Brevet FR2925990A1 — publié le 20090703

FILTRE PASSE BANDE MULTITRAJETS ET SYSTEME ASSOCIE DE RECEPTION D'UN CANAL SELECTIONNE La présente invention concerne un filtre passe bande monté dans une chaine de réception de signaux pour réduire le phénomène d'interférences entre les canaux adjacents dans une liaison sans fils et un système de réception comportant un tel filtre. Elle concerne la technologie Wi-Fi (WLAN) aux standards 802.11 abg opérant dans les bandes de fréquences respectives de 2.4GHz ou 5GHz. Le problème d'interférences est lié à la profusion d'équipements opérant au voisinage du même espace fréquentiel, tels que : • Les téléphones sans fil (2.4 ou 5GHz) • Les systèmes PAN (Personal Area Network) bluetooth (2.4GHz) • Les fours micro-ondes (signaux pulsés à 2.4GHz) • Les bruits parasites RF issus d'équipement sans fil (Wireless) tels que PDA dotés des techno cellulaire, bluetooth ou WLAN. Mais ces interférences peuvent également émaner des canaux adjacents proches, les performances d'un système WLAN sont alors plus critiques sur le rapport S/I (signal sur interférence) que sur le rapport SIN (signal sur bruit). Bien que le filtrage soit prévu pour minimiser les interférences RF des canaux adjacents, le signal interférant génère aussi des bandes latérales qui peuvent retomber dans le passe bande du signal WLAN 802.11 ; Si le signal interférant (ACI : Adjacent Channel Interférence) est beaucoup plus fort que le signal 802.11, l'énergie parasite des bandes latérales peut alors dominer le plancher de bruit canal (Channel Noise Floor). La capacité du système RF à rejeter les interférences émanant des canaux adjacents est fortement dépendante de l'architecture des récepteurs. Deux types d'architectures actuellement exploitées reposent respectivement sur les concepts superhétérodynes et de conversion directe `direct conversion'. Le concept superhétérodyne consiste en une double transposition de fréquences tandis que celui de conversion directe `direct conversion' comporte une transposition simple ou directe. Une nette prépondérance pour les structures dite � direct conversion � dans les circuits RFIC actuellement développés sur les applications WLAN. Dans la chaine de réception, deux points critiques doivent être considérés : • Le niveau de saturation du LNA (Low Noise Amplifier) • Le niveau de signal présenté à l'entrée du convertisseur Analogique Digital du processeur bande de base. 10 D'une part, en présence d'un interférant à fort niveau supérieur au niveau de saturation du LNA, celui-ci insère des distorsions non linéaires dans le signal, d'autre par t, les convertisseurs Analogique Digitaux ayant une dynamique limitées, il en découle qu'un défaut de filtrage des canaux adjacents conduira à 15 augmenter le niveau bruit digital et à réduire d'autant le rapport signal à bruit du signal 802.11. Dans le cadre d'une topologie Superhétérodyne, un filtre en fréquence intermédiaire généralement de type SAW (Surface Acoustic Wave) vient filtrer de manière sévère le canal limitant ainsi les risques évoqués ci-dessus au 20 niveau du convertisseur ND, seul la présence d'un interférant à fort niveau peut venir saturer le LNA , par contre dans le cas d'une conversion directe, aucun filtrage canal n'intervient ce qui rend cette topologie particulièrement perméable à la fois au problème de saturation LNA mais surtout aux interférents à fort niveau à l'entrée du convertisseur A/D qui peuvent être de 40dB supérieur au 25 signal reçu. Il est connu de l'état de l'art qu'une réception de type Indoor est caractérisée par des phénomènes de fading liés à la réception conjointes de signaux issus de trajets distincts, chacun de ces trajets étant caractérisé par une atténuation a, un retard T et une phase d'arrivée. 30 Le document EP 508 969 décrit un filtre pour éliminer les distorsions multivoies, monté dans une chaine de réception FM. Il s'agit d'un filtre digital de type FIR (Finite Impulse Response) ayant une pluralité de coefficients multiplicateurs,5 d'éléments de retard et un sommateur de façon à filtrer le signal d'entrée par un procédé adaptatif. Le filtre selon l'invention concerne uniquement la rejection ciblée des signaux interférents dus aux canaux adjacents. L'invention consiste donc en un filtre passe bande périodique recevant un signal d'entrée et caractérisé par une mise en cascade d'au moins deux éléments à deux voies, chaque élément étant formé par une cellule de retard associé à un déphaseur apte à retarder et déphaser le signal sur une des voies et par un sommateur pour additionner ce signal retardé et déphasé sur l'une des voies et le signal d'entrée transmis sur l'autre des voies , chaque élément étant déphasé l'un par rapport à l'autre. La mise en cascade des cellules est apte à produire un signal de sortie filtré de signaux interférents dans la bande de fréquence sélectionnée et atténué dans 15 les canaux adjacents. Préférentiellement le déphasage entre les deux éléments est constant. Préférentiellement le déphasage entre les deux éléments est de 120°. L'invention est également un système de réduction d'interférences dues aux canaux adjacents (ACI) dans une chaine de réception de signaux utilisant une 20 topologie de conversion directe qui comporte au moins un filtre multivoie et une mémoire qui permet de mémoriser les données correspondant à la commande des déphaseurs du filtre en fonction du canal détecté. L'invention présente l'avantage de réduire, par l'utilisation d'un préfiltrage 25 particulier de 15 à 20dB, l'influence des canaux adjacents proches du canal reçu, autorisant ainsi une amélioration notable des performances des WLAN en environnement perturbé. Les caractéristiques et avantages de l'invention mentionnée ci-dessus, ainsi 30 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 représente un schéma de répartition des canaux pour le standard américain ; - la figure 2 représente un diagramme d'une réponse simplifiée d'un filtre multitrajets rejetant deux canaux intermédiaires ; - la figure 3 correspond à un schéma d'une cellule à deux trajets, base du concept du filtre selon l'invention ; - la figure 4 représente un modèle simplifié d'un filtre selon l'invention ; - la figure 5a, 5b, 5c représente un premier diagramme de réponse des deux cellules déphasées entre elles, puis un second diagramme de réponse du filtre selon l'invention et enfin un troisième diagramme mettant en relief le centrage du filtre en fonction du canal sélectionné ; - la figure 6 représente une configuration d'un système de réception permettant la réduction des interférences dues aux canaux adjacents du canal sélectionné et comportant le filtre multivoies selon l'invention. Pour simplifier la description, les mêmes références seront utilisées dans ces dernières figures pour désigner les éléments remplissant des fonctions identiques. Le standard 802.11 définit un schéma de répartition des canaux telle que la bande est éclatée en onze canaux séparés de 5MHz ayant une occupation spectrale de 22MHz pour le standard Américain comme représenté sur la figure 1. Le premier canal est centré sur la fréquence de 2412MHz. tandis que le deuxième canal est centré sur la fréquence de 2417MHz, le troisième sur la 25 fréquence de 2422MHz etc.... Cette bande est de treize canaux pour le standard Européen. Naturellement chaque point d'accès WIFI est capable d'analyser l'occupation spectrale avant d'attribuer une fréquence de travail à un terminal de manière à 30 éviter un recoupement de canaux. Néanmoins une configuration de deux canaux adjacents espacés de 20 MHz est possible, tel le canal 2412 et le canal 2432. Le filtre selon l'invention est ainsi défini pour présenter une réponse passe bande d'un canal sur quatre et de rejeter les deux canaux intermédiaires tel illustré par la figure 2. Le filtre selon l'invention est basé sur la technique de synthèse de multitrajets développé dans le cadre des émulateurs de fading de type Rayleigh tel que décrit précédemment. Une modification contrôlée du canal de transmission par l'adjonction d'un filtre périodique selon l'invention directement après l'antenne de réception (émission) d'un récepteur (émetteur) Wifi permettra par sa topologie une réjection notable des canaux adjacents N+/-1 & N+/-2. La base du concept présenté est un filtre basé sur un modèle simplifié d'une cellule à deux trajets. Il est illustré par la figure 3. Un sommateur 1 additionne les signaux V1 et V2 issus des deux trajets. Le signal V1 correspond au signal d'entrée tandis que le signal V2 correspond au signal d'entrée, retardé par un élément de retard 3 puis déphasé par un déphaseur 2. Le signal V issu de la sommation des signaux V1 sur le trajet 1 et V2 sur le trajet 2 peut se développer comme suit: V1 = A exp [ - 2jrr ft] V2=A exp [-2jrr f (4T) � Avec A correspondant à l'amplitude du signal, f à la fréquence, t au temps, T au retard et cp au déphasageentre les deux trajets. Le signal combiné est de la forme : V = V1 + V2 = 2 A cos (rr fT � ~p.). Cette expression montre que V est maximum quand f = n / T et minimum pour f = (n+1/2)./T ou n est entier. Il en résulte que l'intervalle de fréquence Af entre maxima et minima est Af = 1/2T. On constate qu'un tel concept présente une réponse de filtre périodique dont la largeur du passe bande élémentaire dépend uniquement du retard T. La figure 4 représente un filtre selon l'invention, élaboré à partir du concept présenté, basé sur un élément simplifié à deux trajets. Ce filtre est élaboré à partir de deux cellules identiques à deux trajets (two path model) associées en série et déphasées l'une par rapport à l'autre. Le principe d'un tel filtre réside dans le fait de cascader deux cellules de retard déphasées entre elles. A la première cellule 1, 2, 3 correspond un retard T et un déphasage cp 1 et à la deuxième cellule 1', 2', 3' correspond un retard T et un déphasage cp 2. La mise en cascade des deux cellules opère une sommation telle une fonction � ET � et permet ainsi d'aboutir au concept souhaité comme illustré par les figures 5a, 5b et 5c. Ce filtrage atypique repose principalement sur une structure multitrajets de type � two path model � au profil de filtre périodique. L'association de deux cellules déphasées permet de présenter une réponse de type passe bande sur un canal et une réjection sur les canaux adjacents proches. On constate que les canaux adjacents N+1 et N-1, et N+2 et N-2 subissent une atténuation de la puissance moyenne canal de l'ordre de 15 à 20dB. Il importe néanmoins de pouvoir caler ce dispositif de filtrage en fonction de la fréquence canal imposé par le point d'accès WiFi. Ce dispositif de filtrage doit être calé en fonction de la fréquence canal imposé 25 par le point d'accès WiFi. Un processus simple de centrage permet de caler ce filtre en fonction du canal attribué par le point d'accès Wifi. A cet effet un déphasage variable identique inséré dans chacune des cellules permettant d'une part de conserver l'écart de phase �92 -91� nécessaire au 30 gabarit du filtre et de faire glisser l'ensemble du filtre périodique pour se caler sur le canal souhaité.20 Les figures 5a à 5c représentent les courbes de réponse fréquentielle des deux éléments séparés (figure 5a) et additionnés (figure 5b) respectivement. La courbe de réponse du premier élément est décalée par rapport à celle du second élément d'un écart de fréquence correspondant à �92 û 91 �. La période est telle que Af =1/T. A titre d'exemple le résultat escompté est obtenu en choisissant T de telle sorte que la période corresponde à trois fois la bande d'un canal WIFI 2.4GHz, soit 60MHz. Dans le cadre de la bande WIFI 2.4GHz les simulations effectués sur le logiciel ADS montre qu'une variation de plus ou moins 120° (figure 5c) permet de caler le filtre sur le canal N -1 ou N+1 . La figure 6 représente un récepteur comprenant le filtre 10 selon l'invention permettant une réduction d'interférences (ACI). Le filtre multitrajets 10 à deux cellules, selon l'invention, est intercalé dans la chaine de réception entre l'antenne 11 et un filtre passe bande RF 12 qui est lui-même relié au reste de la chaine par l'amplificateur LNA 13. La partie de conversion directe à double voie du signal à la fréquence RF est réalisée à l'aide de l'oscillateur local LO 14 et de deux mélangeurs 15, 16 puis le signal de chaque voie est transform é en bande de base par l'intermédiaire d'un filtre passe bas 17, 18 et d'un convertisseur analogique û numérique 19, 20. Les déphaseurs du filtre 10 selon l'invention sont commandés simultanément par un élément de mémoire 22 associé à un circuit de commande en rampe 23 et au processeur 21 de la partie en bande de base. A l'installation, le terminal Wifi opère un balayage lent de +1- 1 canal comme défini précédemment par une commande simultanée des deux déphaseurs des cellules 1 et 2 du filtre multitrajets 10, par l'intermédiaire du circuit de commande en rampe 23. Ce balayage lent permet ainsi au terminal de détecter tous les canaux et les points d'accès présents, simultanément au balayage à chaque canal de point d'accès détecté, la valeur de tension de commande du filtre.est mémorisée dans l'élément de mémoire 22. Une fois le terminal configuré sur le point d'accès souhaité, l'élément de mémoire délivre la commande adéquate au filtre permettant ainsi le centrage de celui-ci sur le canal souhaité. Revendications 1. Filtre passe bande multitrajet (10) recevant un signal d'entrée et caractérisé par une mise en cascade d'au moins deux cellules à deux trajets, chaque cellule comportant un sommateur (1,1') pour additionner le signal d'entrée (V1) issu du premier trajet et le signal (V2) issu du deuxième trajet, retardé par un élément de retard (3, 3') d'un retard T et déphasé d'un angle cp par un déphaseur (2, 2'), chaque cellule étant déphasée (92 ù 91) l'une par rapport à l'autre. 2. Filtre passe bande périodique multivoies selon la revendication 1 caractérisé en ce que le déphasage entre les deux cellules est constant. 3. Filtre passe bande périodique multivoies selon la revendication 1 caractérisé en ce que le déphasage entre les deux cellules est de 120°. 4. Système de réception d'un canal sélectionné dans une chaine de réception de signaux utilisant une topologie de conversion directe caractérisé en ce qu'il comporte un filtre multitrajet (10) tel que revendiqué par les revendications 1 à 3, et un élément de commande (22, 23) des déphaseurs du filtre en fonction du canal sélectionné. 5. Système de réception d'un canal sélectionné selon la revendication 4 caractérisé en ce que l'élément de commande (22, 23) des déphaseurs du filtre en fonction du canal sélectionné est formé par un élément de mémoire (22) permettant de mémoriser les données correspondant à la commande des déphaseurs du filtre en fonction du canal sélectionné et un circuit de commande en rampe (23) des déphaseurs (2, 2') du filtre.