Brevet FR2879390A1 — publié le 20060616

TERMINAL MICRO-ONDE MULTIBANDES L'invention concerne un terminal micro-onde multibandes adapté notamment pour fonctionner dans une plage de fréquence G, correspondant aux services multimédia, une plage G2 de fréquence correspondant aux services Internet et la voix, une plage de fréquence G3 correspondant à l'accès sans fil. L'ensemble des services du NET et des technologies d'informations et de communications pour tous, est devenu l'enjeu majeur des collectivités. Les opérateurs doivent assurer plus de services de qualité. Leurs offres comprennent actuellement le Multimédia, l'Internet et le téléphone réunis, offre habituellement désignée sous l'expression Triple Play . Cette offre est permise par la technologie des réseaux dans la fameuse convergence du multimédia des communications et de l'informatique. Un réseau régional ou départemental comprend généralement un réseau de transport ou dorsale, en fibre optique (étant donné les débits à fournir à quelques 100 000 foyers) et des réseaux d'accès vers les abonnés ou groupe d'abonnés. Depuis les dorsales, on doit connecter chaque abonné ou groupe d'abonnés. Pour les performances envisagées dans un habitat moyennement dense ou dispersé, l'ADSL ne peut convenir à terme, en raison des longueurs des fils qui limitent le débit instantané. Les solutions satellites présentent l'inconvénient de ne pas assurer une capacité suffisante. II apparaît donc que les solutions radio sont préférables à condition qu'elles procurent: les débits suffisants vers l'abonné, notamment pour le multimédia, et la capacité locale c'est-à-dire la bande totale pour que chacun puisse échanger ses propres contenus Internet. De tels débits ne s'obtiennent en radio qu'à des fréquences élevées, dans les bandes Ku et W correspondant à des longueurs d'onde de quelques centimètres ou quelques millimètres. La figure 1 représente l'organisation des canaux 40 GHz et 10 GHz. L'invention a pour objet un terminal micro-ondes multibandes comprenant caractérisé e'n ce qu'il comporte au moins o Un circuit de couplage avec une antenne, A1, fonctionnant dans une plage de fréquence G1 correspondant aux services multimédia, aux services Richmédia, (Image et Internet synchronisé),et o Un circuit de couplage avec une antenne, A2, adaptée à fonctionner dans une plage de fréquence G2 correspondant aux services Internet et voix, o Un circuit de couplage avec une antenne, A3, adaptée à fonctionner dans une plage G3 et permettant de fonctionner directement avec un modem WIMAX du commerce dans cette bande au travers de la fréquence BIS É Des synthétiseurs de fréquence adaptés aux conversions et les circuits de conversion amplification dans les deux sens: o La conversion basse du 40 GHz vers la fréquence BIS, o La conversion basse du 10 GHz vers le 3.5 GHz, o La conversion haute du 3.5 GHz vers le 10 GHz. L'invention concerne aussi un dispositif d'émission et de réception micro-ondes multibandes comprenant trois antennes A1, A2 et A3 et une carte 25 radio caractérisé en ce qu'il comporte au moins: o Un circuit de couplage à l'antenne, A1, fonctionnant dans une plage de fréquence G1 correspondant aux services multimédia, aux services Richmédia, (Image et Internet synchronisé), et o Un circuit de couplage à l'antenne, A2, adaptée à fonctionner dans une plage de fréquence G2 correspondant aux services Internet et voix, o Un circuit de couplage à l'antenne, A3, adaptée à fonctionner dans une plage G3 et permettant de fonctionner directement avec un modem WIMAX du commerce dans cette bande au travers de la fréquence BIS É Des synthétiseurs de fréquence adaptés aux conversions et les circuits de conversion amplification dans les deux sens: o La conversion basse du 40 GHz vers la fréquence BIS, o La conversion basse du 10 GHz vers le 3.5 GHz, o La conversion haute du 3.5 GHz vers le 10 GHz. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit, donnée à titre illustratif et nullement limitatif, annexée des figures qui représentent: É La figure 1 un schéma décrivant l'organisation des canaux 40 GHz et 10 GHZ, É La figure 2 un schéma fonctionnel du terminal selon l'invention, É La figure 3 un schéma bloc d'un terminal micro-onde multibandes TMM selon l'invention, É La figure 4, l'organisation multiplex sur la sortie du TMM sur le câble coaxial de l'abonné, É La figure 5, un exemple d'architecture du terminal micro-ondes selon l'invention, É La figure 6 le détail du composant SiGe de la figure 5. Afin de mieux faire comprendre le principe mis en oeuvre dans l'invention, l'exemple donné à titre nullement limitatif concerne un terminal microondes ou TMM utilisé par exemple dans un système d'accès multimédia sans fil à haute performance destiné au triple play. Le système délivre par exemple la télévision, TV, la télévision haute définition, HDVT, la vidéo à la demande, VoD, l'internet rapide (Fast Internet), etc. Les gammes de fréquences mises en jeu sont dans cet exemple de mise en oeuvre, la gamme G1 correspondant à la plage [40,5-43, 5 GHz], la gamme G2 ou plage de fréquence [10,7-11,7 GHz] et la gamme G3 [3,4 3,5 GHz]. La figure 2 montre les différentes fonctions possibles pour un terminal TMM selon l'invention. Le terminal micro-onde multibandes TMM, 1, assure chez l'abonné, la réception et l'émission des signaux multibande définis à la figure 4 afin de servir différents équipements tels que: la télévision, le câble numérique, etc. Ce terminal est par exemple installé sur un mât usuel de télévision au moyen d'un collet. Le TMM s'interface par exemple de la manière suivante: É avec l'éther et en provenance de la station de base d'accès au réseau le TMM s'interface par des antennes lentille ou/et patch, ou encore cassegrain multibande, É avec les équipements de la maison, le TMM s'interface avec le câble coaxial dit Bis pour une bande intermédiaire satellite. Les produits de l'abonné desservis par le TMM sont par exemple: É pluiseurs filtres UHF/BIS/3.5 GHz, 2, en liaison au moyen d'un câble 3 FI adapté pour la réception TV numérique en BIS, la réception TV hertzienne en UHFNHF, les données bidirectionnelles à 3.5 GHZ, la télé-alimentation et le contrôle du TMM, à É un répartiteur 4 ou en anglo-saxon splitter UHF/BIS/3.5 GHz, (Ultra High Frequency), É un modem 5 WimaX (Worldwide interoperability for Microwave) et un démodulateur de télévision numérique DVB avec logiciel pour assurer la bi-directionalité de l'IP (protocole Internet), É la ou les boîtes 6 utilisés pour la télévision (ou Set Top Box en anglo-saxon) et la VoD, É l'alimentation 7 AC/DC si nécessaire. Le TMM comprend plusieurs fonctions adaptées à amplifier les 30 canaux vers le câble et réciproquement. La figure 4 représente l'organisation multiplexe sur la sortie TMM sur le câble coaxial de l'abonné. La figure 3 représente les différents blocs fonctionnels d'un terminal TMM: É Une ou plusieurs antennes A1, 40 GHz, É Une ou plusieurs antennes A2, A3, 10 ou 3.5 GHz, É Des synthétiseurs de fréquence adaptés aux conversions de différentes bandes de fréquence dans les deux sens, ainsi que des circuits de conversion amplification. Les conversions sont par exemple les suivantes: o La conversion basse du 40 GHz vers la fréquence BIS, référencée 10, o La conversion basse du 10 GHz vers le 3.5 GHz, référencée 11, o La conversion haute du 3.5 GHZ vers le 10 GHz, référencée 12, É L'alimentation 13 dont l'énergie vient de la boîte utilisée pour la télévision (set top box) de l'abonné ou d'une alimentation pour les multiabonnés collectifs, par exemple dans le cas d'un immeuble Pour l'émission réception à 3.5 GHz, l'entrée-sortie est directe. Dans la description, pour des raisons de simplification, les circuits de couplage aux antennes sont schématisés par des lignes sur les figures. Les circuits de couplage sont par exemple adaptés aux antennes A1, A2, A3 pouvant être de type lentille, patch ou Cassegrain. La figure 4 représente l'organisation des bandes de fréquence du TMM vers le câble. Le multiplexage de sortie correspond au résultat des circuits de fréquence intermédiaire. A la canalisation entrante du système correspond une canalisation sortante de l'abonné sur son câble. La figure 5 est un exemple d'architecture physique du TMM. Cette radio comprend par exemple deux sous-ensembles: Les circuits de couplage aux antennes A1, A2 ou A3, lentille ou patch dans les trois bandes de fréquence G1, G2 ou G3. La carte radio qui comprend par exemple les lignes d'adaptation aux antennes (circuits passifs en lignes hyper), le CHIP SiGe, 21, exécutant les fonctions de réception et d'émission, de transposition et de synthèse de fréquence, enfin un module fréquence intermédiaire FI, 22, réalisant les fonctions de filtrage (221, 222) et d'adaptation au câble 25 selon la figure 4, la programmation (3Bwprog) 23 des bandes qui seront en opération, l'alimentation 26 DC/DC. Le module 22 est composé de circuits destinés au pilotage de fréquences et des circuits destinés à l'adaptation des signaux à la BIS. Le TMM en opération utilise, par exemple, la bande Q (G1) et l'une ou l'autre des bandes Ku ou C (G2,G3). Le choix des bandes peut être déterminée par l'autorisation locale et peut être effectuée en usine par le dispositif de programmation 23. La figure 6 représente un exemple d'architecture détaillée d'un circuit émetteur/récepteur intégrable sur silicium-germanium, SiGe, pour un abonné. L'ensemble récepteur fonctionnant dans la gamme de fréquences G1 [40.55 42.5 GHz] ; et l'émetteur-récepteur fonctionnant dans la plage de fréquence G2 [10.7 11.3 GHz] et la plage de fréquence G3 [3.4 3.5 GHz] comprend par exemple: ^ une antenne A1, par exemple, de type lentille en polyuréthane adaptée à fonctionner en réception dans la plage de fréquence G1. Elle présente comme caractéristique d'avoir de très bons lobes secondaires, ^ une antenne A2, de type imprimée patch , adaptée à fonctionner en émission réception, dans la plage de fréquence G2 et précédée d'un dispositif d'isolation (non représenté). La fonction de réception simplifiée de ce récepteur permet notamment l'intégration de l'ensemble sur un même circuit ou puce SiGe. ^ une antenne A3 adaptée à la plage G3 et permettant de fonctionner directement au travers du câble avec un modem radio Wimax intégré du commerce, par exemple, ^ une boucle de phase 34 et un oscillateur 35, ^ un récepteur adapté à fonctionner dans la plage de fréquence G, comprenant, par exemple, un amplificateur à faible bruit LNA GaAs, 31, un mélangeur 32 fonctionnant sur le deuxième harmonique d'un oscillateur simple par exemple un oscillateur DRO ou par le synthétiseur 35. La sortie du mélange est amplifiée et filtrée, 33, de o façon à sortir dans le haut de la bande BIS du câble (2.1.Ghz à 900mhz), ^ sur le même sous circuit, un récepteur en bande Ku, équivalent à la LNB satellite du commerce et un émetteur. Le récepteur est composé d'un amplificateur 36, d'un mélangeur 37 activé par l'oscillateur 35 stabilisé par la boucle de phase. La sortie du mélange est ensuite amplifiée et filtrée 38. L'émetteur est composé d'un amplificateur 39 de 100mw environ, précédé éventuellement d'un préampli (non représenté) d'un mélangeur 40 activé par l'oscillateur 35 stabilisé par boucle de phase 34. L'émetteur et le récepteur fonctionnant en TDD, le sous circuit de protection 41, 42, permet d'isoler la LNB de l'amplificateur 36. Le TMM comprend aussi les circuits suivants: ^ la fonction de protection précitée comprenant un circulateur 41 et interrupteur 42 de l'amplificateur de sortie 39 adaptés pour isoler le bruit résiduel issu de l'amplificateur sans signal de modulation, c'est-à-dire lorsque le TDD ou duplex temporel est en mode réception au niveau du TMM, l'absence de détection du signal en provenance du câble coupe l'alimentation de l'amplificateur 39 (PA20dbm) ; Les valeurs des deux fréquences d'oscillateur local issues du bloc DUAL OL 2 sont choisies en fonction du mode de multiplication des mélangeurs pour les transpositions des gammes de fréquence Gl et G2. La boucle de phase 34 (PLL3) de l'oscillateur 35 (DUAL OL 2) est accrochée sur la référence WiMax descendante et stabilisée en bruit de phase par l'oscillateur TCXO référencé 24. Le bloc de programmation 23 (3BWP prog) est adapté pour permettre le choix, en sortie d'usine par exemple, de l'une des trois bandes pour l'application locale, gamme attribuée par l'autorité de régulation. L'ensemble est logé, par exemple, dans une boite étanche au ruissellement, la face avant recevant les deux antennes et la face arrière le câble domestique d'entrée sortie vers le décodeur TV et le modem de l'abonné. Les antennes ont des diagrammes adaptés pour les bases à la couverture du terrain, et des diagrammes directifs à faibles lobes secondaires pour les abonnés. Ceci confère une immunité aux interférences en forte densité et la protection radioélectrique. La structure caractéristique d'antenne patch permet notamment de 20 couvrir des secteurs dans des angles précis. Le terminal selon l'invention présente notamment les avantages suivants. Le terminal est une radio multibande émission et réception qui permet de réaliser des réseaux très large bande sans fil ou en anglo- saxon triple play avec les performances suivantes: scénario émission réception bande Capacités Bande Q 5 db 40.5-43.5 GHz 1 Gbps Bande Ku 20 dbm 3 db 10.7-11.7 GHz 300Mbps Bande C 10 dbm 3 db 3.4-3.6 GHz 70 Mbps Chaque bande est coupée en 3 sous- bandes Le récepteur bande Q permet notamment de recevoir au moins 100 chaînes TV, de la télévision haute définition (VT HD), de la vidéo à la demande et conjointement des flux IP de l'Internet à des débits de plus de 10 Mbps par utilisateur et pour une capacité totale supérieure à 100 Mbps. L'émetteur récepteur à 10 GHz ou 3.5 GHz permet notamment de remonter les flux IP à plusieurs Mbps de débit avec une capacité totale de plus de 50 Mbps. Le choix possible entre le 10 GHz et le 3.5 GHz permet au 1 o dispositif de s'adapter à la situation locale et aux exigences de l'autorité de régulation. L'arrangement de la fréquence BIS permet d'interfacer chaque équipement de l'abonné avec chaque service émis ou reçu par le terminal micro-ondes multibandes. Les bruits de phase et stabilité des oscillateurs locaux OL sont adaptées aux formes d'ondes des standards utilisés (DVB dans la plage G1 et WIMAX dans les plages G2 ou G3) REVENDICATIONS 1- Dispositif d'émission réception, TMM, micro-ondes multibandes 5 caractérisé en ce qu'il comporte au moins: o Un circuit de couplage avec une antenne, A1, fonctionnant dans une plage de fréquence G1 correspondant aux services multimédia, aux services Richmédia, (Image et Internet synchronisé),et o Un circuit de couplage avec une antenne, A2, adaptée à fonctionner io dans une plage de fréquence G2 correspondant aux services Internet et voix, o Un circuit de couplage avec une antenne, A3, adaptée à fonctionner dans une plage G3 et permettant de fonctionner directement avec un modem WIMAX du commerce dans cette bande au travers de la fréquence BIS É Des synthétiseurs de fréquence adaptés aux conversions et les circuits de conversion amplification dans les deux sens: o La conversion basse du 40 GHz vers la fréquence BIS, o La conversion basse du 10 GHz vers le 3.5 GHz, o La conversion haute du 3.5 GHZ vers le 10 GHz 2 Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend un composant SiGe adapté à effectuer les fonctions de réception et d'émission, de transposition et de synthèse de fréquence, un module fréquence intermédiaire adapté à effectuer les fonctions de filtrage et d'adaptation à la transmission sur le câble BIS et à la programmation des bandes de fréquence définies par l'autorité de régulation 3 Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que le composant 30 SiGe comprend: un récepteur adapté à fonctionner dans la plage de fréquence G1 comprenant un amplificateur à faible bruit (31), un mélangeur (32) adapté à fonctionner sur le deuxième harmonique d'un oscillateur simple, une fonction amplificateur et filtre (33) de façon à sortir dans le haut de la bande BIS du câble (2.1.Ghz à 900Mhz), ^ un récepteur en bande Ku composé d'un amplificateur (36), d'un mélangeur (37) activé par un oscillateur (35) stabilisé par boucle de phase (34) et un émetteur composé d'un amplificateur (39) et d'un mélangeur (40) activé par l'oscillateur (35) stabilisé par la boucle de 1 o phase (34), un circut de protection comprenant un circulateur (41) et interrupteur (42) de l'amplificateur de sortie (39). 4 Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que les 15 circuits de couplage sont adaptés à une antenne Al de type lentille. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que les cricuits de couplage sont adaptés à une antenne A2 de type patch. 6 Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que les cricuits de couplage sont adaptés à une antenne A3 de type Cassegrain bibande. 7 - Dispositif d'émission et de réception micro-ondes multibandes comprenant trois antennes A1, A2 et A3 et une carte radio caractérisé en ce qu'il comporte au moins un dispositif d'émission réception TMM selon l'une des revendications 1 à 6.