Brevet FR3076134A1 — publié le 20190628

RÉCEPTEUR UWB IMPULSIONNEL MULTI-ANTENNE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne de manière générale les récepteurs UWB (Ultra Wide Band) impulsionnels multi-antennes, notamment pour des systèmes de télécommunication M I MO-UWB (Multiple Input Multiple Output UWB). ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Les systèmes de télécommunication UWB sont bien connus de l'état de la technique. Ils ont pour spécificité d'opérer sur des signaux à bande spectrale ultra-large (UWB). On entend généralement par signal UWB un signal conforme au masque spectral stipulé dans la réglementation FCC du 14 février 2002, révisée en mars 2005, c'est-à-dire, pour l'essentiel, un signal dans la bande spectrale de 3.1 à 10.6 GHz présentant une largeur de bande d'au moins 500 MHz à -10 dB. Les signaux UWB se divisent en deux grandes catégories : les signaux multi-bande OFDM (MB-OFDM) et les signaux UWB impulsionnels ou IR-UWB (Impulse Radio UWB). Un signal IR-UWB est constitué d'impulsions très courtes, ayant une durée Tr de l'ordre de centaines de picosecondes à 1 ou 2 nanosecondes, se répétant à une fréquence de répétition (Pulse Repetition Frequency), fpRp. Dans la suite, il ne sera question que de signaux IR-UWB. La technologie UWB a été utilisée relativement tôt dans les systèmes de télécommunication multi-antenne ou MIMO (Multiple Input Multiple Output) offrant, grâce à leur diversité spatiale, des capacités de canal sensiblement supérieures aux systèmes classiques SISO (Single Input Single Output). Ces systèmes sont qualifiés par l'acronyme UWB-MIMO. Le cas échéant, cette diversité spatiale peut être complétée par une diversité temporelle en utilisant un codage spatio-temporel. Une présentation générale des systèmes UWB-MIMO pourra être trouvée dans l'article de T. Kaiser et al. intitulé « An 2 overview of Ultra-Wide-Band systems with MIMO » publié dans Proc. of the IEEE, vol. 97, No. 2, pp. 285-312. On a représenté en Fig. 1 l'architecture conventionnelle d'un récepteur UWB- 5 MIMO. Ce récepteur comprend une pluralité M d'antennes, 1101,...,110m, recevant un signal RF d'un émetteur (ou des signaux RF de plusieurs émetteurs). Les signaux reçus sont traités par des modules de traitement RF, encore dénommés frontaux RF, 1201,...,120m. Un frontal RF comprend typiquement un amplificateur bas bruit (LNA), un mélangeur pour 10 ramener le signal en bande de base et un convertisseur analogique numérique. Les signaux en bandes de base sont ensuite traités par des modules de traitement en bande de base 1301,...,130m avant d'être fournis à un module de traitement MIMO (DSP MIMO), 140. Le module DSP MIMO peut par exemple déterminer une direction d'arrivée, effectuer une formation de faisceau en réception, un décodage spatial ou spatio-temporel. 15 Une telle architecture a cependant pour inconvénient de nécessiter autant de frontaux RF que d'antennes de réception. Elle est par conséquent encombrante en termes de surface occupée sur un circuit intégré et consommatrice d'énergie. Elle peut convenir à des implémentations où la complexité et la consommation ne sont pas prioritaires (station de base par exemple) mais devient problématique lorsque les ressources sont contraintes 20 (terminal mobile par exemple). Dans le domaine des systèmes MIMO à bande étroite, il est connu de mutualiser un frontal RF entre plusieurs voies de traitement d'un récepteur multi-antenne. Cette mutualisation est obtenue grâce à un multiplexage par codes en amont du frontal RF et un 25 démultiplexage en aval de ce dernier. On trouvera une description d'un tel récepteur multi- antenne dans l'article de F. Tzeng et al. intitulé « A CMOS code-modulated path-sharing multi-antenna receiver front-end » publié dans IEEE Journal of Solid State Circuits, vol. 44, No. 5, Mai 2009, pp. 1321-1335. Une architecture de récepteur à frontal RF mutualisé a été représentée en Fig. 2. 3 Le signal reçu par chaque antenne 210, est ici multiplié en 220, par un code de multiplexage propre à la voie de traitement associée, les codes de multiplexage des différentes voies étant choisis orthogonaux. Plus précisément, le signal ri(t) reçu par l'antenne 210, est étalé spectralement par un code ci(t) de fréquence chip (rythme du 5 code) multiple (d'un facteur plus grand ou égal à M) de la bande passante du signal. Les signaux reçus ainsi étalés sont ensuite sommés en 230, leur somme est fournie au frontal RF mutualisé 240. Le signal de sortie du frontal RF fait l'objet d'un démultiplexage par codes. Autrement dit, ce signal de sortie est corrélé avec le code ci(t) dans des filtres adaptés (ou de manière équivalente les corrélateurs) respectifs 2501,...,250m, chaque signal 10 ainsi désétalé correspondant à une voie. Cette architecture permet de réduire sensiblement la surface allouée au traitement RF ainsi que sa consommation en énergie. Toutefois, cette simplification se fait au prix de spécifications plus sévères pour le frontal RF, en raison de l'augmentation de la bande passante à son entrée. Ainsi par exemple, si le frontal RF en question comprend un 15 convertisseur analogique numérique, ce convertisseur devra être capable de tenir la même dynamique d'entrée pour une bande passante sensiblement plus élevée. Il est à noter que le multiplexage par codes peut intervenir à différents stades du frontal RF. Ainsi, par exemple, le multiplexage peut être réalisé en bande de base et ne concerner par conséquent que le traitement analogique en bande de base et la conversion 20 analogique numérique. Alternativement, il peut être réalisé au niveau du LNA (CM-LNA ou Code Modulating Low Noise Amplifier), le reste de la chaine RF, le traitement analogique en bande de base et la conversion analogique numérique étant alors mutualisés. Quel que soit le niveau de multiplexage envisagé, il n'est pas envisageable d'étaler significativement la bande spectrale d'un signal UWB, par définition déjà supérieure à 25 500 MHz, pour permettre la mutualisation d'un frontal RF dans un récepteur UWB impulsionnel multi-antenne. Un objet de la présente invention est par conséquent de proposer un récepteur UWB impulsionnel multi-antenne permettant de mutualiser un frontal RF. 4 EXPOSÉ DE L'INVENTION La présente invention est définie par un récepteur UWB impulsionnel comprenant une pluralité M d'antennes, chaque antenne du récepteur recevant un signal d'antenne, ledit signal d'antenne étant un signal UWB impulsionnel formé d'impulsions successives 5 modulées au moyen d'un code d'émission à une fréquence bribe, fpRp, un symbole d'information étant codé sur N, impulsions successives, où N, est la longueur du code d'émission, ledit récepteur comprenant : - un étage de multiplexage configuré pour multiplexer au moyen de codes orthogonaux les signaux d'antennes pour fournir un signal multiplexé, chaque code 10 orthogonal étant associé à une antenne distincte, la fréquence bribe desdits codes orthogonaux étant égale à un sous-multiple, fpRp1P, de la fréquence bribe du code d'émission où P 500 MHz) de l'impulsion élémentaire de durée de l'ordre de 1 à 2ns alors que la bande passante de modulation des symboles d'information correspond à la fréquence de répétition fpRp =11TpRp avec généralement TpRp de l'ordre de 16 à 128 ns. L'idée à la base de la présente invention est de tirer parti du fait que la bande 25 passante de modulation soit sensiblement inférieure à la bande passante du signal IR-UWB pour effectuer un multiplexage par codes orthogonaux, sans élargissement de cette dernière. 8 La Fig. 3 représente de manière schématique un récepteur UWB multi-antenne dans lequel un frontal RF est mutualisé au moyen d'un multiplexage par codes, selon un mode de réalisation de l'invention. Le récepteur UWB multi-antenne 300 comprend une pluralité d'antennes 5 3101,...,310m, un étage de multiplexage par codes, 320, le signal reçu par une antenne 310m étant multiplié en 321m par un code, dit code de multiplexage, défini par la séquence c, -1 où clin E {-1,+11, dans le cas d'un code binaire, et N est la longueur du code, choisie égale à un sous-multiple de N, autrement dit Navec l REVENDICATIONS1. Récepteur UWB impulsionnel comprenant une pluralité M d'antennes (3101,...,310m), chaque antenne du récepteur recevant un signal d'antenne, ledit signal d'antenne étant un signal UWB impulsionnel formé d'impulsions successives modulées au moyen d'un code d'émission à une fréquence bribe, fpRp, un symbole d'information étant codé sur AT, impulsions successives, où AT, est la longueur du code d'émission, caractérisé en ce qu'il comprend : - un étage de multiplexage (320) configuré pour multiplexer au moyen de codes orthogonaux les signaux d'antennes pour fournir un signal multiplexé, chaque code orthogonal étant associé à une antenne distincte, la fréquence bribe desdits codes orthogonaux étant égale à un sous-multiple, fpRp IP , de la fréquence bribe du code d'émission où P 2. Récepteur UWB impulsionnel selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étage de multiplexage (320) comprend des multiplieurs (3211,...,321m), chaque multiplieur étant configuré pour multiplier chaque signal d'antenne par un code orthogonal associé à cette antenne, les différents codes orthogonaux étant fournis aux multiplieurs à la fréquence fpRp /P, ainsi qu'un sommateur configuré pour sommer les signaux d'antennes ainsi multipliés. 3. Récepteur UWB impulsionnel selon la revendication 1, caractérisé en ce que M=2 et que les antennes sont des antennes différentielles (5101, 5102), un signal d'antenne d'une première antenne différentielle (5101) étant fourni à une première entrée d'un premier commutateur (5201) et un signal d'antenne opposé, à une seconde entrée 16 dudit premier commutateur, un signal d'antenne d'une seconde antenne différentielle (5102) étant fourni à une première entrée d'un second commutateur (5202) et un signal d'antenne opposé, à une seconde entrée dudit second commutateur, un premier signal de sortie dudit premier commutateur étant fourni à un premier combineur RF (5301) et un 5 second signal de sortie dudit premier commutateur étant fourni à un second combineur RF (5302), un premier signal de sortie dudit second commutateur étant fourni au premier combineur RF et un second signal de sortie dudit second commutateur étant fournie au second combineur RF, les premier et second commutateurs commutant leurs première et seconde entrées respectivement vers leurs première et seconde sorties dans une première 10 position de commutation et vers leurs seconde et première sorties dans une seconde position de commutation, les premier et second commutateurs étant contrôlés par les codes orthogonaux respectivement associés à la première antenne et la seconde antenne différentielle, le premier combineur RF (5301) combinant le premier signal de sortie du premier commutateur et le premier signal de sortie du second commutateur pour fournir 15 un premier signal combiné, le second combineur RF (5302) combinant le second signal de sortie du premier commutateur et le second signal de sortie du second commutateur pour fournir un second signal combiné, les premier et second signaux combinés étant fournis à une entrée différentielle du frontal RF. 20 4. Récepteur UWB impulsionnel selon la revendication 3, caractérisé en ce que le frontal RF comprend un amplificateur bas bruit différentiel (540), les premier et second signaux combinés étant fournis à cet amplificateur comme entrée différentielle. 5. Récepteur UWB impulsionnel selon la revendication 1, caractérisé en ce que 25 chaque signal d'antenne est fourni à un premier commutateur (521m) le commutant vers un déphaseur dans une première position de commutation et vers la seconde entrée d'un second commutateur (525m) dans une seconde position de commutation, la première entrée du second commutateur recevant le signal d'antenne déphasé par le déphaseur, le second commutateur commutant sa première entrée vers sa sortie dans une première 30 position de commutation et sa seconde entrée vers sa sortie dans une seconde position de 17 commutation, les premier et second commutateurs étant contrôlés par le code orthogonal associé à ladite antenne, les signaux de sortie des seconds commutateurs étant combinés dans un combineur RF (530) pour fournir ledit signal multiplexé au frontal RF. 5 6. Récepteur UWB impulsionnel selon la revendication 5, caractérisé en ce que le frontal RF comprend un amplificateur bas bruit (540), ledit signal multiplexé étant fourni à l'entrée dudit amplificateur. 7. Récepteur UWB impulsionnel selon l'une des revendications précédentes, 10 caractérisé en ce que lesdites impulsions sont sinusoïdales à une fréquence centrale fo et que le frontal RF comprend un mélangeur en quadrature (332) à cette fréquence pour translater le signal multiplexé en bande de base. 8. Récepteur UWB impulsionnel selon la revendication 7, caractérisé en ce que 15 le frontal RF comprend un convertisseur analogique numérique pour convertir le signal multiplexé en bande de base. 9. Récepteur UWB impulsionnel selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étage de démultiplexage (340) comprend une pluralité M 20 corrélateurs (341,,,342,,), chaque corrélateur étant configuré pour corréler le signal en sortie du frontal RF sur un temps symbole avec un code composite cn"e = où c.; -1 est le code d'émission et c, i = 0,...,Nr -1, est le code orthogonal associé à l'antenne m. 25 10. Récepteur UWB impulsionnel selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un étage de traitement multi-antenne recevant lesdits M signaux démultiplexés et configuré pour effectuer un traitement parmi une formation de faisceau, une détermination de direction d'arrivée, un décodage spatial ou spatio-temporel.