Brevet FR2886796A1 — publié le 20061208

Cette invention se rapporte à un dispositif de réception de signaux numériques et plus particulièrement au dispositif de synchronisation d'un tel dispositif. Elle s'inscrit dans le cadre de la réception de la télévision numérique terrestre (TNT). La TNT présente un avantage majeur qui est la possibilité de recevoir une multitude de programmes de télévision sans lien avec un point d'accès. Cependant la réception mobile ou nomade de la TNT, souffre de la propagation multi-trajets qui engendre des évanouissements locaux du signal reçu. La diversité d'antenne permet de lutter efficacement contre les multitrajets. La solution de diversité d'antenne la plus simple et la moins coûteuse à mettre en oeuvre est la diversité par commutation ou/et recombinaison (switch diversity or combination diversity). Celle-ci consiste à disposer de deux accès antennes suffisamment décorrélés. La décorrélation peut être obtenue soit par une séparation spatiale suffisante, de l'ordre de la '/2 longueur d'onde entre les deux antennes, on parle alors de diversité spatiale, soit par des antennes co-localisées mais présentant des diagrammes différents; on parle alors de diversité de rayonnement. Du fait de cette décorrélation, la probabilité d'un évanouissement simultané aux deux accès est réduite de manière importante. Ainsi, en se donnant un moyen de commutation ou/et recombinaison entre ces accès, il est possible d'améliorer significativement la robustesse de la liaison sans fils. Les solutions de diversité développées aujourd'hui pour la réception de la TNT utilisent deux chaînes de réception complètes incluant deux démodulateurs OFDM (Orthogonal Frequency division Multiplexing). La technique de diversité utilisée dans ce cas, appelée Maximal Ratio Combining (MRC), consiste après démodulation du signal à chaque accès de reconstituer un nouveau signal en combinant le signal OFDM sous-porteuse par sous-porteuse. Cependant la recombinaison entre les deux accès peut se faire plus ou moins en amont de la chaîne de réception, selon un critère de décision dont la mesure est également faite plus au moins en amont de(s) la chaîne(s) de réception. Ce critère peut être sur la base par exemple du niveau du signal reçu. Plus ce moyen de recombinaison est placé en amont, plus le coût lié à la redondance est réduit. Inversement, un critère de décision pris en amont est en général moins optimal que celui pris en aval après démodulation (sur la base du taux d'erreurs binaire, par exemple). Enfin, la partie numérique de la chaîne de réception, et plus particulièrement le démodulateur OFDM, représente la partie dominante en termes de consommation de puissance. Ainsi, il peut être très avantageux, notamment pour les applications portables, où la puissance consommée devient un enjeu majeur, de trouver une solution de diversité évitant de doubler les démodulateurs OFDM. Cette solution, représentée schématiquement par la Figure 1, est connue du document US2004/0052205. Ce document décrit un récepteur OFDM comportant deux antennes pour recevoir un signal en modulation OFDM. Les antennes sont regroupées par groupe de deux antennes 1 et 2. Une combinaison des signaux des voies issues de ces antennes se fait soit en amont soit en aval du convertisseur analogique numérique 5 à l'aide du sommateur 3. Ce signal combiné est ensuite démodulé par le démodulateur 6. Les autres circuits classiques d'une chaine de réception sont représentés par les blocs 4. Un module de synchronisation 7 et 8 est prévu et permet de remettre en phase le signal issu de la deuxième antenne en commandant un déphaseur 9 intercalé sur cette voie de réception. Cependant une variation rapide de l'amplitude et surtout de la 30 phase sur l'une des deux voies entraîne une perte de la synchronisation du démodulateur OFDM et induit une perte inacceptable de données L'invention vise à remédier à cet inconvénient. 2886796 3 L'idée de l'invention est de faire varier la phase à introduire sur l'une des deux voies de manière progressive de façon à éviter lors du rattrapage de phase la perte de synchronisation du démodulateur et donc la recombinaison destructive des signaux. L'objet de cette invention est donc de proposer une solution de diversité d'antenne avec un dispositif de synchronisation tel que les pertes de synchronisation soient évitées. De plus cette solution permet une optimisation du rapport performance/coût. L'invention consiste en un dispositif de synchronisation pour un système de réception de signaux numériques comportant associée à une première antenne dite principale une voie de réception principale et associée à au moins une seconde antenne dite secondaire,au moins une voie de réception secondaire. Chaque voie secondaire comporte un déphaseur commandé par un dispositif de synchronisation. Le dispositif de synchronisation comprend des moyens de détection de l'amplitude et du sens de variation du déphasage entre les différents signaux reçus par les antennes et des moyens générant en fonction des signaux émis par les moyens de détection une commande progressive du déphaseur. Préférentiellement les moyens de détection du dispositif de synchronisation comprennent des éléments tuner pour sélectionner chacune des voies de réceptions, un mélangeur recevant les signaux des voies de réception sélectionnées, les signaux de l'une des voies de réception étant déphasé de rr/2 et un filtre passe-bas permettant de déterminer l'amplitude et le signe de la composante continue du signal issu du mélangeur. Selon une variante de l'invention les moyens de détection comprennent un élément tuner pour sélectionner la voie de réception principale, un mélangeur recevant sur une entrée le signal de la voie de réception principale sélectionné, déphasé de rr/2, et recevant sur l'autre entrée un signal sélectionné fonction des signaux d'entrée issus des antennes et un 2886796 4 filtre passe-bas pour déterminer l'amplitude et le signe de la composante continue du signal issu du mélangeur. Préférentiellement, les moyens générant une commande progressive du déphaseur sont constitués par un générateur de rampe qui permet la génération d'une rampe de phase croissante ou décroissante en fonction du signe représentant le sens de variation du déphasage. Le générateur de rampe 15 possède un seuil de déclenchement réglable et la rampe de tension croissante ou décroissante a une vitesse de variation linéaire qui est de l'ordre del 0 à 20 par symbole. L'invention est également un système de réception de signaux numériques comportant un dispositif de synchronisation tel que décrit précédemment. Les caractéristiques et avantages de l'invention mentionnée ci-15 dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, faite en relation avec les dessins joints, dans lesquels: - la figure 1 déjà décrite, est une vue schématique d'un système selon l'état de la technique; - la figure 2 est une représentation sous forme de bloc d'un mode de réalisation d'un dispositif de réception selon l'invention, - la figure 3 représente une illustration du rattrapage de phase et - la figure 4 est une représentation d'un autre mode de réalisation particulier d'un dispositif de réception selon l'invention. Le circuit selon l'état de la technique ayant été sommairement décrit précédemment il ne sera pas redécrit par la suite. Par ailleurs, une même référence est utilisée pour le circuit de l'état de la technique et pour les circuits selon l'invention lorsque il s'agit d'un même élément. la figure 2 est une représentation sous forme de bloc d'un mode de réalisation d'un dispositif de réception selon l'invention. Une pluralité d'antennes Al, A2 sont placées séparément l'une de l'autre pour recevoir chacune un signal modulé. Cette modulation est de type OFDM dans notre exemple. Mais tous types de modulation permettant de transmettre des signaux numériques sur une porteuse, peuvent être envisagés. L'un des signaux V1 reçu par l'antenne Al, dite principale, est transmis par la voie de réception dite principale à l'additionneur 20 pour être combiné avec l'autre signal V2 reçu sur la voie de réception dite secondaire associée à l'antenne secondaire A2 et déphasé par le déphaseur 50. La voie principale se distingue de la voie secondaire en ce qu'aucun déphaseur n'est interposé entre l'antenne Al et l'additionneur 20. L'additionneur 20 combine les 2 signaux reçus en un signal de sortie correspondant à la somme vectorielle de ces 2 signaux de la manière suivante: les signaux reçus respectivement par les antennes Al et A 2 sont représentés par des tensions vectorielles VI et V2. L'additionner 20 combine les signaux représentés par VI et V2 en un signal de sortie V3, représentatif de la somme vectorielle de VI et V2. Comme illustré sur la figure 3 et qui sera ultérieurement explicité, la somme vectorielle dépend de l'amplitude et de la phase de chaque signal. Ce signal est ensuite transmis au tuner 30 qui sélectionne le multiplex OFDM à transmettre. Les données sont ensuite démodulées par un démodulateur 40. Le déphaseur 50 est commandé en tension par un dispositif de synchronisation 10, ce qui permettra donc de synchroniser le signal issu de l'antenne A2 par rapport au signal issu de l'antenne Al et ainsi de maximiser la somme vectorielle des 2 vecteurs représentant ces signaux; Le dispositif de synchronisation 10 reçoit sur ces deux entrées respectivement les signaux couplés aux signaux issus directement de l'antenne Al et celui déphasé, issu de l'antenne A2. Ces signaux sont ensuite envoyés sur les entrées de deux tuners 11 et 12 respectivement, permettant ainsi la sélection du canal à transmettre. Un mélangeur 13 multiplie le signal VI sélectionné par le premier tuner avec le signal V2 sélectionné par le deuxième tuner et déphasé de rr/2. Le signal issu du mélangeur 13 est ensuite filtré par un filtre passe-bas 14 de façon à 2886796 6 obtenir uniquement la composante continue du signal. En effet le filtre passe bas élimine la composante à 2w. La connaissance du signe de cette composante continue va permettre de déterminer le sens de correction de la phase. La valeur de cette composante indique l'amplitude du déphasage entre les deux signaux VI etV2. Puis le générateur de rampe 15 va émettre en fonction de cette composante continue une rampe monotone de rattrapage de phase dont la croissance ou la décroissance est déterminée par le signe indiquant le sens de correction de la phase. Cette rampe est le signal de commande du déphaseur 50. Elle permet un déphasage monotone croissant ou décroissant, évitant ainsi une désynchronisation du démodulateur. Tous circuits ou ensemble de circuits permettant de générer une commande progressive du déphaseur peuvent également être envisagés. En effet si nous considérons que les signaux aux entrées du 15 mélangeur sont respectivement: V1 = vl sin(zst) et V2 = v2 cos(wt + çp) , cp correspondant au déphasage angulaire entre V1 et V2 et v1 et v2 étant respectivement les modules des grandeurs vectorielles des signaux V1 et V2. Le signal de sortie du mélangeur a la forme: V 1.V 2 = vl.v2. sin(wt). cos(wt + q') = 2.vl.v2[sin(2wt + rp) - sin(tp)] Le filtrage par le filtre passe-bas permet d'obtenir la composante continue dc du signal soit: dc = -1.vl.v2.sin(ço) 2 Ainsi, la connaissance de la valeur de dc et du signe de dc permet de connaitre l'amplitude et le sens du déphasage et de déterminer la pente de la rampe et le sens de déclenchement, soit positif soit négatif, de cette rampe. La figure 3 illustre deux exemples de déphasage et rattrapage de phase entre V1 et V2 et permet de comprendre le sens de déclenchement de la rampe. Sur la figure 3a, l'avance de phase de V2 sur V1 est inférieure à rr. Pour maximiser l'amplitude de la résultante de ces deux vecteurs, il faut donc réduire l'écart de phase entre V1 et V2 par le déclenchement d'une rampe négative pour la commande en tension du déphaseur 50 permettant ainsi de réduire la phase du vecteur V2. De même sur la figure 3b,l'avance de phase de V2 sur V1 est supérieure à u. Pour maximiser l'amplitude de la résultante de ces deux vecteurs, il faut donc augmenter l'écart de phase entre V1 et V2 par le déclenchement d'une rampe positive pour la commande en tension du déphaseur 50 permettant ainsi d'augmenter la phase du vecteur V2. Il est aussi possible d'expliciter ces exemples à l'aide de la valeur de la composant continue comme suit: Si dc 0; 0 Si dc >0 alors sin(cp) Suivant la valeur du déphasage et le signe de la composante continue, il sera alors possible d'introduire un retard de phase (figure 2a) ou une avance de phase (figure 2b). L'invention permet donc un rattrapage de phase de manière progressive. La figure 4 est une représentation d'un autre mode de réalisation particulier d'un dispositif de réception selon l'invention. Le dispositif de la figure 4 est similaire à celui de la figure 2: Le signal est reçu par deux antennes Al et A2. Le sommateur 20 combine le signal V1 issu de la voie principale avec le signal V2 déphasé par le déphaseur 50 et issu de la voie secondaire. Le signal combiné puis sélectionné par le tuner 30 sera ensuite démodulé par le démodulateur 40. Dans la figure 4, le circuit de synchronisation 60 dont le signal de sortie commande le déphaseur 50, reçoit sur ses entrées le signal issu du tuner 30 et le signal issu de la voie principale et déphasé pour la génération du signal continu de commande de rampe. En effet comme décrit ci dessous, l'utilisation de ce signal de sortie du tuner 30 à la place de V2 permet également, après mélange et filtrage, de générer le même signal dc que dans le cas de la Figure 3, tout en épargnant l'implémentation d'un tuner. Ce cas de figure est donc plus attractif du point de vue coût. Les entrées du mélangeur 63 sont donc le signal V'l issu de la voie principale, sélectionné par un tuner 61 et déphasé de rr/2, et le signal V3 issu du tuner principal 30. V1 = vl sin(zut) V'l = vl sin(zt) + V 3 = vl sin(wt) + v2 sin(wt + ço) A la sortie du mélangeur, le signal a la forme suivante V'1V3 = vl cos(wt). [vl sin(wt) + v2 sin(wt + çp)] = v12. sin(2wt) + vl.v2[cos(wt). sin(wt + çp)] Le filtrage par le filtre passe-bas 64 permet d'obtenir la composante continue dc du signal soit: dc= -1 vl.v2sin(çp) 2 Ainsi, la connaissance de dc et du signe de dc permet de même de déterminer l'amplitude et le sens du déphasage pour déterminer la pente de la rampe et le sens de déclenchement de cette rampe du générateur de rampe 65. L'utilisation d'un seul tuner dans le circuit de synchronisation permet donc une économie de coût. pour un résultat semblable. Afin d'éviter qu'une forte instabilité de la réponse du système ait lieu quand la différence de phase entre V1 et V2 se trouve autour de 0, avec le sinus passant alternativement d'une valeur négative à une valeur positive, on pourrait choisir une valeur de déclenchement seuil réglable pour de (ou un dispositif à hystérésis). Cette valeur seuil pourrait être optimisée selon la nature du canal et la vitesse de variation de phase choisie pour la rampe. Concernant le rattrapage progressif de phase, une vitesse de variation linéaire de l'ordre de 10 à 20 par symbole OFDM doit être suffisante et éviterait un décrochage du démodulateur. En effet, il a été démontré que les démodulateurs OFDM disponibles sur le marché, conçus pour résister à des effets Doppler de plus en plus importants résistent à de telles variations de phase. D'autres variantes de l'invention sont possibles. Les exemples précédemment décrits montrent une réception du signal modulé par deux antennes, mais une réception par plusieurs antennes est envisageable. Chaque voie secondaire comportant un déphaseur commandé par un dispositif de synchronisation permettant une commande progressive de chaque déphaseur. Revendications 1. -Dispositif de synchronisation pour un système de réception de signaux numériques comportant associée à une première antenne dite principale une voie de réception principale et associée à au moins une seconde antenne dite secondaire,au moins une voie de réception secondaire, chaque voie secondaire,comportant un déphaseur (50) commandé par un dispositif de synchronisation (10,60), caractérisé en ce que le dispositif de synchronisation comprend: - des moyens de détection (11, 12, 13, 14) de l'amplitude et du sens de variation du déphasage entre les différents signaux reçus par les antennes; - et des moyens générant en fonction des signaux émis par les moyens de détection une commande progressive du déphaseur. 2- Dispositif de synchronisation selon la revendication 1, 20 caractérisé en ce que les moyens de détection comprennent: - des éléments tuner (11, 12) pour sélectionner chacune des voies de réceptions; - un mélangeur (13) recevant les signaux des voies de réception sélectionnées, les signaux de l'une des voies de réception étant déphasé de u12; un filtre passe-bas (14) pour déterminer l'amplitude et le signe de la composante continue du signal issu du mélangeur. 3- Dispositif de synchronisation selon la revendication 1 30 caractérisé en ce que les moyens de détection comprennent: - un élément tuner (61) pour sélectionner la voie de réception principale; - un mélangeur (13) recevant sur une entrée le signal de la voie de réception principale sélectionnée, déphasé de n/2, et recevant sur l'autre entrée un signal sélectionné fonction des signaux d'entrée issus des antennes; -un filtre passe-bas (64) pour déterminer l'amplitude et le signe de la composante continue du signal issu du mélangeur. 4- Dispositif de synchronisation selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens générant une commande progressive du déphaseur sont constitués par un générateur de rampe pour générer une rampe de phase croissante ou décroissante en fonction du signe représentant le sens de variation du déphasage. 5- Dispositif de synchronisation selon la revendication 4 caractérisé en ce que le générateur de rampe 15 possède un seuil de déclenchement réglable. 6- Dispositif de synchronisation selon la revendication 4, 20 caractérisé en ce que la rampe de tension croissante ou décroissante a une vitesse de variation linéaire qui est de l'ordre del 0 à 20 par symbole.. 7- Système de réception de signaux numériques comportant un dispositif de synchronisation tel que revendiqué dans les revendications 1 à 6.