Brevet FR2911739A1 — publié le 20080725

La présente invention concerne une méthode de transmission simultanée sans fil de vidéo(s) et de données haut débit dans un environnement domestique. Elle concerne également un terminal pour la transmission simultanée de vidéo(s) et de données haut débit. Elle s'inscrit plus particulièrement dans le cadre où les standards WLAN IEEE 802.11 abg (WiFi) et le standard émergeant 802.11n sont mis en oeuvre. La technologie Wi-Fi, répondant aux standards IEEE 802.11abg et opérant dans les bandes 2.4 à 2.5GHz et 4.9 à 5.9GHz est aujourd'hui la mieux positionnée pour les transmissions sans fil haut débit en milieu domestique. Le standard émergeant 802.11n, dérivé de ces standards, va permettre une augmentation significative du débit et de la couverture en milieu domestique dans les mêmes bandes de fréquence. En particulier, la transmission de plusieurs flux vidéo (HD et/ou SD) entre par exemple un Set Top Box (STB) et plusieurs terminaux (PC, TVs, etc...) ou une transmission de données haut débit par exemple pour une connexion Internet sera possible. Les techniques MIMO (Multi Input Multi Output) sont alors mis en oeuvre avec plusieurs chaînes RF d'émission et de réception synchrones. Le circuit MIMO de transmission monobande dit circuit 2T*3R (2 voies émission et 3 voies réception) est aujourd'hui souvent retenu par les fournisseurs de terminaux utilisateur pour interfacer les circuits du module frontal (FEM pour l'anglais Front End Modul) associé aux antennes et les circuits numériques en bande de base car celui-ci constitue un bon compromis coût/performances. Afin de disposer à la fois d'un ou plusieurs liens vidéo avec une bonne qualité de service et d'un lien données haut débit, l'utilisation simultanée des bandes de fréquences à 2.4GHz et 5GHz peut être envisagée. L'utilisation la plus rationnelle est une transmission vidéo dans la bande des 5GHz et une transmission des données dans la bande des 2.4GHz car cette dernière est moins large et plus encombrée. Pour répondre à ces nouvelles exigences, les solutions de terminaux classiquement retenues sont constituées de modules frontaux (FEM) associés à des antennes séparés et interfacés par des circuits RF (RFIC pour radio frequency integrated circuit) aux circuits numériques en bande de base fonctionnant dans les bandes de fréquence correspondantes. Les techniques MIMO 2T*3R sont souvent mis en oeuvre pour la transmission vidéo avec une diversité d'antennes d'ordre 3 pour la réception. Une diversité d'antenne d'ordre 2 peut être également avantageusement mise en oeuvre dans la bande des 2.4GHz pour améliorer les performances du système. La figure 1 représente un tel état de l'art concernant la transmission simultanée de vidéo et de données dans un environnement domestique. Un terminal 5G pour transformer les signaux reçus ou émis par les antennes 1 à 3 sur les voies A, B et C respectivement dans la bande 5GHz, est juxtaposé à un terminal 2.4G pour transformer les signaux reçus ou émis par les antennes 4 et 5 sur les voies D et E respectivement dans la bande 2.4GHz. Le terminal 5G selon la figure 1, associé aux 3 antennes 1, 2 et 3 pour la réception ou l'émission de données dans la bande 5GHz, comporte un module frontal FEM 5G associé à un circuit RFIC 5G et aux circuits de traitement numérique respectifs en bande de base BB 5G. Le module frontal FEM 5G est connecté au circuit RFIC 5G réalisant une interface avec les circuits de traitement numérique respectifs en bande de base (BB). Le module frontal FEM 5G est composé de 2 commutateurs SPDT (Single Pole Double Throw) SI et S2 permettant de commuter les voies A et B issues des antennes 1 et 2 en des voies émission, ou des voies réception vers les bornes d'entrée sortie TX1, TX2, RX1 et RX2 du circuit MIMO M1 formant l'interface RFIC. Dans les voies réception des filtres passe bande F sont intercalés de façon à éliminer les parasites. La voie C issue de l'antenne 3 est une voie uniquement réception connectée à la borne RX3 du circuit MIMO M1. Des amplificateurs a, par exemple des amplificateurs LNA (Low noise amplificator), sont de plus intercalés dans chaque voie pour adapter le niveau du signal. Le circuit MIMO M1 de transmission monobande transforme les signaux reçus RX1, RX2 et RX3 simultanément par les 3 antennes en un signal transmis vers le circuit de traitement numérique en bande de base BB 5G, réalisant ainsi une réception avec diversité d'ordre 3. II transforme également les signaux émis par le circuit BB 5G en des signaux à transmettre TX1, TX2 par les antennes 1 et 2, réalisant ainsi une émission avec une diversité d'ordre 2. Parallèlement, le terminal 2.4G, associé aux antennes 4 et 5 pour la réception et l'émission de données dans la bande 2.4GHz comporte un module frontal FEM 2.4G associé à un circuit RFIC 2.4G et aux circuits de traitement numérique respectifs en bande de base BB 2.4G pour une réception ou une émission des signaux avec une diversité d'ordre 2. Le module frontal FEM 2.4G comporte un commutateur DPDT (dual port dual Throw) Dl qui transforme les signaux émis ou reçus par les antennes 4 et 5 en un signal de réception ou d'émission sur les bornes TX ou RX du circuit de transmission MIMO M2 du circuit RF 2.4G. Avec cette approche classique, un ensemble de 5 antennes distinctes est nécessaire, ce qui pose des problèmes majeurs d'encombrement et de coût. L'invention vise à remédier à ces inconvénients. L'invention consiste en un terminal d'un système de communication associé à un ensemble d'antennes, le terminal étant constitué d'un module frontal connecté à 15 des circuits de traitement numérique par un circuit adapté aux techniques MIMO, pour une réception ou transmission simultanée bibandes de signaux vidéo et de données dans un environnement domestique. Au moins 2 antennes (7, 8) associés au terminal sont large bande et double accès, chacun des accès correspondant à une voie de réception ou d'émission de 20 signaux dans une première ou une deuxième bande de fréquence . Le module frontal FEM comprend des premiers commutateurs (Si, S2) connectés aux voies de réception ou d'émission (A, B, C) de signaux dans la première bande de fréquences et des deuxièmes commutateurs (Dl) connectés aux voies de réception ou d'émission (D, E) de signaux dans la deuxième bande de fréquences. 25 et le module frontal FEM comprend des filtres sélectifs passe haut dans les voies de réception ou d'émission de signaux dans la bande de fréquence la plus haute. Ce terminal comporte donc un nombre réduit de composants et le nombre d'antennes est également diminué. Dans un autre mode de réalisation le module frontal FEM comprend des filtres sélectifs passe bas dans les voies de réception de la bande de fréquence la plus basse. 30 Préférentiellement, dans le standard 802.11 abg et le standard 802.11n, la première bande de fréquence supérieure et la deuxième bande de fréquence inférieure correspondent aux bandes 5GHz et 2.4GHz respectivement. L'invention est aussi une méthode de sélection de différentes bandes de fréquence pour émettre ou recevoir simultanément des signaux vidéos et des données haut débit dans un système de communication à pluralité de chaines d'émission et de réception synchrone, lequel comporte un ensemble d'antennes associées aux circuits de traitement numérique respectifs en bande de base BB par l'intermédiaire d'un terminal FEM et d'un circuit RF. les signaux vidéos et les données haut débit sont émis ou reçus simultanément dans 2 bandes de fréquence différentes, une première bande de fréquence supérieure et une deuxième bande de fréquence inférieure, par des antennes bibandes à double accès isolées entre elles, avant d'être transmis pour les signaux émis ou reçus dans la première bande de fréquences à des commutateurs du circuit RF dans cette bande de fréquence et les signaux vidéos et les données, reçus ou émis dans la bande de fréquences supérieure sur l'un des accès des antennes bibandes, sont filtrés par des filtres passe haut (FI, F2, F3) pour la réception en bande de fréquence supérieure avant d'être commutés sur les différents accès émission (TX1, TX2) ou réception (RX1, RX2, RX3) d'un premier circuit RF de transmission MIMO (M1) alors que les signaux vidéos et les données, reçus ou émis dans la bande de fréquences inférieure sur l'autre des accès des antennes bibandes, sont commutés sur les différents accès émission (TX) ou réception( RX) d'un deuxième circuit RF de transmission MIMO (M2). Préférentiellement les signaux vidéos et les données, reçus ou émis dans la bande de fréquences inférieure sur l'autre des accès des antennes bibandes, sont filtrés par des filtres passe bas (F4, F5) pour la bande de fréquence inférieure. Les caractéristiques et avantages de l'invention mentionnée ci-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, représente un terminal selon l'état de la technique ; - la figure 2 représente un terminal 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. Le dispositif proposé représenté par la figure 2 est constitué de 3 antennes dont 2 antennes 7 et 8 sont large bande à double accès avec une connexion particulière aux FEM qui sera détaillée plus loin. Les antennes large bandes et bibandes (multi bande) comportent deux accès RF découplés. Le dispositif comporte également une troisième antenne 6, utilisée uniquement dans la bande 5GHz. Cette antenne peut être par exemple une antenne classique monobande à un seul accès. Pour les applications visées où l'encombrement et le coût du terminal sont déterminants, la technologie imprimée peut être choisie pour les antennes (faible coût de fabrication). Ainsi, plusieurs topologies d'antennes existent dans la littérature. La mise en oeuvre d'un tel concept nécessite quelques précautions du fait du fonctionnement simultané de la circuiterie à 2.4GHz et 5GHz car il y a risque de pollution des voies fonctionnant à 2.4 par les signaux à 5GHz et inversement. Afin d'améliorer sensiblement les performances du terminal utilisateur, une architecture RF particulière suivante est choisie. Les trois antennes sont disposées pour maximiser l'isolation entre voies ce qui ne peut qu'améliorer les performances du système fonctionnant en mode MIMO (antennes indépendantes). Par exemple les antennes bibandes peuvent être positionnées à 2 extrémités, alors que l'antenne monobande se trouve au centre de la structure antennes. Les accès 5GHz des antennes 7 et 8 correspondant à l'émission et la réception de signaux dans la bande 5GHz sont relié par l'intermédiaire du commutateur S2 au MIMO M1 fonctionnant à 5GHz tandis que l'autre accès 2.4GHz de ces antennes 7 et 8 correspondant à l'émission et la réception de signaux dans la bande 2.4 GHz est relié par l'intermédiaire du commutateur Dl, des filtres et amplificateurs au MIMO M2 fonctionnant à 2.4GHz. Les 3 circuits MIMO sont indépendant et peuvent fonctionner parallèlement. Afin de diminuer les pollutions mutuelles entre voies il est implémenté dans la voie B un filtre passe haut F1 pour que la réception 5GHz ne soit pas perturbée par l'émission 2.4GHz. Dans la voie C un filtre passe haut F2 est également implémenté pour que l'émission 2.4GHz ne pénalise pas la réception 5GHz. Dans la voie A un filtre passe haut F3 peut également être implémenté pour ne pas dégrader la réception 5GHz par l'émission 2.4GHz. Dans les voies D et E, un filtre passe bas F4, F5 est implémenté pour ne pas dégrader la réception 2.4GHz par l'émission 5GHz. Si l'isolation entre antennes physiquement distantes est suffisante les filtres en A et E ne sont pas nécessaires. Il est clair que l'isolation entre antenne c'est-à-dire la disposition est importante. Une polarisation différente par exemple peut permettre de simplifier le FEM. Les remarques que l'on peut faire concernant l'implémentation et le dimensionnement des filtres FI à F5 sont indiquées à titre d'exemple dans les conditions suivantes : Avec une isolation d'antennes double accès de : 18 dB Un gain antennes de : OdBi Une puissance Pout délivrée aux antennes 2,4 GHz de : 18 dBm Une puissance Pout délivrée aux antennes 5 GHz de : 16 dBm Un facteur de bruit ramené en entrée LNA 2,4 GHz de : 6 dB Un facteur de bruit ramené en entrée LNA 5 GHz de : 6 dB Un planché de bruit entrée LNA de : -168dBm/Hz Une isolation entre antennes proches de : 20 dB Une isolation Antennes les plus éloignées de: 30 dB Une largeur de bande du signal de : 20MHz Un rapport signal sur bruit CIN émission : 40 dB Un rapport signal sur bruit CIN requis réception : 20 dB Une réjection du filtre passe bas à 2,4 GHz : 40 dB Une réjection du filtre passe bas à 5 GHz : 40 dB Concernant le risque de pollution de la réception 5 GHz sur la voie A par l'émission 2,4GHz pour une puissance du signal interférant de -42dBm (Pin= - 42dBm) tout en tenant compte du filtrage passe bande par le filtre F sur la voie réception de 40dB et d'une isolation entre antenne physiquement distantes de 20dB, et avec un bruit correspondant à Pin bruit = -82dBm, il est à remarquer que l'ajout d'un filtre F3 traditionnel passe bas 30dB permet une amélioration de la densité de -155 dBm/Hz à -185 dBm/Hz. Ce filtre est optionnel si l'isolation entre antennes physiquement distantes est suffisante. Concernant le risque de pollution de la réception 5 GHz sur la voie B par l'émission 2,4GHz pour une puissance du signal interférant de -40dBm (Pin= -40 dBm) tout en tenant compte du filtrage passe bande par le filtre F sur la voie réception et d'une isolation entre antenne physiquement distantes de 30dB, et avec un bruit correspondant à Pin bruit = -70dBm, il est à remarquer que l'ajout d'un filtre additionnel passe haut FI de 40 dB est nécessaire. Les valeurs deviennent alors : Pin signal = -70 dBm ; Pin bruit= -110 dBm ; Densité= -183dBm/Hz. Concernant le risque de pollution de la réception 5 GHz sur la voie C par le 2,4GHz pour une puissance du signal interférant de OdBm (Pin= OdBm) tout en tenant compte du filtrage passe bande par le filtre F sur la voie réception et d'une isolation entre antenne physiquement distantes de 30dB, et avec un bruit correspondant à Pin bruit = -40dBm, il est à remarquer que l'ajout d'un filtre additionnel passe haut F2 de 70 dB est nécessaire. Les valeurs deviennent alors : Pin signal = -70 dBm ; Pin bruit= -110 dBm/Hz; Densité= -183dBm/Hz. Concernant le risque de pollution de la réception 2.4 GHz sur les voies D et E par le 5GHz pour une puissance du signal interférant de -44dBm (Pin= -44dBm) tout en tenant compte du filtrage passe bande par le filtre F sur la voie réception et d'une isolation entre antenne physiquement distantes de 30dB, et avec un bruit correspondant à Pin bruit = -44 dBm, il est à remarquer que l'ajout de filtres additionnels passe bas F4 et F5 de 30 dB est nécessaire. Les valeurs de densité deviennent alors : Densité= -187dBm/Hz. Ces filtres sont optionnels si l'isolation entre antennes physiquement distantes est suffisante. L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et l'homme du métier reconnaîtra l'existence de diverses variantes de réalisation de l'invention. En effet si les contraintes de proximité des antennes sont différentes, l'isolation entre les antennes sera conséquente et la valeur des filtres passe haut et passe bas en dépendra. Différents circuits de transmission MIMO à diversité de réception et d'émission peuvent être employés. Il est ainsi possible d'envisager une diversité d'ordre supérieur pour la réception dans la bande de fréquence à 2.4GHz. Dans cette éventualité, 3 antennes doivent être des antennes bibandes double accès et le module frontal est adapté à la commutation des signaux vers les différents modules de transmission MIMO. REVENDICATIONS 1. Terminal d'un système de communication associé à un ensemble d'antennes, le terminal étant constitué d'un module frontal (FEM) connecté à des circuits de traitement numérique (BB) par un circuit (RFIC) adapté aux techniques MIMO, pour une réception ou transmission simultanée bibandes de signaux vidéo et de données dans un environnement domestique, caractérisé en ce que : au moins 2 antennes (7, 8) étant large bande et double accès, chacun des accès correspondant à une voie de réception ou d'émission de signaux dans une première ou une deuxième bande de fréquence ; le module frontal FEM comprend des premiers commutateurs (SI, S2) connectés aux voies de réception ou d'émission (A, B, C) de signaux dans la première bande de fréquences et des deuxièmes commutateurs (D1) connectés aux voies de réception ou d'émission (D, E) de signaux dans la deuxième bande de fréquences ; et des filtres sélectifs passe haut dans les voies de réception ou d'émission de signaux dans la bande de fréquence la plus haute. 2. Terminal selon la revendication 1 caractérisé en ce que le module 20 frontal FEM comprend des filtres sélectifs passe bas dans les voies de réception de la bande de fréquence la plus basse. 3. Terminal selon la revendication 2 caractérisé en ce que, la première bande de fréquence supérieure et la deuxième bande de fréquence inférieure 25 correspondent respectivement aux bandes 5GHz et 2.4GHz respectivement. 4. Méthode de sélection de différentes bandes de fréquence pour émettre ou recevoir simultanément des signaux vidéos et des données haut débit dans un système de communication à pluralité de chaines d'émission et de 30 réception synchrone, lequel comporte un ensemble d'antennes associées aux circuits de traitement numérique respectifs en bande de base BB par l'intermédiaire d'un terminal FEM et d'un circuit RF, caractérisée en ce que : les signaux vidéos et les données haut débit sont émis ou reçus simultanément dans 2 bandes de fréquence différentes, une première bande de fréquencesupérieure et une deuxième bande de fréquence inférieure, par des antennes bibandes à double accès isolées entre elles, avant d'être transmis pour les signaux émis ou reçus dans la première bande de fréquences à des commutateurs du circuit RF dans cette bande de fréquence et ; les signaux vidéos et les données, reçus ou émis dans la bande de fréquences supérieure sur l'un des accès des antennes bibandes, sont filtrés par des filtres passe haut (FI, F2, F3) pour la réception en bande de fréquence supérieure avant d'être commutés sur les différents accès émission (TX1, TX2) ou réception (RX1, RX2, RX3) d'un premier circuit RF de transmission MIMO (Ml) alors que les signaux vidéos et les données, reçus ou émis dans la bande de fréquences inférieure sur l'autre des accès des antennes bibandes, sont commutés sur les différents accès émission (TX) ou réception( RX) d'un deuxième circuit RF de transmission MIMO (M2). 5. Méthode de sélection de différentes bandes de fréquence pour émettre ou recevoir simultanément des signaux vidéos et des données haut débit selon la revendication 4, caractérisé en ce que les signaux vidéos et les données, reçus ou émis dans la bande de fréquences inférieure sur l'autre des accès des antennes bibandes, sont filtrés par des filtres passe bas (F4, F5) pour la bande de fréquence inférieure.