FR2882478A1 - Dispositif de reception de signaux numeriques avec compensation de fading - Google Patents
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Abstract
Le dispositif de réception selon l'invention permet, par une détection prédictive de fading sur les canaux adjacents au canal sélectionné n, de corriger la phase des signaux d'entrée reçus par les antennes dites secondaires , de façon à éliminer le fading.
Description
L'invention se rapporte à un dispositif de réception de signaux
numériques, notamment de signaux DVB-T (Diffusion de télévision numé rique par voie terrestre) avec compensation de fading.
Elle s'inscrit dans le cadre de la télévision numérique terrestre (TNT) . Dans un système classique de réception de signaux DVB -T, la modulation utilisée est la modulation OFDM ( de l'anglais: Orthogonal Frequency Division Multiplex). Cette modulation est particulièrement robuste aux échos et rend possible la ré-émission isofréquence d'un canal DVB -T notamment dans un environnement domestique. Les signaux DVB -T peuvent ainsi être captés en un point de l'environnement où ils ont un niveau suffisant, puis amplifiés et ré -émis dans l'environnement pour être captés en tous points de ce dernier par des récepteurs "portables" numériques tels que des postes de télévision numériques ou des postes de télévision analogiques munis de décodeurs numériques terrestres. C'est le principe qui a été retenu pour la Télévision Numérique Terrestre (TNT).
Néanmoins malgré la robustesse de la modulation OFDM en particulier vis à vis des perturbations dues au x multi trajets lors de la transmission, des problèmes de réception notables apparaissent dans le cas d'une réception portable. A la différence d'un signal reçu analogique dont la dégradation est toujours progressive, dans le cas de la TNT on passe brutalement d'une réception de très bonne qualité à la perte totale de l'image.
Actuellement, dans le cadre du standard Européen DVB -T, la solution privilégiée pour obtenir une réception plus robuste consiste dans l'utilisation de plus d'une antenne (typiquement 2). Un tel dispositif de réception est représenté par la figurel. Ce dispositif comporte donc 2 chaînes complètes de réception et un circuit de combinaison. Les ondes électromagnétiques sont reçues parallèlement par 2 antennes A1, A2. Pour chaque voie, 1 e tuner 1 permet de déterminer le canal de réception et de sélectionner la p artie appropriée du signal reçu.Ce signal sélectionné est ensuite démodulé par le démodulateur OFDM 2. Les signaux issus des démodulateurs de chaque voie sont recombinés ensemble dans le circuit de combinaison 3. Si la recombinaison est faite de manière appropriée, on obtient alors un signal S de type MRC Maximum Ratio Combining optimal dans le cadre d'une réception portable d'intérieur ( indoor).
Néanmoins la mise en oeuvre d'un tel dispositif nécessite 2 chaînes complètes de réception avec démodulation. Cette solution reste relativement pénalisante sur le plan complexité du récepteur abonné et se traduit n aturellement au niveau du coût. En outre, les traitements numériques de correction mis en oeuvre au sein de ces circuits opèrent relativement loin dans la chaîne de démodulation et nécessitent un temps de traitement relativement long. De tels traitements posent un problème dans le cas de fading s à évolution rapide.
L'invention propose donc un dispositif comportant une seule chaîne de réception et de démodulation, agissant de manière adaptative très en amont dans le traitement du signal reçu.
L'invention concerne un dispositif de réception de signaux numériques comprenant une antenne principale et P-1 antennes secondaires pour capter les signaux électromagnétiques en P points. Il comprend de plus des éléments à phase variable pour déphaser les signaux issus des antennes secondaires, un circuit de combinaison de ces P signaux et une chaîne de réception et de démodulation d'un canal de transmission n sélectionné par un tuner. Il comporte aussi un dispositif de détection de fading au niveau des c anaux adjacents au canal n sélectionné, permettant de commander les élément s à phase variable pour déphaser les signaux issus des autres antennes.
L'observation de l'évolution de la puissance du signal des canaux adjacents va donc permettre de prédire l'évolution du signal sur le canal sélectionné. Un dispositif est donc prévu pour procurer une prédiction de ce qui va se passer dans le canal utile et permettant ainsi une correction rapide de fading.
De préférence, le dispositif de détection de fading comporte des moyens de mesure de la puissance vraie simultanément dans chacun des canaux adjacents, et des moyens chargés d'analyser l'évolution relative de la puissance vraie du signal de chacun des canaux adjacents et de générer un signal de commande des éléments à phase variable représentatif de l'évolution relative de puissance permettant ainsi de déphas er les signaux issus des antennes secondaires.
De préférence, les moyens de mesure de la puissance simultanée selon le dispositif de l'invention comportent des circuits de filtrage sélectif, éventuellement de type à onde de surface, chargés de filtrer en fréquence intermédiaire les signaux des canaux adjacents au canal reçu, des amplificateu rs de puissance et des circuits de détection de puissance vraie.
Selon un mode de réalisation, les moyens pour générer une commande représentative comporte un bloc de contrôle géré par un microcontrôleur.
De préférence, les éléments à phase variable (60,61) pour déphaser les signaux issus des autres antennes sont des déphaseurs commandés en tension à variation monotone.
Selon un mode de réalisation, le nombre des canaux adjacents est pair et supérieur ou égal à 2.
Selon un autre mode de ré alisation le système selon l'invention comprend une antenne principale et une seule antenne secondaire.
Les caractéristiques et avantages de l'invention mentionné e 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 Fig.1 déjà décrite, est une vue schématique d'un système selon l'état de la technique; - la Fig.2 représente des diagrammes de différents types de fading pouvant être rencontrés au cours de la réception d'un signal; - la Fig.3 est une représentation sous forme de bloc d'un mode de réalisation d'un dispositif de réception selon l'invention; - la Fig.4 est une représentation d'un mode de réalisation particulier d'un dispositif de réception selon l'invention; - la Fig.5 est une représentation d'un autre mode de réalisation particulier d'un dispositif de réception selon l'invention.
Le circuit de l'état de la technique ayant ét é 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 représente les diagrammes en fréquence de différents types de fading auxquels les signaux sont confrontés.
En milieu domestique intérieur (indoor) l'environnement est relativement stationnaire et stable et se caractérise par un fading dit flat fading (cf. Fig 2a) pour une position donnée de l'antenne.
Toutefois si des multi trajets sont engendrés par des mouvements dans la pièce d'une ou plusieurs personnes, le fading peut être un fading sélectif en fréquence (cf. Fig 2b). En effet dans ce type d'environnement l'effet Doppler est très faible et il en résulte que l'évolution d'un fading est corrélé e avec la vitesse de déplacement du mobile (par exemple une personne) dans la pièce, qui reste relativement lent. Néanmoins ce mouvement va entraîner une modification du chemin parcouru par l'onde se réfléchissant sur ce mobile. Cette variation de l'écart des chemins Al lié au mouvement du mobile peut se traduire, selon la configuration géométrique et le sens du déplacement du mobile, par une augmentation ou une diminution du déphasage entre les 2 accès d'antennes.
Ainsi, supposons que dans un scénario d'augmentation de ce déphasage à la fréquence centrale f du canal n correspondant, un évanouissement apparaisse. Cet évanouissement apparaî trait à la fréquence centrale fn+1 du canal n+1 pour la valeur AI' inférieure à Al. Ainsi, par une observation des canaux adjacents (en l'occurrence le canal n+1), il est possible de voir arriver l'évanouissement et d'introduire par anticipation et de manière progressive, comme il va être décrit ci dessous, le déphasage qui compenserait le déphasage entraînant l'évanouissement.
La figure 3 est une représentation d'un mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention. Ce dispositif comporte 2 antennes de réception Al et A2, l'une Al étant appelée antenne principale tandis que l'autre A2 es t l'antenne secondaire. La détection de fading se fera uniquement sur les 2 canaux adjacents n+l et n-1 du canal n sélectionné.
L'antenne principale Al est directement reliée à un circuit de combinaison 5 tandis que l'antenne secondaire A2 est reliée par l'intermédiaire d'un circuit de déphasage 60 au circuit de combinaison 5. Ce circuit de déphasage est commandé par le dispositif de détection de fading 100, qui sera explicité par la suite.
En absence de fading les 2 signaux issus des antennes Al, A2 à l'entrée du circuit de combinaison 5 sont en phase et sont directement recombinés par le circuit de combinaison 5. On obtient alors en sortie un signal optimal en amplitude. Dans ce cas, Le circuit de déphasage est inactif et aucun déphasage n'est introduit dans le signal issu de l'antenne secondaire; La chaîne de réception, reliée au circuit de combinaison 5 comporte un tuner 6 qui permet de sélectionner le canal n choisi, puis un filtre en fréquence intermédiaire 7 et un circuit démodulateur 8 tel qu'un démodulateur OFDM ou...
Lorsque le canal n a été sélectionné par le tuner 6, La partie du signal recombiné correspondant à ce canal n sélectionné est ensuite filtrée par le filtre en fréquence intermédiaire 7 et démodulée par le démodulateur OFDM 8 de façon à obtenir un signal de sortie S; Ce signal S émis à la sortie du dé modulateur est au format MPEG2-TS.
Comme cela a été expliqué ci -dessus, l'apparition de fading due à l'évolution de l'environnement perturbe la réception du signal dans le canal utile n ainsi que les signaux des canaux adjacents n+1 et n -1.
Un dispositif de compensation de fading 100 va permettre d'analyser prédictivement l'apparition de fading dans ce canal n, en analysant les signaux des canaux adjacents n+1 et n -1, puis de compenser ce fading en déphasant le signal provenant de l'antenne secondaire.
Le tuner étant réglé sur le canal n les filtres en fréquence intermédiaire 10 et 11 permettent d'analyser les signaux des canaux avoisinants n +1, n-1.
Ce dispositif de compensation de fading comporte des moyens pour mesurer la puissance vraie dans chacun des canaux adjacents n+1 et n-1 et des moyens 50 chargés d'analyser l'évolution relative de la puissance vraie de chacun des canaux adjacents et de générer ainsi un signal de command e des éléments à phase variable 60 représentatif de l'évolution relative de la puissance.
Les moyens pour mesurer la puissance vraie se composent de circuits de filtrage 10,11 reliés à des amplificateurs 20 et 21 puis à des circuits de détection de puissance vraie 40, 41. Ces circuits de filtrage sont sélectifs, de type à onde de surface par exemple, pour filtrer les canaux adjacents en fréquence intermédiaire. Les amplificateurs en fréquence intermédiaire 20, 21 sont élaborés par les amplificateurs 25,26 associés à un circuit de contrôle automatique de gain constitués des convertisseurs analogiques numériques 30 et 32 et des blocs de contrôle de gain 31,33. Les circuits 40 et 41 de détect ion de la puissance vraie sont connectés au bloc de contrôle 50 chargé d'analyser les variations relatives de puissance, Le bloc de contrôle 50 comporte au moins un microprocesseur et une mémoire de façon à générer une information de commande à l'élément à phase variable 60 en fonction de ces valeurs de puissance mesurées.
Les signaux des canaux n-1 et n+1 sont respectivement filtrés par les filtres en fréquence intermédiaire 10, 11 avant d' être amplifié s par des circuits d'amplification 20, 21. Les signaux amplifiés attaquent les entrées des circuits de détection de puissance 40, 41 qui fournissent au bloc de contrôle 50 deux signaux d'information précise et significative de la puissance vraie dans les canaux n+1 et n-1. Cette information est analysée en permanence en valeur relative par le bloc de contrôle 50. Elle est stockée dans la mé moire du bloc de contrôle. Toute évolution de puissance dans l'un des 2 canaux adjacents n-1 ou n+1 supérieure à un seuil préétabli, déclenche l'émission d'un signal de commande par le bloc de contrôle 50 d'un élément à phase variable 60. Ce signal est à variation monotone, permettant ainsi un déphasage monotone du signal provenant de l'antenne secondaire par l'élément à phase variable qui peut être par exemple un déphaseur commandable en tension.
La modification de la phase du signal de l'une des voies d e réception permet d'opérer une modification progressive et anticipée du signal issu de l'antenne secondaire à combiner, permettant ainsi une réception optimale.
Il en résulte une suppression complète du fading dans le canal utile.
Quand l'information de variation de puissance élaboré e par le détecteur vrai repasse au dessus du seuil prédéfini, la commande du déphaseur reste fixé e sur sa dernière valeur, bloquant ainsi les conditions de réception jusqu'à l'apparition d'un nouveau fading dans les canaux adjacents. L'effet prédictif de l'état des canaux adjacents n-1 et n+1 permet ainsi d'anticiper l'arrivée d'un fading destructif dans le canal utile.
Il en résulte que l'évolution de la commande du déphaseur reste douce et monotone.
On décrira maintenant avec référence à la figure 4 un autre mode de réalisation conforme à l'invention; Dans ce cas, le dispositif de détection de fading du mode de réalisation de l'invention selon la figure 4 se fera sur les signaux issus de 4 canaux adjacents n+1, n-1, n+2, n-2 permettant ainsi une prédiction supplémentaire sur les canaux n+2 et n-2 et ainsi une meilleure protection des fading sélectifs en fréquence.
La chaîne de réception, comme pour le dispositif selon la figure 3, comporte 2 antennes Al et A2 reliées au circuit de combinaison 5, dont l'une par l'intermédiaire d'un déphaseur 60, et au tuner 6 qui permet de sélectionner le canal n choisi, puis à un filtre en fréquence intermédiaire 7 et à un circuit démodulateur 8 pour obtenir un signal S au format MPEG2-TS, dans le cas d'un signal numérique correspondant à la norme DVB -T.
Les signaux des canaux n+1, n-1, n+2, n -2 sont analysés par le dispositif de détection de fading 100. Ils sont alors respectivement filtrés par les filtres en fréquence intermédiaire 10, 11, 12, 13 avant d'être amplifiés par des circuits d'amplification 20, 21, 22, 23... Les signaux amplifiés attaquent les entrées des circuits de détection de puissance 40, 41, 42, 43 qui fournissent au bloc de contrôle 50 quatre signaux d'informations précises et significatives de la puissance moyenne dans les canaux n-2, n-1, n+1, n+2. Ces informations sont analysées en permanence en valeur relative par le bloc de contrôle 50. Elles sont stockées dans la mémoire du bloc de contrôle. Toute évolution de puissance dans l'un des 4 canaux adjacents n-2, n-1, n+1, n+2 supérieure à un seuil préétabli, déclenche l'émission d'un signal de commande de l'élément à phase variable 60. Ce signal est à variation monotone, permettant ainsi un déphasage monotone du sign al provenant de l'antenne secondaire par l'élément à phase variable qui peut être un déphaseur commandable en tension par exemple.
Les signaux des 4 canaux sont donc pris en considé ration permettant une analyse plus fine de l'évolution de la puissance reçue sur ces 4 canaux adjacents. Le système acquiert donc une plus grande prédiction au vu de l'analyse des signaux des canaux n+2 et n -2 et donc une plus grande efficacité.
La figure 5 décrit un mode de réalisation où les signaux à combiner sont issus de p antennes, une antenne principale Al et p-1 antennes secondaires A2, Ap. Chaque signal reçu par une des p-1 antennes secondaires sera déphasé d'une façon optimale par des déphaseur s 60, 61 commandés chacun par un signal différent issu du dispositif de détection de fading 100. Ces signaux déphasés d'une façon optimale seront recombinés avec le signal issu de l'antenne principale par le circuit de combinaison 5. Un canal n est sélectionné par le tuner 6. La partie du signal recombinée correspondant à ce canal n sélectionné est ensuite filtrée par le filtre en fréquence intermédiaire 7 et démodulée par le démodulateur OFDM 8 de façon à obtenir un signal de sortie S au format MPEG2-TS.
Comme pour le mode de réalisation selon la figure 3, les signaux des canaux n-1 et n+1 sont analysés par le dispositif de détection de fading 100. Ils sont donc respectivement filtrés par les filtres en fréquence intermédiaire 10, 11 avant d'être amplifiés par des circuits d'amplification 20, 21. Les signaux amplifiés attaquent les entrées des circuits de détection de puissance 40, 41 qui fournissent au bloc de contrôle 50 deux signaux d'information précise et significative de la puissance moyenne dans les canaux n+1 et n -1. Cette information est analysée en permanence en valeur relative par le bloc de contrôle 50. Elle est stockée dans la mémoire du bloc de contrôle. Toute évolution de puissance dans l'un des 2 canaux adjacents n-1 ou n+1 supérieure à un seuil préétabli, déclenche l'émission de signaux de commande des éléments à phase variable 60, 61. Ces signaux sont à variation monotone, permettant ainsi un déphasage monotone des signaux provenant des antennes secondaires par les éléments à phase variable qui peuvent être par exemple des déphaseurs commandable en tension.
Claims (8)
1) Dispositif de réception de signaux numériques comprenant une antenne principale (A 1) et P-1 antenne s secondaires (A2, AP) pour capter les signaux électromagnétiques en P points, des éléments à phase variable (60, 61) pour déphaser les signaux issus des antennes secondaires; un circuit de combinaison (5) de ces P signaux et une chaîne de réception et de démodulation (7, 8) d'un canal de transmission n sélectionné par un tuner (6) ; caractérisé en ce que il comporte un dispositif de détection de fading (100) des canaux adjacents (n+1, n-1) ou (n+1, n-1, n+2, n-2) au canal n sélectionné, permettant de commander les éléments à phase variable (60,61) pour déphaser les signaux issus des antennes secondaires.
2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de détection de fading (100) comporte des moyens de mesure de la puissance vraie simultanément dans chacun des canaux adjacents et des moyens (50) chargés d'analyser l'évolution relative de la puissance vraie de chacun des canaux adjacents et de générer un signal de commande des éléments à phase variable (60) représentatif de l'évolution relative de la puissance.
3) Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le s dit s moyens de mesure de la puissance simultanée comportent des circuits de filtrage sélectif (10, 11, 12,13) chargés de filtrer en fréquence intermédiaire les signaux des canaux adjacents au canal reçu (n+ 1, n-1, n +2, n-2), des amplificateurs de puissance (20, 21, 22, 23) et des circuits de détection de puissance vraie (40, 41).
4) Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les dits circuits de filtrage sélectif (10, 11,12,13) sont de type à onde de surface.
5) Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens pour générer une commande des éléments à phase variab le comportent un bloc de contrôle (50) géré par un microcontrôleur.
6) Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les éléments à phase variable (60,61) pour déphaser les signa ux issu s de s autres antenne s sont des déphaseurs commandés en tension à variation monotone.
7) Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le nombre des canaux adjacents (n+1, n-1, n+2, n-2) est pair et supérieur ou égal à 2.
8) Dispositif selon la revendication 1 à 7, caractérisé en ce que le système de réception comprend deux antennes: une antenne principale (Al) et une antenne secondaire (A2).
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