Brevet FR2826525A1 — publié le 20021227

La présente invention concerne un système d'amplification d'un signal hertzien et un décodeur de signaux de télévision comportant un tel système. La transmission de signaux par voie hertzienne présente certaines contraintes technologiques. La détérioration d'un tel signal à la réception, l'atténuation due à la distance séparant le récepteur de l'émetteur et les opérations de filtrage, aboutissent à l'obtention d'un signal exploitable de faible amplitude. De fait, les chaînes de traitement comportent toujours des éléments d'amplification dont le calibrage est fondamental pour l'exploitation du signal. Notamment, lorsque le signal transmis correspond à un codage numérique, tel que, par exemple, le codage OFDM (multiplexage orthogonal par division en fréquence), il est modulé en fréquence et en amplitude. De ce fait, le si- gnal présente plusieurs niveaux d'amplitude représentatifs des informations numériques transmises qu'il convient de différencier à la réception afin de reconstituer le signal. Après un premier traitement du signal sous sa forme analogique, comportant notamment des étapes de filtrage et d'amplification, le signal est converti en un signal numérique. Afin que la conversion soit la plus précise possible, il convient d'amplifier le signal de telle sorte qu'il occupe toute la plage d'entrée des moyens de conversion. De manière classique, l'amplification est réalisée par plusieurs amplificateurs répartis tout au long de la chaîne de traitement. Par exemple, un premier amplificateur fonctionne à la fréquence porteuse du signal, et un autre, à la fréquence intermédiaire à laquelle est échantillonné le signal d'entrée du démodulateur. De manière classique, le contrôle du gain de ces amplificateurs est réalisé à l'aide d'une boucle de détection de la puissance du signal d'entrée qui permet d'ajuster l'amplification. Cependant, ce contrôle unique ne permet pas de contrôler le gain de plusieurs amplificateurs indépendants. On peut toutefois améliorer ce système en rajoutant des composants analogiques permettant de répartir le gain total entre les différents amplificateurs. Ceci n'offre toutefois pas un contrôle parfait, car les différents amplificateurs sont forcément tous en opération et la répartition du gain reste la même dans toute la plage d'amplification de signal. De plus, les systèmes classiques entraînent facilement la saturation de l'un ou l'autre des amplificateurs de la chaîne, ce qui se traduit par une distorsion du signal. La présente invention vise à remédier à ces problèmes en fournissant un système d'amplification équipé de moyens de commande permettant de contrôler individuellement chacun des amplificateurs du système selon un signal de contrôle qui lui est propre. L'invention a pour objet un système d'amplification d'un signal hertzien comportant des moyens d'amplification constitués d'une pluralité d'amplificateurs distincts répartis dans une chaîne de traitement analogique, et des moyens de conversion de signaux analogiques en signaux numériques reliés en entrée, à la sortie de ladite chaîne de traitement analogique et en sortie, au moins, à des moyens de commande du gain desdits moyens d'amplification en fonction d'une valeur représentative d'une caractéristique dudit signal hertzien afin d'optimiser l'échantillonnage dudit signal hertzien par ledit convertisseur, lesdits moyens de commande comportant des moyens d'établissement d'un signal moyen de contrôle de gain, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande comportent en outre, pour chacun desdits amplificateurs, des moyens de calcul d'un signal individuel de contrôle de gain selon une fonction de transfert propre à chaque amplificateur appliquée audit signal moyen de contrôle de gain. Suivant d'autres caractéristiques de l'invention : - les moyens d'établissement dudit signal moyen de contrôle de gain comportent des moyens d'estimation de la puissance du signal hertzien reçu et des moyens de détermination d'un signal moyen de contrôle de gain dépendant de la puissance dudit signal hertzien ; - lesdits moyens de calcul comportent pour chaque amplificateur, une table définissant la fonction de transfert entre le signal moyen de contrôle de gain et le signal individuel de contrôle de gain correspondant audit amplificateur ; - lesdites fonctions de transfert définissent pour chaque amplificateur, une succession de gains linéaires entre le signal moyen de contrôle de gain et les signaux individuels de contrôle de gain ; - lesdites fonctions de transfert sont déterminées successivement pour que chacun des amplificateurs fonctionne en régime linéaire lorsque les autres sont bloqués à leur gain linéaire minimal, afin que le gain global des moyens d'amplification soit un gain linéaire ; - au moins l'un desdits amplificateurs formant lesdits moyens d'amplification est à commande analogique, la sortie correspondante desdits moyens de contrôle étant alors reliée à l'entrée de commande de cet amplificateur au travers de moyens de conversion numérique-analogique ; et - au moins l'un desdits amplificateurs formant lesdits moyens d'amplification est à commande numérique, la sortie correspondante desdits moyens de contrôle étant alors directement reliée à l'entrée de commande de cet amplificateur. L'invention a également pour objet un décodeur de signaux de télévision utilisant un tel système d'amplification. Suivant d'autres caractéristiques de l'invention : - le décodeur est adapté pour décoder les signaux codés selon le protocole de multiplexage orthogonal par division en fréquence, OFDM. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels : - la Fig. 1 représente un schéma synoptique d'un système d'amplification selon l'invention ; - les Figs. 2 et 3 représentent schématiquement le détail des moyens de commande des amplificateurs d'un système d'amplification selon l'invention ; - ! a Fig. 4 représente un exemple de table définissant la fonction de transfert du signal de contrôle d'un amplificateur dans un système selon l'invention ; et - la Fig. 5 est une représentation graphique des fonctions de transfert de chacun des signaux de contrôle des amplificateurs d'un système selon l'invention. Sur la figure 1, on a représenté schématiquement, un système de traitement d'un signal hertzien équipé d'un système d'amplification selon l'invention. Un signal hertzien 1 est reçu par une antenne 2. Par exemple, le signal 1 est un signal de télévision transmis selon le protocole OFDM, (multiplexage orthogonal par division de fréquence). Le signal 1 est introduit dans une chaîne de traitement analogique 4. De manière classique, cette chaîne de traitement 4 regroupe plusieurs fonctions et comporte une pluralité d'amplificateurs 61 à 6n, lesquels amplifiateurs constituent de façon classique des moyens d'amplification 6. Les amplificateurs 61 à 6n peuvent être inclus dans des éléments fonctionnels de la chaîne de traitement 4 ou encore être interposés entre ces éléments. Par exemple, l'amplificateur 61 est inclus dans un système de tuner et est séparé de l'amplificateur 62 par des moyens de filtrage 8. En outre, la chaîne de traitement 4 comprend, par exemple, des moyens classiques de transposition de fréquence 10. Il apparaît donc, que dans la configuration décrite, les amplificateurs 61 et 62 fonctionnent à la fréquence porteuse du signal hertzien 1 et l'amplificateur 6n fonctionne à une fréquence intermédiaire utilisée pour une opération d'échantillonnage. La sortie de la chaîne de traitement 4 est reliée à des moyens de conversion analogique-numérique 12 qui effectue l'échantillonnage du signal. Par exemple, ces moyens de conversion 12 sont formés par un convertisseur intégré dans un composant électronique. Le signal numérique obtenu en sortie du convertisseur analogiquenumérique 12 est transmis à un démodulateur 14 chargé de son interprétation. Par exemple, le démodulateur 14 est un démodulateur de signaux de télévision codés selon le protocole OFDM. Des moyens de commande 16 sont également reliés à la sortie du convertisseur 12 afin de pouvoir contrôler les moyens d'amplification 6 en fonction du signal hertzien 1 traité et numérisé. Les moyens de commande 16 comportent, en entrée, des moyens d'établissement d'un signal moyen de contrôle de gain. Ce signal permet de déterminer le gain global des moyens d'amplification 6 afin d'exploiter au mieux la plage d'entrée et la précision du convertisseur 12. Un exemple de détail de fonctionnement de ces moyens d'établissement 18 est décrit plus loin en référence à la figure 2. Dans le cadre de l'invention, le signal de contrôle moyen est transmis à des moyens de calcul 201 à 20n qui permettent de former, à partir du signal moyen de contrôle de gain, plusieurs signaux de contrôle individuels à destination de chacun des amplificateurs 61 à 6n. Ces moyens de calcul 201 à 20n sont regroupés sous la référence numérique générale 20. Pour chaque amplificateur 61 à 6n, on définit une fonction de transfert H1 à Hn entre le signal moyen de contrôle de gain et les signaux individuels de contrôle de gain. L'obtention et la mise en oeuvre d'une de ces fonctions de transfert est décrite plus en détail en référence à la figure 3. On obtient ainsi des signaux de contrôle numériques spécifiques à chacun des amplificateurs 61 à 6n. Ces signaux sont alors reconvertis en signaux analogiques par des moyens de conversion numérique-analogique 221 à 22n tels que des convertisseurs intégrés et transmis à chacun des amplificateurs 61 à 6n. Par exemple, les signaux individuels de contrôle de gain sont des tensions continues variant entre 0 et 5 V, qui commandent le gain des amplificateurs 61 à 6n. Dans une autre configuration, les amplificateurs 61 à 6n sont adaptés pour être commandés directement par des signaux numériques supprimant ainsi le besoin de conversion des signaux de contrôle individuels numériques en signaux de contrôle individuels analogiques. Le système décrit permet donc de contrôler individuellement chacun des amplificateurs 61 à 6n. Par exemple, si l'on souhaite éviter la saturation des différents amplificateurs, on utilise des amplificateurs 61 à 6n dont la plage de niveau d'entrée du signal et de plus en plus élevée. Ainsi, on contrôle les moyens d'amplification 6, de sorte que l'on utilise un premier amplificateur pour les signaux très faibles, puis successivement les autres au fur et à mesure que les amplificateurs précédents atteignent la limite de leur zone de saturation et sont limités à ce gain. Sur la figure 2, on a décrit le détail des moyens d'établissement du signai moyen de contrôle de gain 18. Les moyens d'établissement 16 reçoivent en entrée le signal numérique provenant du convertisseur 12. Ce signal est élevé au carré afin d'estimer sa puissance par les moyens estimateurs de puissance 26. Cette valeur est ensuite introduite dans le comparateur 28 qui lui soustrait une valeur fixe a représentant la puissance moyenne théorique. Cette valeur a est fixée en fonction des paramètres de la modulation utilisée et du convertisseur 12, elle correspond à la puissance moyenne optimale pour l'opération d'échantillonnage. On effectue ensuite un filtrage grâce à une boucle numérique d'accumulation classique constituée du multiplieur 30 appliquant un coefficient ss de façon classique, de l'additionneur 32 et du registre 34, afin de déterminer un signal d'écart moyen entre la puissance du signal hertzien reçu 1 et une puissance moyenne théorique. Ce signal sert de signal de moyen de contrôle de gain et est transmis aux moyens de calcul 20. Sur la figure 3, on a représenté les éléments constituant les moyens de calcul 20 qui permettent de déterminer la fonction de transfert de l'amplificateur 6i. Ces éléments reçoivent en entrée le signal moyen de contrôle de gain défini par les moyens d'établissement 18. Ce signal est injecté dans un comparateur 361, ainsi que dans des moyens de détermination 38j du signal de contrôle individuel de l'amplificateur 6j. Le comparateur 36j compare le signal moyen de contrôle de gain à une table de fonctionnement 40, spécifique à l'amplificateur 6j. Un exemple de table de fonctionnement est donné en référence à la figure 4. Cette table 40i permet de déterminer la fonction de transfert définissant le signal individuel de contrôle du gain de l'amplificateur 6j en fonction de la valeur du signal moyen de contrôle de gain. On a arbitrairement normalisé la valeur du signal moyen de contrôle de gain entre 0 et 1 et divisé cette plage en cinq intervalles égaux, sur lesquels sont appliqués les coefficients 0,1, 3,1 et 0 respectivement. Ainsi, si le signal moyen de contrôle de gain a une valeur normalisée de 0,5, le comparateur 36, à l'aide de la table 40j détermine la fonction de transfert à appliquer et transmet cette valeur aux moyens de détermination 38,. Ces derniers appliquent alors, dans cet exemple, une fonction affine de coefficient directeur 3 au signal moyen de contrôle de gain afin d'obtenir le signal individuel de contrôle de gain de l'amplificateur 6,. On obtient ainsi, à partir du signal moyen de contrôle de gain et de la table de fonctionnement 40, spécifique à l'amplificateur 6,, un signal individuel de contrôle de gain destiné à l'amplificateur 6j. Ce signal est ensuite transmis au convertisseur numérique-analogique 22, puis à l'amplificateur 6,. Bien entendu, un ensemble d'éléments similaires est disposé sur chaque circuit de contrôle des amplificateurs 61 à 6n. Les moyens de calcul 20 comportent donc des comparateurs 361 à 36n, des moyens de détermination 381 à 38n et des tables de fonctionnement 401 à 40n. Cependant, on peut envisager de contrôler plusieurs amplificateurs de manière identique en utilisant un même groupe d'éléments de contrôle. Sur la figure 5, on a représenté graphiquement la courbe H, représentative de la fonction de transfert découlant de la table 40, décrite en référence à la figure 4. A titre d'exemple, on a également représenté les courbes H1 et Hn correspondant aux fonctions de transfert définissant les signaux individuels de contrôle de gain des amplificateurs 61 et 6n, en fonction du signal moyen de contrôle de gain. Les tables de fonctionnement 401 à 40n sont définies initialement en fonction du gain global à obtenir pour les moyens d'amplification 6. En effet, le gain global des moyens d'amplification 6 est égal à la somme des gains de chacun des amplificateurs 61 à 6n. Ces gains sont des fonctions des signaux individuels de contrôle de gain eux-mêmes résultant de l'application des fonctions de transfert H1 à Hn au signal moyen de contrôle de gain. Par exemple, pour déterminer les fonctions de transfert H1 à Hn dans le cas où l'on souhaite obtenir un gain global linéaire, on configure tous les ampli- ficateurs 61 à 6n au minimum de gain de leur zone linéaire, sauf un, puis on détermine la plage de signal d'entrée 1, et donc de signal moyen de contrôle de gain permettant à cet amplificateur de fonctionner linéairement. En dehors de cette zone, le signal individuel de contrôle de gain est tel que le gain de cet amplificateur est constant. On renouvelle ces opérations successivement pour tous les amplificateurs afin d'obtenir l'ensemble des fonctions de transfert Hi à Hn. On a ainsi défini successivement les fonctions de transfert Hi à Hn pour que chacun des amplificateurs 61 à 6n fonctionne en régime linéaire lorsque les autres sont bloqués à leur gain linéaire minimal, afin que le gain global des moyens d'amplification 6 soit un gain linéaire. Il apparaît donc que la présente invention permet de maximiser la plage de contrôle d'amplification pour un ensemble d'amplificateurs donné. En particulier, il est possible d'amplifier des signaux de très faible amplitude sans distorsion. En effet, la présente invention permet de ne pas atteindre les zones de saturation des différents amplificateurs de la chaîne, tout en conservant le contrôle du gain global des moyens d'amplification. Notamment, on peut ainsi arriver à définir un gain global linéaire tout en évitant les saturations du signal au niveau du convertisseur. De tels moyens de commande 16 sont, de manière classique, facilement implantables, de façon numérique, dans un circuit intégré. Bien qu'un mode de réalisation ait été décrit, il n'est pas considéré comme limitatif de la portée de la présente invention. En effet, l'invention peut aussi permettre de définir un gain global qui ne soit pas linéaire pour, par exemple, corriger un défaut à l'émission. De la même manière, un tel système peut être configuré de manière à compenser les défauts de certains amplificateurs. De plus, l'exemple choisi mettait en oeuvre un signal de télévision codé selon le protocole OFDM, bien entendu, la présente invention est applicable à d'autres types de signaux hertziens que ceux précités. De même, dans le cadre de l'utilisation de la présente invention dans un démodulateur OFDM, on peut envisager l'utilisation de l'estimateur de canal dans les moyens de commande afin de déterminer la puissance du signal hertzien reçu. On peut aussi envisager l'utilisation de moyens d'adaptation des coefficients a et p en fonction du type de modulation mis en oeuvre et du type de convertisseur utilisé. REVENDICATIONS 1. Système d'amplification d'un signal hertzien (1) comportant des moyens d'amplification (6) constitués d'une pluralité d'amplificateurs distincts (61 à 6n) répartis dans une chaîne de traitement analogique (4), et des moyens de conversion (12) de signaux analogiques en signaux numériques reliés en entrée, à la sortie de ladite chaîne de traitement analogique (4) et en sortie, au moins, à des moyens de commande (16) du gain desdits moyens d'amplification (6) en fonction d'une valeur représentative d'une caractéristique dudit signal hertzien (1) afin d'optimiser l'échantillonnage dudit signal hertzien (1) par ledit convertisseur (12), lesdits moyens de commande (16) comportant des moyens d'établissement d'un signal moyen de contrôle de gain (18), caractérisé en ce que lesdits moyens de commande (16) comportent en outre, pour chacun desdits amplificateurs (61 à 6n), des moyens de calcul d'un signal individuel de contrôle de gain (201 à 20n) selon une fonction de transfert (H1 à Hn) propre à chaque amplificateur appliquée audit signal moyen de contrôle de gain. 2. Système d'amplification selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'établissement dudit signal moyen de contrôle de gain (18) comportent des moyens d'estimation (26) de la puissance du signal hertzien reçu (1) et des moyens de détermination d'un signal moyen de contrôle de gain dépendant de la puissance dudit signal hertzien (1). 3. Système d'amplification selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de calcul (201 à 20n) comportent pour chaque amplificateur (61 à 6n), une table (401 à 40n) définissant la fonction de transfert (H1 à Hn) entre le signal moyen de contrôle de gain et le signal individuel de contrôle de gain correspondant audit amplificateur. 4. Système d'amplification selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdites fonctions de transfert (H1 à Hn) définissent pour chaque amplificateur (61 à 6n), une succession de gains linéaires entre le signal moyen de contrôle de gain et les signaux individuels de contrôle de gain. 5. Système d'amplification selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce lesdites fonctions de transfert (H1 à Hn) sont déterminées successivement pour que chacun des amplificateurs (61 à 6n) fonctionne en régime linéaire lorsque les autres sont bloqués à leur gain linéaire minimal, afin que le gain global des moyens d'amplification (6) soit un gain linéaire. 6. Système d'amplification selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'au moins l'un desdits amplificateurs (61 à 6n) formant lesdits moyens d'amplification (6) est à commande analogique, la sortie correspondante desdits moyens de contrôle (16) étant alors reliée à l'entrée de commande de cet amplificateur au travers de moyens de conversion numériqueanalogique (221 à 22n). 7. Système d'amplification selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'au moins l'un desdits amplificateurs (61 à 6n) formant lesdits moyens d'amplification (6) est à commande numérique, la sortie correspondante desdits moyens de contrôle (16) étant alors directement reliée à l'entrée de commande de cet amplificateur. 8. Décodeur de signaux de télévision, caractérisé en ce qu'il comporte un système d'amplification selon l'une quelconque des revendications 1 à 7. 9. Décodeur selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il est adapté pour décoder les signaux codés selon le protocole de multiplexage orthogonal par division en fréquence, OFDM.