Brevet FR2888689A1 — publié le 20070119

Procédé de ré-émission isofréquence d'un signal numérique à suppression d'écho et dispositif de ré-émission correspondant. 1. Domaine de l'invention Le domaine de l'invention est celui de la diffusion d'informations numériques, telle que la radiodiffusion ou la télédiffusion terrestres. Plus précisément, l'invention concerne une technique numérique de ré-émission de signaux en isofréquence. 2. Solutions de l'art antérieur Dans le domaine de la radio et télédiffusion terrestre, afin d'assurer une continuité de la couverture de transmission sur une zone, la géomorphologie du terrain oblige les opérateurs de transmission à déployer des relais de retransmission. Ces relais sont appelés des répéteurs ou des "gap-fillers". Leur fonction principale est de recevoir le signal provenant d'un émetteur principal sur une antenne de réception, et de réémettre ce signal avec un certain gain de puissance vers la zone à couvrir depuis une antenne d'émission. Bon nombre de répéteurs fonctionnent en recevant sur un canal de fréquence et en réémettant dans un canal différent pour éviter des problèmes d'accrochage ou de perturbation sur l'antenne de réception par l'antenne d'émission et également éviter les zones d'interférences au niveau propagation. Mais dans certain cas, il est nécessaire de retransmettre à la même fréquence (on parle alors de retransmetteur ISOFREQUENCE). Dans ce cas, la puissance résiduelle de l'antenne d'émission qui revient sur l'antenne de réception peut nuire à la réception du signal incident à retransmettre. La terminologie nomme traditionnellement Echo ce signal reçu à l'antenne de réception provenant de l'antenne d'émission, car dans le domaine de l'analyse temporel, il s'agit du même signal incident retardé du temps de retransmission Td. Ce signal retardé sera alors amplifié à nouveau, et selon le niveau de couplage obtenu lors de l'installation de l'antenne de réception et de l'antenne d'émission, le système peut rentrer en accrochage, c'est-à-dire en oscillation généralement. Il passe alors en protection en cessant d'émettre. Dans un autre domaine qu'est l'électroacoustique où un système équivalent est constitué d'un micro d'un amplificateur et d'un haut-parleur, ce phénomène s'illustre par ce qui se nomme effet Larsen . Pour lutter contre ce phénomène, il existe déjà des systèmes aujourd'hui, usités pour les répéteurs des diffusions analogiques nommé système antiEcho . Un tel système est notamment décrit dans le document de brevet EP 1 261 148 B1, qui est incorporé ici par référence. 3. Inconvénients de l'art antérieur et objectifs de l'invention En propagation, tous signaux de radio et télédiffusion subissent des réflexions contre les immeubles, le sol et autres obstacles. Ces réflexions nuisent à la qualité de réception, provoquent des atténuations sélectives, encore appelées "fading", et des échos appelés échos dus au canal de propagation . Les nouveaux standards numériques de radio télédiffusion et notamment DVBT, DVB-H possèdent des algorithmes de réception permettant de tenir compte de ces échos de propagations. Pour les mêmes besoin d'extension de couverture et de géomorphologie que pour les systèmes analogiques, il est nécessaire de déployer des répéteurs sur un territoire à couvrir. En héritage des technologies analogiques, il est possible d'utiliser sous certaines conditions, des répéteurs à changement de fréquence, voire les systèmes de répéteurs isofréquences avec anti-écho ou plus classiquement des "gap-fillers". Cependant, de tels systèmes ne tirent pas profit des avancées technologiques des modulations numériques et ainsi propagent des erreurs de transmission et injectent également leurs propres défauts (bruit de phase des oscillateurs locaux, distorsions de non linéarité, distorsions de linéarité, etc...) Les nouvelles technologies s'appuyant sur la puissance des algorithmes de réception des standards de modulation numérique tel que DVB-T, DVB-H permettent une nouvelle génération de produit Répéteur basé sur la démodulation en numérique du signal reçu et une modulation pour réémettre dans un autre canal. Ce type de produit est parfois dénommé retransmetteur. Cependant, ce retransmetteur fonctionnant en mode isofréquence pose des problèmes d'accrochage qui limitent le gain et donc la puissance d'émission de tels équipements. Le procédé de l'invention constitue une approche nouvelle, pour garantir de meilleures conditions de performances de retransmission des signaux de télé ou radio diffusion, et accroître la zone de couverture dans le cas précisément du répéteur ou retransmetteur Isofréquence, qui va apporter tous les avantages d'un répéteur numérique à changement de fréquence aux répéteurs Isofréquence par adjonction du procédé de l'invention (appelé procédé "RAZE"). Plus précisément, un premier inconvénient du "gap-filler" traditionnel est de propager les évanouissements (encore appelés "fading") dus au premier canal de transmission. Un objectif de la technique de réémission de l'invention est au contraire de supprimer totalement les évanouissements dus au premier canal de transmission, depuis l'émetteur principal jusqu'à l'antenne de réception du réémetteur. Un autre inconvénient du "gap-filler" de l'art antérieur est de propager les dégradations du signal dans la bande (BER>0 et MER Le "gap-filler" de l'art antérieur a encore pour inconvénient de cumuler le bruit de phase de l'émetteur principal avec son propre bruit de phase. A l'inverse, la technique de réémission de l'invention a pour objectif de conserver le gabarit de bruit de phase DVB-T. En outre, alors que le "gap-filler" de l'art antérieur se contente d'atténuer les échos de l'antenne d'émission, la technique de réémission de l'invention a pour objectif de ne transmettre aucun écho de l'antenne d'émission, c'est-à-dire de les supprimer intégralement sans dégrader le MER et le C/N du signal. On notera encore que le "gap-filler" de l'art antérieur propage les échos du canal de transmission, alors qu'un autre objectif de l'invention est de fournir une technique de réémission qui permette de nettoyer intégralement les échos du canal de transmission, en régénérant totalement le signal d'origine. Enfin, un dernier objectif de l'invention est de proposer de tels dispositifs de réémission qui puissent être mis en cascade à l'infini, ce qui n'est pas possible avec les "gap-fillers" de l'art antérieur dont les imperfections empêchent toutes les mises en cascade. 5. Exposé de l'invention Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints à l'aide d'un procédé de réémission isofréquence d'au moins un signal numérique comprenant une étape de réception dudit signal sur une antenne de réception et une étape de réémission dudit signal reçu sur une antenne d'émission, un phénomène de couplage prenant naissance entre lesdites antennes d'émission et de réception. Selon l'invention, un tel procédé de ré-émission isofréquence comprend également les étapes suivantes: extraction d'au moins un écho de couplage dudit signal reçu; - traitement dudit écho de couplage, de façon à générer au moins un signal de correction; - soustraction dudit signal de correction audit signal reçu, délivrant un signal amélioré ; regénération dudit signal amélioré par démodulation/remodulation, de façon à ré-émettre sur ladite antenne d'émission ledit signal amélioré regénéré. Ainsi, l'invention repose sur une approche tout à fait nouvelle et inventive de la ré-émission isofréquence d'un signal dans le domaine de la radio ou télédiffusion terrestre. En effet, l'invention propose une nouvelle technique, destinée à être implantée dans les répéteurs de signaux numériques, qui combine les avantages des répéteurs numériques à changement de fréquence et des répéteurs analogiques isofréquences de l'art antérieur. Plus précisément, la technique de l'invention propose d'éliminer le signal de couplage néfaste, en soustrayant au signal reçu un signal de correction, obtenu à partir de ce signal de couplage. L'invention repose ainsi sur une annulation par anticipation d'un écho de couplage qui va être généré lors de la ré-émission du signal, et consiste en une regénération numérique complète du signal, après traitement. Elle permet ainsi d'annuler, non seulement les échos de couplage apparaissant entre l'antenne d'émission et l'antenne de réception, mais aussi les échos dus au canal de propagation situé en amont de l'antenne de réception ainsi que les autres imperfections telles que le bruit de phase et le "fading". 6. Liste des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel, donné à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés, parmi lesquels: - la figure 1 présente un synoptique d'un réémetteur de l'invention; les figures 2A et 2B illustrent un réémetteur de l'invention dans lequel une variante a été apportée sur la voie de retour par rapport au réémetteur de la figure 1; la figure 3 décrit une autre variante de réalisation du synoptique de la figure 1 qui en diffère par le mode de correction du signal réémis; - les figures 4A et 4B décrivent d'autres variantes de réalisation d'un réémetteur dans lesquelles l'extraction d'écho est réalisée différemment. 7. Description d'un mode de réalisation de l'invention Le principe général de l'invention s'applique à tout système de réémission sur la même fréquence d'un signal basé sur une modulation numérique connu à ce jour (ATSC, ISDBT, DAB, T-DMB, DVB-T DVB- H). Ce qu'on entend par réémission, c'est démodulation et remodulation. Une caractéristique essentielle à la modulation est la décorrélation entre le signal modulé et le même signal décalé du temps de transfert T. Comme illustré par la figure 1, le signal reçu comprend le signal source que l'on veut démoduler-remoduler et le signal de couplage qui doit être de puissance inférieure au signal source. Le principe est d'éliminer le signal de couplage par soustraction avec un signal de correction. Ce signal de correction correspond au signal réémis déformé selon les caractéristiques du couplage d'antennes. Ces déformations peuvent être le gain, le délai, la phase et le temps de groupe. La recherche de ces déformations, en d'autres termes l'extraction de l'écho de couplage, est basé sur des algorithmes numériques tel que la corrélation ou la réduction de l'erreur du type LMS. Différentes variantes de réalisation de l'invention peuvent être envisagées. 7.1 Variantes sur la voie de retour Une première variante (figures 2A et 2B) peut être sur la voie de retour qui peut être prise à la sortie de l'amplificateur RF,. De ce fait, le signal à soustraire est plus proche du signal de couplage car il tient compte de la chaîne RF et des caractéristiques de l'amplificateur. C'est cependant une solution plus coûteuse car elle nécessite un passage RF/IF et Conversion Analogique Numérique CAN supplémentaire et de bonne qualité. 7.2 Variante sur la correction: La correction du signal réémis pour être soustraite au signal reçu peut être réalisé directement en RF (figure 3). On est plus proche de la réalité par rapport une déformation numérique en bande de base. Cependant, les composants RF ne sont pas encore disponibles pour arriver aux performances voulues. 7.3 Variantes sur l'extraction de l'écho: Les algorithmes adaptatifs pour rechercher le couplage ont besoin habituellement de comparer deux signaux: celui reçu, qui comprend le signal source et le signal de couplage, ainsi que le signal déformé. Cependant, il est possible d'implémenter d'autres variantes (figures 4A et 4B) sur ces algorithmes qui prennent les signaux de comparaisons à d'autres endroits dans la chaîne. 7.4 Regénérateur numérique: Cette fonction consiste à démoduler le signal reçu, à le nettoyer de ses erreurs par les procédés de correction numérique, puis à le remoduler afin de générer un signal propre non entaché d'erreurs. C'est le noyau de base et commun à tous réémetteurs numériques classiques. Avec le procédé de l'invention, on ajoute directement en numérique les informations permettant de supprimer l'écho de couplage. 7.5 Déformation adaptative La déformation du signal est constituée d'abord d'un délai fixe (réalisé en numérique par une mémoire). Ce délai correspond au temps de démodulation et de remodulation de la chaîne principale. Ensuite, la déformation à apporter au signal de sortie correspond à la déformation du couplage. Elle peut être réalisée par un filtre adaptatif qui corrigera le délai, la phase et le gain. Une autre correction possible peut être un délai variable et un multiplieur complexe qui permet de corriger l'ampli et la phase. REVENDICATIONS 1. Procédé de ré-émission isofréquence d'au moins un signal numérique comprenant une étape de réception dudit signal sur une antenne de réception et une étape de ré-émission dudit signal reçu sur une antenne d'émission, un phénomène de couplage prenant naissance entre lesdites antennes d'émission et de réception, caractérisé en ce qu'il comprend également les étapes suivantes: - extraction d'au moins un écho de couplage dudit signal reçu; - traitement dudit écho de couplage, de façon à générer au moins un signal de correction; - soustraction dudit signal de correction audit signal reçu, délivrant un signal amélioré ; regénération dudit signal amélioré par démodulation/remodulation, de façon à ré-émettre sur ladite antenne d'émission ledit signal amélioré regénéré. 2. Procédé de ré-émission isofréquence selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit signal de correction est obtenu par déformation adaptative, tenant compte d'au moins un paramètre dudit phénomène de couplage, dudit signal à ré-émettre sur ladite antenne d'émission. 3. Procédé de ré-émission selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit 20 paramètre dudit phénomène de couplage appartient au groupe comprenant: - un gain; - un délai; - une phase; - un temps de groupe. 4. Procédé de ré-émission selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que ladite déformation adaptative introduit également au moins un délai fixe, correspondant à une durée de ladite étape de régénération, dans ledit signal de correction. 5. Procédé de ré-émission selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite extraction d'au moins un écho de couplage met en oeuvre au moins un algorithme numérique appartenant au groupe comprenant: - un algorithme de corrélation; - un algorithme de réduction d'erreur de type LMS. 6. Procédé de ré-émission selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite extraction d'au moins un écho de couplage est réalisée par chargement statique d'une fonction de correction. 7. Procédé de ré-émission selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend également une étape d'amplification dudit signal à ré-émettre. 8. Dispositif de ré-émission isofréquence d'au moins un signal numérique comprenant des moyens de réception dudit signal sur une antenne de réception et des moyens de ré-émission dudit signal reçu sur une antenne d'émission, un phénomène de couplage prenant naissance entre lesdites antennes d'émission et de réception, caractérisé en ce qu'il comprend également les moyens suivants: - des moyens d'extraction d'au moins un écho de couplage dudit signal reçu; - des moyens de traitement dudit écho de couplage, délivrant au moins un signal de correction; - des moyens de soustraction dudit signal de correction audit signal reçu, délivrant un signal amélioré ; - des moyens de regénération dudit signal amélioré par démodulation/remodulation, de façon à ré-émettre sur ladite antenne d'émission ledit signal amélioré regénéré.