortie 118 du détecteur 117. Le détecteur 117 est en fait ici un détecteur d'enveloppe. Un détecteur 127 comporte des éléments similaires. Dès lors la fonction de transfert des détecteurs 117 et 127, sortie = f(entrée) est la même. Il est alors sensé de comparer la sortie des détecteurs 117 et 127. De plus, forts de cette caractéristique, les détecteurs 117 et 127 peuvent ne pas être linéaires, ni très précis. Dans une variante de l'invention les détecteurs 117 et 127 fonctionnent à la même fréquence. C'est à dire que l'on prévoit, par exemple, un dispositif pour ramener la fréquence du signal de sortie de I'amplificateur 112, à la fréquence du signal présent à la sortie 104. Ce dispositif est, par exemple, un soustracteur ayant comme première entrée le signal de la sortie 113, et comme deuxième entrée un signal délivré par un quartz. Le signal de ce quartz est à la fréquence que l'on souhaite soustraire au signal délivré par l'amplificateur 112. On peut aussi augmenter la fréquence du signal de l'entrée 116. La figure 3 illustre des étapes du procédé selon l'invention. Le procédé selon l'invention a déjà été décrit au cours de la description du dispositif. En effet le dispositif met en ceuvre ce procédé. On se bornera donc ici de rappeler ses principales étapes. La figure 3 montre une étape 301 préliminaire de production d'une porteuse modulée en phase et en amplitude. Cette porteuse est produite à partir de signaux I et Q modulant en phase et en amplitude. De l'étape 301 on passe à une étape 302 de saturation de la porteuse modulée. Cette saturation est effectuée par le circuit 106. Le but de cette saturation est d'obtenir un signal ne comportant plus qu'une information de phase. On passe alors à une étape 303 de translation dans une fréquence radio. Dans l'étape 303 le signal modulé en phase, issu du circuit 106, est translaté à la fréquence à laquelle elle devra être émise. On passe à une étape 304 d'amplification. Dans l'étape 304 on amplifie le signal translaté à la puissance à laquelle il doit être émis. Pour ce faire on a besoin d'une commande d'amplification. Cette commande est produite à l'étape 305 qui est effectuée, de manière simultanée et permanente, en même temps que l'étape 304. Dans l'étape 305 on combine des informations de modulation d'amplitude avec des informations de plage de puissance à laquelle il faut émettre le signal. La combinaison de ces informations produit un signal de commande pour l'amplification. Les informations de modulation d'amplitude sont obtenues par la comparaison des niveaux de la porteuse modulée en phase et en amplitude et du niveau du signal translaté et amplifié. Avant de mesurer le niveau du signal translaté et amplifié on l'a ramené à un niveau moyen compatible avec celui de la porteuse modulée. De l'étape 304 on passe alors à une étape 305 d'émission qui constitue la simple diffusion par l'antenne 114 du signal amplifié. _9 REVENDICATIONS 1 - Dispositif (102) de production d'un signal radioélectrique modulé en phase et en amplitude comportant en cascade un circuit (103) de modulation connecté à un circuit (109) d'asservissement de phase, connecté à un circuit (112) amplificateur de puissance caractérisé en ce qu'il comporte entre le circuit de modulation et le circuit d'asservissement un circuit (106) pour produire un signal d'amplitude constante respectant la modulation de phase, et en ce qu'il comporte des circuits (115) de commande pour commander le circuit amplificateur, les circuits de commande ayant en entrée un signal prélevé en sortie (104) du circuit de modulation, et un signal prélevé en sortie (113) du circuit amplificateur. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit pour produire un signal d'amplitude constante comporte un amplificateur fonctionnant en saturation. 3 - Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les circuits de commande comportent un comparateur (120) dont la sortie commande les circuits de puissance, une première entrée du comparateur est connectée à la sortie des circuits de modulation via un premier détecteur (117), une deuxième entrée du comparateur est connectée à la sortie du circuit amplificateur via un deuxième détecteur (127). 4 - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le deuxième détecteur est connecté à la sortie du circuit amplificateur via un circuit (124) de contrôle automatique de niveau. - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le circuit de contrôle automatique de niveau est commandé par une logique (133, 134, 135) de commande en fonction d'un niveau de puissance auquel doit être produit le signal radioélectrique. 6 - Dispositif selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que les premier et deuxième détecteurs ont des fonctions de transfert identiques. 7 - Dispositif selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que les premier et deuxième détecteurs travaillent à la même fréquence. 8 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en qo ce que le circuit amplificateur est commandé par une logique (133-135) de commande en fonction d'un niveau de puissance auquel doit émettre le dispositif. 9 - Procédé de production d'un signal radioélectrique modulé en phase et en amplitude caractérisé en ce que: - on produit (301) une porteuse modulée en phase et en amplitude à partir de deux signaux 1 et 0 en quadrature, - on sature (302) la porteuse modulée pour obtenir un signal saturé modulé en phase, - on translate (303) le signal saturé à la fréquence d'émission pour obtenir un signal translaté, - on amplifie (304) le signal translaté pour obtenir un signal amplifié, - on commande (305) I'amplification par un signal de commande produit à partir de la comparaison de la porteuse modulée et du signal amplifié, le niveau dudit signal amplifié ayant été ramené à un niveau compatible avec le niveau de la porteuse modulée. - Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'on commande (305) I'amplification en fonction d'un niveau de puissance auquel le signal radioélectrique doit être produit.