FR2795259A1 - Telephone mobile ayant une chaine de numerisation a gain variable rapidement et procede de numerisation par un tel telephone - Google Patents

Abstract

Dans un téléphone (101) mobile, on utilise une chaîne (102) de démodulation/ amplification des signaux radioélectrique reçus ayant deux gains possibles afin d'utiliser au mieux la dynamique d'un convertisseur (103) analogique numérique 12 bits. On commute (127, 130) ce gain en fonction du niveau du signal reçu. La chaîne a un gain fort lorsque le niveau est faible, et faible lorsque le signal est fort. La mesure du niveau du signal est effectuée par un circuit (114) qui fait la moyenne des alternances positives du signal reçu. Puis on compare cette moyenne à un seuil. Si la moyenne est sous le seuil on commute le gain à sa valeur la plus forte, sinon on commute le gain à sa valeur la plus faible. La mesure et la commutation sont effectuées à un moment où le signal est présent mais non porteur d'information.

Description

Téléphone mobile ayant une chaîne de numérisation à gain variable rapidement et procédé de numérisation par un tel téléphone La présente invention a pour objet un téléphone mobile ayant une chaîne de numérisation à gain variable rapidement et procédé de numérisation par un tel téléphone mobile. Le domaine de l'invention est celui de la téléphonie mobile. Mais l'invention pourrait s'appliquer dans tout autre domaine où les contraintes vis-à-vis de la numérisation sont identiques à celles qu'on retrouve en téléphonie mobile. Le but de l'invention est d'augmenter la précision de numérisation d'un téléphone mobile, et d'améliorer leurs capacités de réaction face aux variations de puissance des signaux qu'ils reçoivent.

Dans l'état de la technique, un téléphone mobile est connecté à un réseau de téléphonie mobile par l'intermédiaire d'une station de base dont il reçoit les informations sous forme d'ondes électromagnétiques. Le téléphone capte ces signaux grâce à un aérien. Les signaux ainsi captés sont ensuite démodulés puis numérisés afin de pouvoir être traité. Le traitement sera d'autant meilleur que la qualité des signaux numérisés est bonne. Actuellement le signal numérique est obtenu à partir d'un convertisseur analogique numérique dont la dynamique est de 10 bits. Ce convertisseur est précédé d'un dispositif de démodulation ayant un gain variable commandé par un microprocesseur du téléphone mobile. Le microprocesseur s'assure que le niveau du signal après amplification est compatible avec la dynamique du convertisseur. Cela est nécessaire car la dynamique du signal reçu est de 110 dB, alors que la dynamique du convertisseur 10 bits est de 60 dB.

Un premier problème de la solution courante est lié à la commande automatique des gains. En effet, l'ajustement d'un gain d'un amplificateur à gain variable est lent, à cause de la présence de filtre passe-bas dans les boucles d'asservissement. A ce fait il faut ajouter que la consigne pour ces asservissements n'est disponible qu'après un traitement par le microprocesseur du téléphone mobile. II faut donc que ce traitement soit très rapide puisqu'il s'effectue pendant un temps de montée préalable et court où le signal est présent sans porter réellement d'informations utiles. Ce problème devient de plus en plus aigu avec le temps puisque les prochaines normes de téléphonie réduisent ce temps de montée préalable. Il y a en effet de plus en plus d'abonnés, donc de plus en plus d'informations à faire passer. Les opérateurs utilisent donc tout le temps dont ils disposent pour faire passer ces informations. Orle traitement à effectuer pour le réglage du gain reste le même si on veut conserver une qualité correcte pour le traitement des signaux transmis. C'est-à-dire qu'il faut trouver rapidement une valeur de consigne qui ne sature pas le convertisseur.

Une solution naïve à ces problèmes serait d'utiliser un convertisseur analogique numérique à très grande résolution, par exemple 16 bits. On obtiendrait ainsi une dynamique de 96 dB. Un premier problème de cette solution serait un problème d'intégration. En effet, un convertisseur 16 bits utilise une surface de silicium importante. Cela accroîtrait donc le coût du téléphone mobile. De plus cette surface est liée à un nombre de transistors plus élevé donc à une consommation accrue, ce qui revient â dire à une diminution de l'autonomie du téléphone mobile. Cela n'est pas acceptable. Un deuxième problème est un problème d'ordre technologique. En effet avec les fréquences d'échantillonnage souhaitées, un convertisseur analogique numérique 16 bits entraînerait des fréquences de conversion interne très élevées, et des complexités largement accrues en termes de sensibilité aux bruits. De ce point de vue dans l'invention on utilise un convertisseur analogique numérique 12 bits. Cela implique une plage de gain, nécessaire pour adapter le niveau du signal reçu, moins grande. En effet la dynamique du convertisseur augmente, sans pour autant que son encombrement soit trop supérieur à celui d'un convertisseur analogique numérique 10 bits. D'autre part et surtout, le dispositif de numérisation de l'invention a deux gains possibles. On passe de l'un à l'autre de ces gains par une commutation. Dans l'invention, à un instant donné, on prélève le niveau du signal en un point du dispositif de démodulation. On soumet ce signal prélevé à un comparateur (rapide), qui va se charger de commander le dispositif de commutation de gain. On obtient ainsi à la sortie du dispositif de démodulation un signal ayant un niveau compatible avec la dynamique du convertisseur analogique numérique utilisé, de préférence un convertisseur analogique numérique 12 bits mais on pourrait en provoquant une plus grande commutation utiliser un convertisseur 10 bits.

L'invention a donc pour objet un téléphone mobile comportant, dans une chaîne de numérisation, un circuit de démodulation de signaux radioélectriques reçus par le téléphone mobile et produisant des signaux démodulés, un circuit amplificateur à gain variable pour amplifier les signaux reçus et ou les signaux démodulés, et un circuit de numérisation des signaux démodulés pour produire des signaux numérisés, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit de commutation de gain du circuit amplificateur à gain variable, et un circuit de mesure des signaux démodulés pour produire un signal de commande du circuit de commutation.

L'invention a également pour objet un procédé de numérisation dans lequel on synchronise une commutation avec l'apparition d'un signal caractérisé en ce qu'on commute des gains d'amplificateurs en fonction du niveau de ce signal.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Celles-ci ne sont présentées qu'à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. Les figures montrent - Figure 1 : une illustration d'une chaîne de numérisation selon l'invention ; - Figure 2 : une illustration de la variation de la sortie du circuit de mesure de l'invention en fonction de son entrée ; - Figure 3 : une illustration d'un dispositif permettant de commuter entre trois gains ; - Figure 4 : une illustration des étapes du procédé selon l'invention ; - Figure 5 : une illustration du traitement de deux signaux par un dispositif selon l'invention.

La figure 1 montre un téléphone mobile 101 comportant, dans une chaîne de numérisation, un circuit 102 de démodulation connecté à un circuit 103 de numérisation. Le circuit 102 reçoit des signaux radioélectriques par l'intermédiaire d'un aérien 104 et produit les signaux démodulés qui seront soumis au circuit 103. Le circuit 102 comporte ici en cascade un amplificateur 105 à gain fixe, un filtre 106 passe-bande, un amplificateur 107 à gain variable, un mélangeur 108, un filtre 109 passe-bas et un amplificateur 110 à gain variable. Les amplificateurs 107 et 110 amplifient respectivement les signaux reçus et les signaux démodulés. Dans l'invention, l'amplification pourrait être effectuée par un seul de ces amplificateurs, bien que de préférence ils seront présents tous les deux. Sur une deuxième entrée du mélangeur 108 est branché un oscillateur 111. Les amplificateurs 105, 107 et 110 ont respectivement des gains G105, G107 et G110. Le filtre 106 a lui aussi un gain G106. Le gain G global du circuit 102 de démodulation est donc égal à la somme des gains G105, G106, G107 et G110. Le circuit 102 de démodulation joue donc aussi un rôle d'amplification.

L'entrée du circuit 102 est connecté à l'aérien 104. La sortie du circuit 102 est connecté au circuit 103 de numérisation. Dans l'état de la technique la sortie du circuit 103 est connectée via un bus 112 à un circuit 113 de traitement. Le circuit 113 est de type microprocesseur. Le circuit 113 est connecté aux amplificateurs 107 et 110, afin de pouvoir les commander. L'invention permet de supprimer l'intervention du circuit 113.

Le téléphone 101 de l'invention comporte un circuit 114 de commutation de gain du circuit 102 amplificateur à gains variables. Le circuit 114 comporte un circuit 115 de mesure des signaux démodulés qui produit un signal de mesure. L'entrée du circuit 115 et donc du circuit 114 est connectée à la sortie du filtre 109. Le circuit 114 comporte depuis son entrée, et en cascade, une diode 116, une résistance 117 et un comparateur 120. Entre la résistance 117 et le comparateur 120 on connecte un condensateur 118. Le condensateur 118 est d'autre part connecté à une masse 119. Une deuxième entrée du comparateur 120 est connectée à une référence 121 de potentiel. La sortie du comparateur 120 formant la sortie des circuits 114 et 115 commande les amplificateurs 107 et 110. La diode 116 sert à supprimer les alternances négatives du signal. La résistance 117 et le filtre 118 constituent un filtre passe-bas, qui fait la moyenne de la sortie de la diode 116. On a ainsi un détecteur d'enveloppe. Tout autre moyen de mesure serait cependant aussi envisageable. On utilise de préférence un comparateur du type comparateur à hystérésis, pour éviter que des petites variations rapides sur l'entrée du comparateur n'agissent sur sa sortie. La figure 2 illustre le fonctionnement du comparateur à hystérésis. La figure 2 montre en abscisse l'entrée du comparateur et en ordonnée sa sortie. La tension d'entrée peut augmenter jusqu'à une valeur VS + E, où VS est la tension de référence et s une propriété du comparateur, avant que la sortie ne bascule à un état VI. Pour que la sortie rebascule dans un état Vo, il faut que l'entrée redescende jusqu'à un état VS - E. On voit que l'entrée du comparateur peut subir des oscillations d'amplitude 2s sans que cela perturbe la sortie.

La figure 1 montre aussi un microprocesseur 122, une mémoire 123. Le microprocesseur 122, la mémoire 123 et le comparateur 120 sont connectés entre eux par un bus 124. Le microprocesseur 122 commande, grâce à un programme contenu dans la mémoire 123, le comparateur 120. Le microprocesseur 122 et la mémoire 123 ne sont pas dédiés à cet usage, il peut s'agir du microprocesseur et de la mémoire du téléphone mobile.

D'une manière connue le téléphone mobile sait quand il va recevoir des informations. Le microprocesseur 122 se sert de cette connaissance pour synchroniser la mesure du comparateur 120. En effet la mesure doit s'effectuer depuis le moment où apparaît le signal, jusqu'au moment où le signal commence à contenir l'information utile. Durant cette période le comparateur effectue sa mesure. A la fin de cette période, la mesure est mémorisée par le comparateur et il y a commutation ou pas de gain.

Lors de la mesure, la valeur du gain de la chaîne 102 est la valeur la plus faible qu'elle puisse prendre. Si le signal mesuré est inférieur à la référence 121, alors on commute le gain de la chaîne vers le gain le plus élevé à savoir un gain G2. Sinon on laisse le gain inchangé sur un gain G1. La commutation des gains peut être déclenchée par le microprocesseur 122 qui, à la fin de la mesure, valide et mémorise la sortie du comparateur 120.

Un des points importants de l'invention est la commutation des gains. C'est-à-dire que chacun des amplificateurs 107 et 110 peut avoir deux gains. Cela est illustré de deux manières par la figure 1. Dans une variante, l'amplificateur 107 comporte en cascade un amplificateur 125 et 126 ayant chacun un gain fixe. L'amplificateur 126 est court-circuité par un interrupteur 127. L'entrée de commande de l'amplificateur 107 correspond à la commande de l'interrupteur 127. Lorsque l'interrupteur 127 est ouvert, l'amplificateur 107 a un gain grand G107b. Lorsque l'interrupteur 127 est fermé, l'amplificateur 107 a un gain faible G107a.

Dans une deuxième variante, l'entrée de l'amplificateur 110 correspond à l'entrée d'un commutateur 130. Une première sortie du commutateur 130 est connectée à un amplificateur 128 à gain fixe, une deuxième entrée du commutateur 130 est connecté à un amplificateur 129 à gain fixe. Les sorties des amplificateurs 128 et 129 sont connectées ensemble, elles forment la sortie de l'amplificateur 110. La commande de l'amplificateur 110 correspond à la commande du commutateur 130. On peut ainsi sélectionner l'un ou l'autre des gains possibles de l'amplificateur 110. Amplificateur 110 a un gain faible G110a et un gain fort G11 0b.

Les deux descriptions qui viennent d'être faite sont fonctionnelles, elles servent à illustrer simplement la commutation des gains. Dans la pratique il existe un grand nombre de mises en oeuvre possibles.

II y a donc deux gains possibles pour le circuit 102 G1 = G105 + G106 + G107a + G110a, faible G2 = G105 + G106 + G107b + G1 10b, fort.

Le rôle de l'amplification est de faire passer les signaux reçus de la plage de dynamique réelle, de - 110 dBm à 0 dBm, à la plage de dynamique du convertisseur 103. Le convertisseur 103 est de préférence un convertisseur 12 bits. Dans la pratique, un tel convertisseur a une plage d'utilisation allant de - 68 dBm à 8 dBm, soit 76 dB. Cette dynamique peut être découpée en plusieurs zones ou marges. Une marge supérieure a1 de 2 dBm à 8 dBm permet d'accepter un accroissement subit du niveau du signal utile. Une marge inférieure 42 de - 68 dBm à - 55 dBm assure que le signal numérisé a un rapport signal sur bruit minimum. Enfin une marge intermédiaire 03 de - 55 dBm à - 32 dBm permet d'accepter une diminution subite du niveau du signal utile. II reste donc une zone idéale de fonctionnement du convertisseur de - 32 dBm à - 2 dBm.

Les signaux reçus varient de - 110 dBm à 0 dBm et en tenant compte de la marge 02, la dynamique utile du convertisseur devient - 55 dBm à 8 dBm. En effet, les signaux dont la puissance après filtrage et amplification est comprise entre - 68 dBm et - 55 dBm peuvent n'être que du bruit, dans ce cas leur signification est nulle. Pour ramener un signal de - 110 dBm à -55 dBm il faut lui appliquer un grand gain de 55 dB. Ce gain pourra alors être utilisé pour les signaux reçus de niveau allant de - 110 dBm à - 47 dBm. En effet -110 dBm est le signal le plus petit que l'on peut recevoir. Les signaux plus forts, et qui subissent une amplification par gain de 55 dB, ce ne doivent cependant pas dépasser 8 dBm après amplification. Ce qui conduit à ce que les signaux les plus forts admissibles sans écrétage avec ce gain sont inférieur à - 47 dBm (8 - 55). Pour des signaux reçus de niveau avant amplification compris entre - 46 dBm et 0 dBm on utilisera un petit gain de 8 dB. Ceci pour utiliser au maximum la dynamique d'entrée du convertisseur. En effet le signal le plus grand qui puisse être reçu à une puissance de 0 dBm. Orle convertisseur admet des signaux allant jusqu'à 8 dBm, un gain de 8 dB n'assure donc pas les signaux les plus forts qui peuvent être reçus.

Les valeurs de gains G1 = 8 dB et G2 = 55 dB, produisent une plage commune de puissance de signal reçu avant amplification de - 63 dBm à -47 dBm pour laquelle les deux gains G1 et G2 sont des valeurs exploitables. La valeur - 47 dBm (8 - 55) est la valeur maximum pour laquelle on utilise le gain G2 grand sans saturer le convertisseur 103. La valeur - 63 dBm (-68 + 13) est la valeur minimale que l'on puisse numériser en utilisant le gain G1 faible avec un rapport signal/bruit satisfaisant. C'est l'existence de cette plage commune qui garantit l'obtention d'un résultat exploitable quel que soit le signal reçu par le téléphone mobile, à condition bien sûr que ce signal soit dans la dynamique réel de - 110 dBm à 0 dBm.

On obtient alors les valeurs suivantes pour les différents gains : G105 _ +15 dB, G106 = -3 dB, G107a = 0, G107b = +20 dB, G110a = -4 dB et G110b = +23 dB. Ces valeurs peuvent varier en fonction des applications. On obtient bien avec ces valeurs un gain G1 de 8 dB et un gain G2 de 55 dB, soit une différence entre les deux gains du circuit 102 de 47 dB. On observe des résultats satisfaisant avec une variation de plus ou moins + 3 dB sur les gains G1 et G2.

La figure 3 montre un amplificateur 301, un convertisseur analogique numérique 302 et un générateur 303 de tension mesurée. Dans cette figure on illustre le fait que la commutation des gains peut se produire entre plus de deux valeurs. L'amplificateur 301 pourrait remplacer l'amplificateur 107 ou amplificateur 110. Le convertisseur 302 pourrait être mis à la place du comparateur 120. La tension mesurée par le générateur 303 est la même que celle obtenue sur la figure 1 en entrée du comparateur 120. Amplificateur 301 comporte un sélecteur 304 dont l'entrée correspond à l'entrée de l'amplificateur 301. Une première sortie du sélecteur 304 est connecté à un amplificateur 305 à gain fixe. Une deuxième sortie du sélecteur 304 est connecté à un sélecteur 306. Une première sortie du sélecteur 306 est connecté à un amplificateur 307 à gain fixe. La deuxième entrée du sélecteur 306 est connectée à un amplificateur 308 à gain fixe. Les sorties des amplificateurs 301, 307 et 308 sont connectées et délivrent le signal de sortie de l'amplificateur 301. La tension 303 est transformée par le convertisseur 302 en un signal numérique sur deux bits. Chacun de ces bits sert à commander un des sélecteurs 304 et 306. Cela permet de sélectionner un des gains des amplificateurs 305, 307 ou 308. On obtient ainsi un amplificateur ayant trois gains que l'on peut commuter.

Une variante de l'invention peut utiliser un tel amplificateur afin d'aboutir à une meilleure utilisation de la dynamique du convertisseur 103. On peut envisager le même montage, avec trois amplificateurs à gains fixes, en envisageant les trois amplificateurs en série et en positionnant les interrupteurs afin d'en court-circuiter un ou deux en fonction du gain final que l'on souhaite obtenir.

La figure 4 montre les étapes du procédé mis en ceuvre par le microprocesseur 122 pour commuter les gains. Dans une étape préliminaire 401 on détermine si un signal va bientôt arriver. C'est-à-dire par exemple si la date d'un rendez-vous temporel, tel que prévu par la norme GSM, est proche. Si ce n'est pas le cas, on passe à une étape 402 de suite. Dans l'étape 402 le processeur 122 continue à gérer le téléphone mobile de manière connue.

Si on approche d'un rendez-vous temporel, on passe à une étape 403 où on active le comparateur 120. Le comparateur est actif jusqu'à ce que le signal reçu comporte les informations utiles. Cette durée de latence entre la date d'apparition d'un signal et le moment où le signal commence à contenir de l'information utile est prévue par la norme GSM. On passe à une étape 404 de commutation.

Dans cette étape le microprocesseur 122 fixe le résultat de la mesure dans une mémoire contenue dans le comparateur 120 par exemple. Cette fixation correspond à un échantillonnage. Le gain des amplificateurs 107 et 110 commute alors en fonction du contenu de cette mémoire, c'est-à-dire de la sortie du comparateur 120. On passe à une étape 405 de suite durant laquelle le téléphone mobile reçoit des informations.

Dans l'étape 401 on a pris soin de commuter le gains du circuit 102 sur sa valeur la plus faible, afin que le seuil du comparateur 120 ait un sens.

La figure 5 montre des signaux S1 et S2 radioélectriques reçus par un aérien 501 et traité par une chaîne de démodulation 502. S1 a un niveau supérieur à S2. La chaîne 502 est une chaîne selon l'invention. En sortie de la chaîne 502 on trouve les signaux S1' et S2' numériques et résultats du traitement des signaux S1 et S2 par la chaîne 502. Les signaux S1' et S2' ont un niveau identique compatible avec la dynamique de traitement du convertisseur 503 analogique numérique.

Claims (1)

1. REVENDICATIONS 1 - Téléphone mobile (101) comportant, dans une chaîne de numérisation (106, 103), un circuit (105-111) de démodulation de signaux radioélectriques reçus par le téléphone mobile et produisant des signaux démodulés, un circuit (107, 110) amplificateur à gain variable pour amplifier les signaux reçus et ou les signaux démodulés, et un circuit de numérisation des signaux démodulés pour produire des signaux numérisés, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit (114) de commutation de gain du circuit amplificateur à gain variable, et un circuit de mesure des signaux démodulés pour produire un signal de commande du circuit de commutation. 2 - Téléphone selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de mesure comporte un détecteur (115) d'enveloppe. 3 - Téléphone selon la revendication 2, caractérisé en ce que le détecteur d'enveloppe comporte en cascade une diode (116), un filtre (117, 118, 119) passe bas, et un circuit (120) comparateur. 4 - Téléphone selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le circuit de mesure comporte un circuit (122, 123) de synchronisation, pour déclencher la mesure et ou pour en maintenir la valeur pendant une fenêtre temporelle de réception des signaux radiofréquence. 5 - Téléphone selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le saut de gain en commutation est d'environ 47 dB. 6 - Téléphone selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le circuit de mesure comporte un comparateur (120) à seuil et un circuit à hystérésis pour commuter le gain avec un seuil dépendant d'un gain. 7 - Téléphone selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le circuit de commutation comporte un circuit pour commuter le gain entre deux ou trois gains possibles. 8 - Téléphone selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le circuit de numérisation comporte un convertisseur (103) analogique numérique avec une dynamique de 12 bits. 9 - Procédé de numérisation dans lequel - on démodule dans un circuit de démodulation d'un téléphone mobile des signaux radioélectriques reçus par ce téléphone mobile et on produit des signaux démodulés, - on amplifie dans un circuit amplificateur à gain variable les signaux reçus et ou les signaux démodulés, et - on numérise dans un circuit de numérisation des signaux démodulés pour produire des signaux numérisés, caractérisé en ce que - on mesure les signaux démodulés pour produire un signal de commande, - on commute un gain du circuit amplificateur à gain variable, en fonction de ce signal de commande. 10 - Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que - on synchronise la commutation avec l'apparition d'un signal radioélectrique.