Brevet FR2837640A1 — publié le 20030926

revendications 1 à 11. L'invention concerne les systèmes de diffusion interactifs et les systèmes de communication. Notamment, elle concerne le duplexage radiofréquence des deux voies utilisées par ces systèmes. Depuis quelques années déjà, les systèmes de diffusion actuels s'orientent vers un nouveau concept: I'interactivité. Cela est permis par l'uti lisation de de ux voies. La voie descend ante contenant le p rogramme à diffuser permet de transmettre le signal d'une station de base à 0 I'utilisateur. La voie montante constituant la voie de retour permet de transmettre le signal de l'utilisateur à la station de base. Le duplexage permet à ces deux voies: la voie descendante et la voie montante de co- exister. Un tel duplexage est utilisé depuis plusieurs années par les systèmes de diffusion analogique par câble, et plus récemment par les systèmes de diffusion numériques par câble et par satellite. Avec les systèmes de diffusion numériques herziens et notamment la télévision numérique herzienne DVB-T, I'application du concept d'interactivité à ces nouveaux systèmes de diffusion est envisagée. Pour permettre cela, le duplexage dans le domaine radiofréquence est apparu comme solution. Dans les systèmes de communications ou de diffusion radiofréquences totalement duplexés, le duplexeur RF permet de coupler les deux voies radiofréquences des deux canaux séparés: Voie montante et voie descendante sur une seule et même antenne. Les duplexeurs RF actuels imposent une distance fréquentielle minimale Dx entre la voie descendante J de largeur Bw et la voie montante K de largeur Bw, appelée duplex distance, afin d'éviter les interférences entre les deux voies notamment afin que la voie descendante ne soit pas perturbée par la voie montante K. La figure 1 illustre sur l'axe fréquentiel une disposition possible de ces deux voies J et K en tenant compte de la duplex distance Dx. Les techniques actuelles imposent ainsi une duplex distance de 40 MHz. Cela signifie que la voie montante K ne peut pas être émise dans une zone centrée sur la fréquence de voie descendante d'une largeur de 80MHz. Donc, avec les duplexeurs RF actuels, les systèmes de communications et de diffusion totaiement dupiexés utilisent une bande de fréquence très large uniquement pour une voie montante et une voie descendante. Le nombre d'opérateur se partageant la bande de fréquence pour ce type d'application s'en trouve ainsi réduit. La figure 2 montre un exemple de duplexeur RF selon les techniques actuelles utilisés par de tels systèmes de communications ou diffusion. Le duplexeur RF comporte un coupleur 3dB 2 recevant sur sa première entrée E24 le signal m de la voie montante qu'il transmet à l'antenne 1 via sa deuxième entrée E22. Le signal me émis par l'antenne 1 correspond donc au signal m de voie montante atténué de 3dB. Cette perte d'insertion de 3dB pour la voie montante K implique une diminution de la couverture pour la transmission. De plus, I'antenne 1 reçoit le signal d de voie descendante et la transmet à la deuxième entrée E22 du coupleur 3dB 2 à laquelle elle est connectée. Le coupleur 2 transmet la somme s = d3dB + m3dB des signaux de voies descendante et de voie montante atténués de 3dB sur sa sortie S2'. Un filtre passe-bande 3 est couplé à cette sortie S2' Ce filtre 3 est centré sur la fréquence du signal d de voie descendante et fournit, donc, le signal dr = d3dB correspondant au signal d de voie descendante atténuée de 3dB aux autres dispositifs du système de communication ou de diffusion dans lequel il est implémenté. Cette perte d'insertion de 3dB théorique (plus de 3dB en pratique) dans le duplexeur RF implique pour les opérateurs une perte de couverture importante. De plus, dans les applications tels que la télévision numérique herzienne DVB-T, de tels duplexeurs RF sont implémentés dans les démodulateurs/décodeurs, appelés communément "Set-Top Box," placés chez un utilisateur"grand public". Donc, outre les problèmes techniques précédents, les duplexeurs RF devront satisfaire à des critères de faible encombrement (encombrement équivalent à celui des duplexeurs utilisé so pour le câble/satellite). Enfin, le coût de réalisation de tels duplexeurs ne devra pas être supérieur à celui d'un dispositif de retour par modem (actuellement de l'ordre de 7-15 $). La présente invention permet de palier ces inconvénients par extraction du signal de voie descendante avec une atténuation de OdB théorique. Da ns une p rem ière variante, I'i nvention propose un système de duplexage radiofréquence, aussi appelé duplexeur RF, comportant: - un premier coupleur 3dB 2 comportant: À une première entrée E2' recevant le signal m de voie montante, À une deuxième entrée E22 fournissant un signal me fonction du signal m de voie montante, et recevant le signal d de voie 1 o descendante, À une première sortie S24 fournissant la somme s desdits signaux d et m des voies descendante et montante atténués de 3dB théorique, À une deuxième sortie S22 fournissant la somme sgO desdits signaux d et m des voies descendante et montante atténués de 3dB et déphasée de 90 par rapport au signal s de la première sortie S2', - une antenne 1 couplée à la deuxième entrée E22 émettant ledit signal me et recevant le signal d de voie descendante, - un dispositif d'extraction 3' de la voie descendante couplé à ces deux sorties S2' et S22 fournissant à partir de celles-ci le signal dr correspondant au signal d de la voie descendante avec une atténuation théorique de OdB; ledit dispositif d'extraction 3' comportant un premier filtre 314 couplé à la première sortie S24 du coupleur 2. Un autre objet de l'invention consiste en la réflexion de la voie montante par un dispositif couplé aux deux sorties S2' et S22 du coupleur 2 réfléchissant le signal m de la voie montante sur ces deux sorties S2' et S22 tel q ue le coup leu r 2 fournissent sur la deuxième entrse E22 led it signal me correspondant au signal m de voie montante avec une o atténuation théorique de OdB. Ledit dispositif de réflexion peut: soit être un dispositif 3" indépendant du dispositif d'extraction 3' dans sa deuxième variante, soit intégré dans ce dispositif d'extraction pour former un dispositif d'extraction/réflexion 3 dans sa troisième variante. L'invention propose un mode de réalisation du dispositif d'extraction/réflexion 3 de la troisième variante. Ledit dispositif d'extraction/réflexion 3 comporte: - un deuxième filtre 312, lesdits premiers et deuxième filtres 314 et 312 étant des filtres coupe bande centrés sur la fréquence du signal m de la voie montante, - un deuxième coupleur 3dB 32 en quadrature par rapport au premier coupleur 2 comportant: À une première et une deuxième entrée E32i et E322 couplées respectivement aux sorties des premier et deuxième filtres 31' et312, À une première sortie S32' couplée à la masse, À une deuxième sortie S322 fournissant le signal dr correspondant au signai d de la voie descendante avec une atténuation théorique de OdB. Une première amélioration la troisième variante de l'invention est le pilotage en fréquence par un signal de commande en fréquence Cf des premier et deuxième filtres 31' et 312. Une deuxième amélioration la troisième variante de l'invention consiste en un dispositif de filtrage résiduel 4 comportant: - une première et une deuxième entrée E4' et E42, la première entrée E44 est couplée à la sortie S322 du deuxième coupleur 32 et reçoit le signal dr' la deuxième entrée E42 est couplée à la première entrée E2i du premier coupleur 2 et reçoit le signal m de la voie montante, 2s - u n d ispositif de déph asage et d'asservissement 4 1 contrôlé par led it signal de commande en fréquence c et un signal de commande du gain cg, déphasant le signal m de la voie montante de la deuxième entrée E42 de 180 et l'asservissant en fonction des signaux de commande en fréquence Cf et de gain cg pour fournir un signal r, - un opérateur 42 somme ledit signal dr de voie descendante atténué théoriquement de OdB de la première entrée E4' et ledit signal r pour produire un signal x correspondant à la somme du signal d de voie descendante atténué de OdB théorique avec un résidu atténué ra du signal m correspondant au résidu r présent dans le signal dr atténué par le signal r. Un autre objet de l'invention est un système de diffusion ou de communication numérique par ondes herziennes comportant le système de duplexage radiofréquence selon l'une des variantes ci-dessus, notamment un système de diffusion de type DVB-T. Les caractéristiques et avantages de l'invention appara^'tront plus clairement à la lecture de la description, faite à titre d'exemple, et des figures s'y rapportant qui représentent: - Figure 1, une représentation schématique de l'occupation de la bande de fréq uence par les voies montantes et descend antes lors de l'utilisation d'un duplexeur RF selon l'état de l'art, - Figure 2, un exemple schématique de duplexeur RF selon I'état de l'art, - Figure 3, une représentation schématique d'une première variante du duplexeur RF selon l'invention, - Figure 4, une représentation schématique d'une deuxième variante du duplexeur RF selon l'invention, Figure 5, une représentation schématique d'une troisième variante du duplexeur RF selon l'invention, - Figure 6, un mode de réalisation de duplexeur RF basée sur la troisième variante de la figure 5, - Figure 7, u n exem ple d 'amélio ration apportée au d up lexeu r 2s RF de la figure 6. La figure 3 montre une première variante du système de duplexage radiofréquence selon l'invention. Le signal m de la voie montante est présenté à la première entrée E2' d'un premier coupleur 2, qui est un coupleur 3dB. Le signal d de la voie descendante reçu par une antenne 1 est présenté à la deuxième entrée E22 de ce premier coupleur 2. Le coup leu r 2 fou rn it respectivement su r ses p remières et deuxièmes sorties S24 et S22 les signaux s et s9o.. Ces signaux s et sgO correspondent 3s à la somme des signaux d et m de la voie descendante et de la voie montante présents sur les première et deuxième entrées E24 et E22 du coupleur 2 atténués en théorie de 3dB. Ces deux signaux s et sgO sont déphasés de 90 . Le dispositif d'extraction 3' de la voie descendante utilise le déphasage de 90 entre ces deux signaux s et sgO pour fournir par recombinaison d'au moins une partie des deux signaux s et sgO le signal dr correspondant au signal d de voie descendante avec une atténuation théorique de O dB. Notamment, le dispositif d'extraction (3') peut extraire des signaux (s) et (sgO ) les signaux (d) et (dgeo) de la voie descendante, 0 puis additionner ces signaux (d) et (dgoo) pour obtenir le signal (dr). Suivant les capacités du dispositif d'extraction 3' le signal dr peut éventuellement contenir un résidu r du signal m de la voie montante. Une deuxième variante du système de duplexage radiofréquence selon l'invention est illustrce par la figure 4. Un dispositif de réflexion 3" de la voie montante est couplée aux premières et deuxièmes sorties S2' et S22. Ce dispositif de réflexion 3" reçoit donc les signaux s et sgO . Il réfléchit les parties m' et m'gO correspondant au signal m de la voie montante contenu respectivement dans ces signaux s et sgO vers les première et deuxième sorties S24 et S22 du coupleur 2. Le coupleur 3dB 2, de part sa fonction, produit à partir des signaux m' et m'cO le signal me à émettre en les additionnant. Ce passage en réflexion permet des pertes très faible sur la voie montante, c'est pourquoi le signal me à émettre correspond au signal m de la voie montante atténué de OdB théorique. 2 Dans la troisième variante du système de duplexage radiofréquence selon l'invention de la figure 5, les dispositifs d'extraction 3' et de réflexion 3" sont formés par un seul et même dispositif d'extraction/réflexion 3. La figure 6 donne un mode de réalisation de la troisième variante du système de duplexage radiofréquence proposse par la figure 5. Le dispositif d'extraction/réflexion 3 comporte un premier et un deuxième filtre 31' et 312. Ces deux filtres 31' et 312 sont respectivement couplés aux première et deuxième sorties S24 et S22 du coupleur 2. Le filtre 31i reçoit donc le signal s et le filtre 312 le signal sgO . Les filtres 314 et 312 sont adaptées à la réflexion des parties m' et msoo correspondant au signal m de la voie montante contenues respectivement dans les signaux s et ssO ; et à la transmission des parties d' et d'soo correspondant au signal d de la voie descendante contenues respectivement dans les signaux s et sgO . Par exemple, les filtres 314 et 312 sont des flitres coupe bande centrés sur la fréquence du signal m de la voie montante. Le dispositif d'extraction/réflexion 3 comporte en outre un deuxième coupleur 32. Les filtres 31' et 312 sont alors encadrés par deux coupleurs 2 et 32 en quadrature. Respectivement, le premier filtre 314 est o couplé à la première entrée E324 du deuxième coupleur 32 et le deuxième filtre 312 à la deuxième entrée E322du deuxième coupleur 32. De part leur position en quadrature, la somme des signaux déphasée m et m90 , respectivement d et dgoo, est obtenue sur l'entrée E22, respectivement sur la sortie S322, de ces coupleurs 2, respectivement 32. 1s La première sortie S32' du deuxième coupleur 32 est couplé à la masse. Ce deuxième coupleur 32 somme les deux signaux d' et d'goo contenant un signal correspondant au signal d de la voie descendante seul ou avec un résidu du signal m de la voie montante. En utilisant des coupleurs identiques, la perte de couplage de 3dB dans chacun des coupleurs s'annule en sommant les deux signaux d' et d'go. en sortie des filtres 314 et 312. Donc, le deuxième coupleur 32 fournit sur sa deuxième sortie S322 un signal dr correspondant au signal d de la voie descendante atténué de OdB théorique seul ou avec un résidu r du signal m de la voie montante. Le résidu r du signal m de la voie montante correspond au s signal m de la voie montante atténué de telle manière que son amplitude soit négligeable par rapport à l'amplitude du signal d de la voie montante récupéré en sortie du deuxième coupleur 32 (rapport des deux amplitudes 1%). Comme le montre la figure 6, il est possible de prévoir la so commande des filtres 31' et 312 par un signal de commande en fréquence Cf. Les filtres 31' et 312 gagnent ainsi une agilité en fréquence. Cette agilité en fréquence permet de réduire la duplex distance. La figure 7 propose une amélioration du système de duplexage radiofréquence. Cette amélioration est obtenue par l'implémentation dans le système de duplexage radiofréquence d'un dispositif de filtrage résiduel 4. Le dispositif de filtrage résiduel 4 comporte une première entrée E4i recevant le signal dr et une deuxième entrée E42 coupiée à la première entrée E24 du premier coupleur 2 recevant le signal m de voie montante. Comme cela a été mentionné précédemment, le signal dr obtenu en sortie du dispositif d'extraction 3' ou d'extraction/réflexion 3 peut contenir un résidu r correspondant au signal m de la voie montante. Le dispositif de filtrage résiduel 4 est conçu pour atténuer ce résidu r et fournir un signal x comportant le signal d de voie descendante attenué de OdB théorique et le résidu atténué ra correspondant au signal m de la voie montante. La figure 7 propose un mode de réalisation de ce dispositif de filtrage résiduel 4. Le dispositif de filtrage résiduel 4 comporte un dispositif de déphasage et d'asservissement d'amplitude 41 recevant le signal m de s la voie montante. Un signal de commande en fréquence Cf et un signal de commande de gain cg contrôle ce dispositif de déphasage et d'asservissement d'ampiitude 41 pour qu'il fournisse un signal r qui correspond à une estimation du résidu r déphasé de 180 . Ainsi, I'opérateur 42 somme le signal dr de première entrée E4i et l'estimation r. Cela permet une atténuation plus forte du signal m de la voie montante contenu dans le résidu r voire l'élimination du résidu r. L'opérateur 42 produit alors un signal x comportant le signal d de voie descendante atténué de OdB théorique seul ou avec un résidu atténué ra correspondant au signal m de la voie montante. z Par exemple, ce dispositif de filtrage résiduel 4 améliore d'environ 30dB le filtrage, le résidu ra est donc plus faible de 30dB au le résidu r. Cela correspond à un gain de deux canaux en terme de duplex distance. Les signaux de commande en fréquence Cf et de gain cg utilisés par les deux filtres 31' et 312 et/ou par le dispositif de filtrage résiduel 4 peuvent, par exemple, être des signaux de contrôle sigma delta ou réalisés avec des convertisseurs analogique numérique. Ces signaux de commande CF et cg peuvent, notamment, être filtré passe-bas. Le signal de commande en fréquence Cf peut être obtenu par une capacité variable. Les différentes variantes et modes de réalisation du système de duplexage radiofréquence selon l'invention peuvent être utilisé dans tout système numérique de diffusion ou communication par ondes herziennes. Elles permettent de réduire la duplex distance d'au moins un rapport 4. Notamment, les modulateurs/démodulateurs de la télévision numérique de type DVB-T peuvent utiliser ces duplexeurs pour coupler les signaux de programme (voie descendante) avec les signaux de retour (voie montante) permettant l'interactivité des programmes, la programmation à la demande ("video on demand" ou "near video on demand" selon les termes anglo saxons communément utilisés). La transposition à la radio numérique est envisageable. De manière plus générale, un tel système de duplexage radiofréquence permet tout couplage d'antenne ou de signaux de deux voies différents avec une perte d'insertion théorique nulle pour la voie descendante, une perte d'insertion théorique nulle pour la voie montante et un duplex distance divisée au moins par 4. 1 0 2837640 REVENDICATIONS 1. Système de duplexage radiofréquence comportant: - un premier coupleur 3dB (2) comportant: À une première entrce (E2) recevant le signal (m) de voie montante, À une deuxième entrée (E22) fournissant un signal (me) fonction du signal (m) de voie montante, et recevant le signal (d) de voie descendante, À une première sortie (S24) fournissant la somme (s) desdits 0 signaux (d) et (m) des voies descendante et montante atténués de 3dB théorique, - une antenne (1) couplée à la deuxième entrée (E22) émettant ledit signal (me) et recevant le signal (d) de voie descendante, - un premier filtre (314) couplé à la première sortie (S2) du coupleur (2) , 1 caractérisé en ce que le système de duplexage comporte: - ledit premier coupleur (2) comprenant une deuxième sortie (S22) fournissant la somme (sgO ) desdits signaux (d) et (m) des voies descendante et montante atténués de 3dB et déphasée de 90 par rapport au signal (s) de la première sortie (S24), - un dispositif d'extraction (3') de la voie descendante couplé à ces deux sorties (S24) et (S22) fournissant à partir de celles-ci le signal (dr) correspondant au signal (d) de la voie descendante avec une atténuation théoriq ue de OdB; led it d ispositif d'extraction (3') comportant led it premier filtre (314). 2. Système de duplexage radiofréquence selon la revendication précédente caractérisé en ce que ledit dispositif d'extraction (3') extrait des signaux (s) et (sgO ) les signaux (d) et (dgoo) de la voie descendante, puis additionne ces signaux (d) et (dgoo) pour obtenir le signal (dr) 3. Système de duplexage radiofréquence selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de réflexion (3") de la voie montante couplé aux deux sorties (S24) et (S22) du coupleur (2) réfléchissant le signal (m) de la voie montante sur ces deux sorties (S24) et (S22) tel q ue le coupleur (2) fourn issent sur la deuxième entrée (E22) led it 1 1 2837640 signal (me) correspondant au signal (m) de voie montante avec une atténuation théorique de OdB. 4. Système de duplexage radiofréquence selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit dispositif d'extraction de la voie descendante est un dispositif d'extraction/réflexion (3) réfléchissant le signal (m) de la voie montante sur ces deux sorties (S24) et (S22) tel que le coupleur (2) fournissent sur la deuxième entrce (E22) ledit signal (me) correspondant au signal (m) de voie montante avec une atténuation théorique de OdB. 5. Système de duplexage radiofréquence selon la revendication précédente caractérisé en ce que ledit dispositif d'extraction/réflexion (3) comporte: - un deuxième filtre (312), lesdits premiers et deuxième filtres (314) et (312) étant des filtres coupe bande centrés sur la fréquence du signal m de la voie montante, - un deuxième coupleur 3dB (32) en quadrature par rapport au premier coupleur (2) comportant: À une première et une deuxième entrée (E324) et (E322) couplées respectivement aux sorties des premier et deuxième filtres (31) et (312), o À une première sortie (S324) couplée à la masse, À une deuxième sortie (S322) fournissant le signal (dr) correspondant au signal (d) de la voie descendante avec une atténuation théorique de OdB. 6. Système de duplexage radiofréquence selon l'une quelconque des z5 revendications 4 ou 5 caractérisé en ce que les premier et deuxième filtres (314) et (312) sont pilotés en fréquence par un signal de commande en fréquence (Cf). 7. Système de duplexage radiofréquence selon la revendication précédente caractérisé en ce que le signal de commande en fréquence (Cf) est obtenu par filtrage passe-bas d'un signal produit par une capacité variable. 8. Système de duplexage radiofréquence selon l'une des revendications 4 à 7 caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de filtrage résiduel (4): 1 2 2837640 - recevant le signal (dr), comportant le signal (d) de voie descendante atténué de OdB théorique et un résidu (r) du signal (m) de voie montante de la sortie (S322), du deuxième coupleur (32), - atténuant ce résidu (r) de signal (m) de la voie montante, - et fournissant un signal (x) correspondant au signal (d) de voie descendante atténué de OdB théorique et un résidu atténué (ra) du signal (m) 9. Système de duplexage radiofréquence selon la revendication précédente caractérisé en ce que ladit dispositif de filtrage résiduel (4) 1 o comporte: - une première et un deuxième entrée (E4') et (E42), la première entrée (E4') est couplée à la sortie (S322) du deuxième coupleur (32) et reçoit le signal (dr), la deuxième entrée (E42) est couplée à la première entrée (E24) du premier coupleur (2) et reçoit le signal (m) de la voie montante, - un dispositif de déphasage et d'asservissement (41) contrôlé par ledit signal de commande en fréquence (Cf) et un signal de commande du gain (cg), déphasant le signal m de la voie montante de la deuxième entrée (E42) de 180 et l'asservissant en fonction des signaux de commande en fréquence (Cf) et de gain (cg) pour fournir un signal (r), o - un opérateur (42) somme ledit signal (dr) de voie descendante atténué théoriquement de OdB de la première entrce (E4') et ledit signal (r) pour prod u ire u n signal (x) correspondant à la somme d u signal (d) de voie descendante atténué de OdB théorique avec un résidu atténué (ra) du signal (m) correspondant au résidu (r) présent dans le signal (dr) atténué par le signal (r). 10. Système de diffusion ou de communication numérique par ondes herziennes comportant le système de duplexage radiofréquence selon l'une quelconque des revendications précédentes. 11. Système de diffusion ou de communication selon la revendication