FR2896370A1 - Dispositif et methode d'amelioration du rapport porteuse a bruit pour un recepteur a diversite - Google Patents
Dispositif et methode d'amelioration du rapport porteuse a bruit pour un recepteur a diversite Download PDFInfo
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Abstract
La méthode d'amélioration du rapport porteuse à bruit pour un récepteur à diversité, et le dispositif associé, consiste après extraction par déphasage de la composante bruit des signaux à démoduler, à optimiser l'annulation de la composante utile par une boucle de contre réaction agissant sur le déphaseur et à sommer la composante bruit en phase et en opposition de phase avec ces signaux pour améliorer le rapport porteuse à bruit.
Description
L'invention se rapporte à un dispositif et une méthode d'amélioration du
rapport porteuse à bruit pour un récepteur à diversité. Elle s'inscrit notamment dans le cadre du déploiement de réseaux de Télévision Numérique Terrestre (TNT).
Les systèmes de transmission (broadcast) numérique terrestre sont apparus récemment comme le moyen de véhiculer le contenu multimédia vers les concepts mobile, portable d'intérieur (indoor) ou même portatif (hand held). Néanmoins, des problèmes de réception notables dans le cas d'une réception mobile ont été mis en évidence. A la différence d'un signal reçu analogique dont la dégradation est toujours progressive, dans le cas du numérique terrestre, on passe brutalement d'une réception de très bonne qualité à la perte totale de l'image voire des données. Dans le cadre du standard européen DVB-T utilisés pour les transmissions numériques terrestres, il est possible d'obtenir une réception plus robuste par l'utilisation de plus d'une antenne (typiquement 2) et de combiner les signaux issus de chacune des voies réception au sein d'un circuit de traitement numérique . Les signaux issus respectivement de 2 voies réception sont recombinés et on obtient alors un résultat de type MRC Maximum Ratio Combining optimal dans le cadre d'une réception portable d'intérieur (indoor) ou mobile. La diversité est donc désormais l'une des solutions permettant d'améliorer la réception dans un environnement physique donné (fixe ou mobile). Mais elle ne suffit pas pour assurer une bonne qualité de réception. Car dans un environnement perturbé, la réception d'intérieur (indoor) ou mobile est particulièrement difficile en raison à la fois du faible niveau de signal reçu et de rapport de signal à bruit très bas du aux effets de fading pour la réception indoor et à l'effet doppler pour la réception mobile. Des perturbations importantes en bout de chaîne peuvent conduire au final à une rupture brutale de la réception ou à l'apparition de macro blocs sur l'image.
Pour cela, le standard DVB-T indique des valeurs de rapport Porteuse à bruit (C/N) minimum requises pour assurer une transmission sans erreur. Cependant l'expérience et les divers essais terrain effectués montrent que ces valeurs sont insuffisantes. Ainsi il est apparu nécessaire de mettre en oeuvre à la réception des solutions permettant d'améliorer ce rapport porteuse à bruit.
L'invention vise à résoudre ce problème en proposant une méthode d'amélioration du rapport porteuse à bruit d'un signal à démoduler d'au moins deux chaînes de réception d'un récepteur numérique à diversité. Elle consiste, pour deux chaînes de réception synchronisées, à extraire le signal représentant la composante bruit des signaux en annulant la composante utile du signal modulé puis à former une boucle de contre réaction pour optimiser l'annulation de la composante utile et enfin à additionner en phase ce signal représentant la composante bruit à l'un des deux signaux à démoduler et en opposition de phase à l'autre des deux signaux à démoduler.
Cette méthode permet d'améliorer notablement les performances du récepteur en terme de rapport porteuse à bruit (C/N Carrier to Noise Ratio) à l'entrée du démodulateur, afin d'assurer une transmission quasiment sans erreur (QEF Quasi Error Free).
Préférentiellement, l'étape d'extraire la composante bruit des signaux consiste à additionner les deux signaux à démoduler en fréquence intermédiaire, l'un des signaux étant déphasé de 180 . Préférentiellement, la boucle de contre réaction consiste à introduire un 20 déphasage complémentaire sur le signal déphasé de manière à optimiser l'annulation du signal utile.
L'invention consiste également en un dispositif pour améliorer le rapport porteuse à bruit d'un signal à démoduler d'au moins deux chaînes de 25 réception d'un récepteur numérique à diversité, chaque chaîne comportant en amont du dispositif un élément tuner et en aval un démodulateur. Le dispositif comprend, pour deux chaînes de réception comportant des tuners synchronisés, - des moyens pour extraire le signal représentant la composante bruit des 30 signaux de deux chaînes de réception; - des moyens formant une boucle de contre réaction pour minimiser le résidu de signal utile à fréquence intermédiaire en sortie du sommateur ; - des moyens de sommation en phase de ce signal représentant la composante bruit avec l'un des deux signaux à démoduler et en opposition de phase de ce signal avec l'autre des deux signaux à démoduler pour minimiser les contributions corrélées de bruit sur chaque voie.
De préférence, les moyens pour extraire la composante bruit des signaux 5 comportent un sommateur pour sommer en opposition de phase les signaux en fréquence intermédiaire des deux chaînes de réception. De préférence, les moyens formant la boucle de contre réaction comportent un mélangeur piloté à la fréquence d'un oscillateur local identique à la fréquence intermédiaire, un filtre passe bas pour isoler la composante continue résultante 10 et un amplificateur d'erreur délivrant la tension de commande du déphaseur pour introduire un déphasage complémentaire sur le signal déphasé.
L'invention consiste également en un récepteur numérique à diversité comportant au moins deux chaînes de réception et intégrant dans au moins 15 deux des chaînes de réception un dispositif pour améliorer le rapport porteuse à bruit du signal à démoduler.
Les caractéristiques et avantages de l'invention mentionnée ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description 20 suivante, faite en relation avec les dessins joints, dans lesquels : - la figure 1 représente schématiquement un récepteur à diversité doté du dispositif selon l'invention. La figure 1 représente schématiquement un récepteur à diversité doté du dispositif selon l'invention. Il comprend classiquement, tel que connu par 25 l'homme de l'art, au moins 2 antennes Al, A2 pour recevoir en diversité les signaux électromagnétiques. Une chaîne de réception est associée à chaque antenne. Elle comprend principalement un élément tuner 11, 12 et un élément de démodulation 13, 14 pour sélectionner et démoduler le signal reçu. Le dispositif selon l'invention est intercalé, comme le représente la figure 1, 30 entre les éléments tuner et démodulateurs de deux chaînes de réception de signaux UHF associées aux antennes Al et A2. Bien entendu le récepteur peut comporter plusieurs chaînes de réception associées chacune à une antenne. Il sera possible d'intercaler plusieurs dispositifs selon l'invention entre diverses paires de chaîne de réception, par exemple entre les chaînes associées aux antennes Al et A2 ou à d'autres antennes. Toutes les combinaisons sont possibles sachant que le principe de l'invention repose sur la comparaison des signaux issus de deux chaînes séparées pour améliorer le rapport signal sur bruit. Une synchronisation entre les 2 chaînes sélectionnées est réalisée au niveau des 2 synthétiseurs pilotant les 2 tuners par l'utilisation d'une horloge de référence commune. Les signaux en fréquence intermédiaire IF1, IF2, sélectionnés par le tuner 11, 12 en entrées (El et E2) du dispositif 4, sont donc synchronisés et ont un rapport porteuse à bruit C1/N1. En sortie S1 et S2 du dispositif 4, les signaux IF1' et IF2' ont un rapport porteuse à bruit C2/N2 et sont ensuite appliquées sur les démodulateurs 13 et 14 respectivement pour être démodulés puis recombinés par un circuit MRC 15 d'une manière bien connue de l'homme du métier.
Afin d'assurer une transmission sans erreur (QEF Quasi Error Free) les performances du récepteur en terme de rapport porteuse à bruit à l'entrée du démodulateur C2/N2 doivent être améliorer notablement dans le cadre d'une réception indoor ou d'un contexte de mobilité.
Le dispositif 4 comporte une boucle de rétroaction permettant l'annulation de la composante utile des signaux modulés à fréquence intermédiaire IF1, IF2. Le principe de base du procédé mis en oeuvre ici repose d'une part sur la nature aléatoire du bruit généré dans une chaîne de réception et d'autre part sur le très large gain nécessaire pour convertir le signal UHF reçu par l'antenne en fréquence intermédiaire. Ce gain contrôlé par le démodulateur OFDM par la boucle de contrôle de gain AGC permet d'absorber toute la dynamique de réception et peut atteindre par exemple 70 à 80dB selon la configuration de réception et la modulation transmise. Il en résulte que les composantes de bruit résultantes générées dans les deux chaînes distinctes de réception et transposées en fréquence intermédiaire respectivement en IF1 et IF2 sont décorrélées.
Comme vu précédemment, l'emploi d'une référence commune pilotant les synthétiseurs respectifs des deux tuners rend les signaux reçus transposés en fréquence intermédiaire IF1, IF2 synchrones. Il en résulte donc qu'une sommation en opposition de phase des signaux à fréquence intermédiaire IF1 et IF2 affectés du filtrage canal annule la composante utile du signal modulé tout en conservant une composante de bruit.
Un déphaseur 21 permet de déphaser un des signaux en fréquence intermédiaire issu d'une des voies de réception. Ces deux signaux sont ensuite sommés par le sommateur 22. La sommation en opposition de phase des signaux à fréquence intermédiaire IF1 et IF2 devrait permettre d'annuler donc le signal à transmettre, dit signal utile, tout en conservant la composante de bruit. Or cette annulation de la composante utile du signal modulé ne se fait pas totalement. La composante bruit accompagnée d'une composante résiduelle se retrouve donc en sortie du sommateur 22. Une boucle de rétroaction, constitué d'un mélangeur 23, d'un filtre passe bas 24 et d'un amplificateur d'erreur 25 permet d'optimiser l'annulation de cette composante utile en délivrant un signal de commande au circuit déphaseur 21. Pour cela, le mélangeur 23 est piloté à la fréquence de l'oscillateur local LO 26, identique à la fréquence de l'oscillateur local, générateur de fréquence intermédiaire des tuners -dans notre exemple cette fréquence est de 36MHz. Le filtre passe bas 24 permet d'isoler la composante continue résultante du signal bruit en fréquence intermédiaire. Cette composante est comparée à un signal de référence par l'amplificateur d'erreur 25 qui délivre une tension de commande au déphaseur 21. Le déphasage complémentaire introduit par ce déphaseur va permettre lors de la sommation du signal déphasé IF2 et du signal non déphasé IF1 d'obtenir un signal résultant B correspondant donc à la composante bruit des signaux en fréquence intermédiaire IF1 et IF2. La deuxième partie du dispositif 4 met en oeuvre l'étape suivante du procédé selon l'invention. Cette partie comporte un élément de déphasage 33 pour déphaser le signal de rr et des sommateurs 31, 32. Ils permettent de corréler une partie de la composante bruit résultante B en phase et en opposition de phase avec le signal présent sur les entrées respectives correspondant à la voie 1 ou à la voie 2. Il en résulte que l'on est ainsi en mesure de minimiser les contributions corrélées de bruit sur chaque voie par une sommation en phase et en opposition de phase.
Expérimentalement et à titre d'exemple, le concept décrit ici procure un gain sur le rapport porteuse à bruit C/N allant jusqu'à 4dB sur une des voies en entrée des démodulateurs. En mode de réception mobile, l'écart nécessaire sur le rapport porteuse à bruit C/N par rapport à une réception en mode fixe peut être de 8dB pour une modulationl6QAM 2/3. Pour d'autres types de modulation, par exemple 16QAM 1/2 ou 16QAM 3/4 ou encore 64QAM 2/3, en mode de réception mobile ou portable, ces écarts auront des valeurs similaires de l'ordre de 7 ou 8 dB. Pour un C/N requis minimum donné une réduction du bruit de 4dB est équivalente à un gain de sensibilité de 4dB. Ce gain étant simultanément présenté sur les deux entrées des démodulateurs, le gain apporté par la diversité est d'autant amélioré.
Avec un tel dispositif, il est donc possible d'envisager de recevoir des débits d'information supérieurs pour une configuration de réception donnée. Un récepteur en mobile étant en situation limite de réception d'une émission en modulation de type 16-QAM 2/3 pour laquelle le C/N requis est de 15dB pourra grâce au dispositif proposé ou recevoir plus confortablement cette émission ou recevoir des émissions en 64-QAM 2/3 pour laquelle le C/N requis est de 19dB.
Il apparaît donc clairement que le dispositif proposé ici permet, dans le cadre d'une réception numérique terrestre à diversité, d'augmenter sensiblement les performances du récepteur par une amélioration notable du rapport signal à bruit avant démodulation. Il en résulte soit un meilleur taux de couverture pour une configuration fixe soit une amélioration des performances de réception pour les modes Mobile et Portable les plus critiques soit comme décrit précédemment la possibilité de recevoir des débits d'information supérieur pour une configuration de réception donnée.
Claims (7)
1. Méthode d'amélioration du rapport porteuse à bruit d'un signal à démoduler d'au moins deux chaînes de réception d'un récepteur numérique à diversité, caractérisée en ce qu'elle comprend pour deux chaînes de réception synchronisées les étapes suivantes : - extraire le signal B représentant la composante bruit des signaux en annulant la composante utile du signal à démoduler; - former une boucle de contre réaction pour optimiser l'annulation de la composante utile ; - additionner en phase le signal B représentant la composante bruit à l'un des deux signaux à démoduler et en opposition de phase à l'autre des deux signaux à démoduler.
2. Méthode d'amélioration du rapport porteuse à bruit d'un signal selon la revendication 1 caractérisée en ce que l'étape d'extraire la composante bruit des signaux consiste à additionner les deux signaux à démoduler en fréquence intermédiaire, l'un des signaux étant déphasé de 180 .
3. Méthode d'amélioration du rapport porteuse à bruit d'un signal selon la revendication 2 caractérisée en ce que la boucle de contre réaction consiste à introduire un déphasage complémentaire sur le signal déphasé.
4. Dispositif pour améliorer le rapport porteuse à bruit d'un signal à démoduler d'au moins deux chaînes de réception d'un récepteur numérique à diversité, situé en aval d'un élément tuner (11, 12) et en amont d'un démodulateur (13, 14), caractérisé en ce que, pour deux chaînes de réception comportant des éléments tuners (11, 12) synchronisés, il comprend : - des moyens (21, 22) pour extraire le signal B représentant la composante bruit des signaux de deux chaînes de réception; - des moyens (23, 24, 25, 26) formant une boucle de contre réaction afin d'optimiser l'annulation de la composante utile ;- des moyens de sommation (31, 32, 33) en phase de ce signal B représentant la composante bruit avec l'un des deux signaux à démoduler et en opposition de phase de ce signal avec l'autre des deux signaux à démoduler pour minimiser les contributions corrélées de bruit sur chaque voie.
5. Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce que les moyens pour extraire le signal B représentant la composante bruit des signaux comportent un sommateur (22) pour sommer les signaux à démoduler en fréquence intermédiaire en opposition de phase des deux chaînes de réception.
6. Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que les moyens formant la boucle de contre réaction comportent un mélangeur (23) piloté à la fréquence d'un oscillateur local (20) identique à la fréquence intermédiaire, un filtre passe bas (24) pour isoler la composante continue résultante et un amplificateur d'erreur (25) délivrant la tension de commande du déphaseur (21) pour introduire un déphasage complémentaire sur le signal déphasé.
7. Récepteur numérique à diversité comportant au moins deux chaînes de réception et intégrant dans au moins deux des chaînes de réception, en aval des démodulateurs, un dispositif selon les revendications 4 à 6 pour améliorer le rapport porteuse à bruit du signal à démoduler. 30
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