FR2911462A1

FR2911462A1 - Procede et dispositif de filtrage et de conversion analogique/numerique d'un signal analogique.

Info

Publication number: FR2911462A1
Application number: FR0850113A
Authority: FR
Inventors: Loic Joet
Original assignee: STMicroelectronics SA
Current assignee: STMicroelectronics SA
Priority date: 2007-01-17
Filing date: 2008-01-09
Publication date: 2008-07-18
Anticipated expiration: 2028-01-09
Also published as: FR2911462B1; US20080169871A1; US7705760B2

Abstract

L'invention concerne un procédé de filtrage et de conversion analogique/numérique d'un signal analogique incident comprenant :- un filtrage analogique du signal analogique incident de façon à filtrer les composantes fréquentielles situées en-dehors d'une plage fréquentielle désirée,- une conversion du signal analogique filtré en un signal numérique,- une remise en forme du signal numérique dans une forme sensiblement identique, au moins dans ladite plage fréquentielle désirée, à la forme du signal analogique incident et- un filtrage numérique final du signal numérique remis en forme de façon à filtrer les composantes fréquentielles situées en dehors de ladite plage fréquentielle désirée.

Description

B08/0049FR /GBO 06-GR1-024FR-NP1

Société Anonyme dite : STMicroelectronics SA Procédé et dispositif de filtrage et de conversion analogique/numérique d'un signal analogique

Invention de : JOET Loïc Demande déposée sous priorité interne de la demande N 07 52722, déposée le 17 janvier 2007

Procédé et dispositif de filtrage et de conversion analogique/numérique d'un signal analogique La présente invention concerne le traitement d'un signal analogique, et plus particulièrement le filtrage et la conversion analogique/numérique d'un tel signal. L'invention s'applique avantageusement mais non limitativement au traitement des signaux, en particulier radiofréquences, comportant une pluralité de canaux fréquentiels et subissant une ou plusieurs transpositions de fréquence pour sélectionner un canal particulier. C'est le cas par exemple pour des signaux de télévision numérique terrestre, ou plus généralement pour des signaux véhiculés dans les systèmes de transmission à multiplexage fréquentiel.

Un signal analogique incident, par exemple résultant d'une ou de plusieurs transpositions de fréquences d'un signal de base, comportant des informations situées dans une plage fréquentielle désirée (canal sélectionné par exemple) et des composantes fréquentielles situées en-dehors de ladite plage fréquentielle désirée (canaux adjacents au canal sélectionné), est généralement destiné à être converti sous forme numérique pour subir ensuite des traitements spécifiques, comme par exemple des traitements de décodage de canal comportant notamment une démodulation et des traitements de décodage de source.

Avant d'effectuer la conversion analogique/numérique, on filtre généralement le signal incident de façon à filtrer les composantes fréquentielles situées en-dehors de la plage fréquentielle désirée (filtrage des canaux adjacents résiduels par exemple). L'idéal serait de pouvoir filtrer avec une fonction de transfert de filtrage élaborée permettant une déformation minimale du signal dans la bande utile (canal sélectionné) et une coupure nette en-dehors. Cependant, pour des raisons d'encombrement et de coûts, les filtres analogiques utilisés sont d'ordre bas et ne peuvent donc pas présenter de fonction de transfert élaborée. Si on veut une bonne coupure des adjacents pour limiter la dynamique du convertisseur analogique/numérique, la déformation de la bande (en amplitude et en déphasage) va s'en trouver d'autant plus importante, et la démodulation sera erronée. Si on veut préserver l'intégrité de la bande, le filtrage sera sous-dimensionné et la dynamique à l'entrée du convertisseur analogique/numérique s'en trouvera d'autant plus grande. I1 est ainsi proposé, par exemple, un dispositif et un procédé permettant d'améliorer la conversion analogique/numérique tout en supprimant efficacement les composantes fréquentielles non-utiles (canaux adjacents par exemple) et en préservant une intégrité satisfaisante de la bande utile du signal (canal sélectionné par exemple).

Selon un aspect, il est proposé un procédé de filtrage et de conversion analogique/numérique d'un signal analogique incident comprenant : - un filtrage analogique du signal analogique incident de façon à filtrer les composantes fréquentielles situées en-dehors d'une plage fréquentielle désirée, - une conversion du signal analogique filtré en un signal numérique, - une remise en forme du signal numérique dans une forme sensiblement identique, au moins dans ladite plage fréquentielle désirée, à la forme du signal analogique incident et - un filtrage numérique final du signal numérique remis en forme de façon à filtrer les composantes fréquentielles situées en dehors de ladite plage fréquentielle désirée. La plage fréquentielle désirée est par exemple la largeur de bande du signal utile ou la largeur du canal fréquentiel désiré. Le filtrage analogique a ainsi pour but de filtrer par exemple les résidus de canaux adjacents. De cette façon, le filtrage analogique permet d'une part de limiter la dynamique d'entrée du convertisseur analogique/numérique, et d'autre part d'adapter la fréquence d'échantillonnage du convertisseur analogique/numérique à la largeur de bande du signal utile. La conversion analogique/numérique se trouve ainsi améliorée par rapport au signal utile à convertir. Cependant, en particulier lorsque l'ordre du filtre analogique est bas, par exemple inférieur ou égal à 2, pour obtenir une bonne coupure des adjacents , le filtrage analogique entraîne également une déformation du signal utile dans la plage fréquentielle désirée. Cette déformation a pour conséquence une perte d'informations ou une dégradation du signal utile. L'étape de remise en forme permet notamment de corriger la déformation du signal provoquée par le filtrage analogique. On peut ainsi, malgré un filtrage analogique d'ordre bas, par exemple d'ordre 1, d'une part limiter la dynamique du convertisseur analogique/numérique, et d'autre part limiter la dégradation du signal utile. L'étape de remise en forme permet de récupérer, au moins sur la plage fréquentielle désirée, un signal identique ou quasi-identique au signal incident avant filtrage analogique. Le filtrage numérique final permet alors de filtrer les fréquences situées en-dehors de la plage fréquentielle désirée. Ce filtrage final est effectué numériquement et peut donc présenter une fonction de transfert élaborée et adaptée au spectre du signal à filtrer, sans être encombrant ni coûteux pour autant. I1 permet aussi de filtrer efficacement les adjacents sans déformation de la bande utile du signal. On reporte ainsi l'étape de filtrage du signal utile durant la partie de traitement numérique. I1 est en effet plus facile et moins coûteux de réaliser une fonction de transfert élaborée avec un filtre numérique qu'avec un filtre analogique. De plus on limite la dynamique du convertisseur analogique/numérique lors de la conversion du signal, tout en évitant la perte d'information ou la dégradation du signal utile. Selon un mode de mise en oeuvre, la remise en forme est effectuée au sein d'un filtre numérique de remise en forme ayant une fréquence de travail égale à la fréquence d'échantillonnage de la conversion analogique/numérique et présentant une fonction de transfert inverse de la fonction de transfert du filtrage analogique au moins dans ladite plage fréquentielle désirée. On obtient donc, à la sortie du filtre de remise en forme, dans la plage fréquentielle, un signal identique à celui qu'on aurait obtenu en absence de filtrage analogique. La fonction de transfert du filtre numérique de remise en forme peut être calculée à partir de la fonction de transfert du filtrage analogique. La conversion d'une fonction de transfert analogique en fonction de transfert numérique est classique pour l'homme du métier.

Ce calcul est de plus simplifié par le fait que la fréquence de travail du filtre numérique est égale à la fréquence d'échantillonnage. Selon un autre mode de mise en oeuvre, la remise en forme est effectuée au sein d'un filtre numérique de remise en forme ayant une fréquence de travail différente, de préférence inférieure à la fréquence d'échantillonnage de la conversion analogique/numérique, et présentant une fonction de transfert résultant d'une approximation de l'inverse de la fonction de transfert du filtrage analogique, au moins dans ladite plage fréquentielle désirée. Ce mode de mise en oeuvre concerne plus particulièrement le cas où le convertisseur analogique/numérique sur-échantillonne le signal analogique. Le sur-échantillonnage permet d'obtenir un signal numérique plus fidèle au signal analogique. Cependant, il n'est pas nécessaire d'utiliser la même fréquence de sur-échantillonnage pour le traitement numérique. Ainsi, il est fréquent d'utiliser une fréquence de travail plus petite que la fréquence d'échantillonnage. Dans ce cas, le calcul de l'équivalent numérique de la fonction de transfert inverse du filtrage analogique se fait de manière différente et peut en particulier être calculé plus facilement par approximation dans la plage fréquentielle désirée.

Plus précisément, le filtre numérique de remise en forme a par exemple une fonction de transfert dont les coefficients résultent d'une approximation de l'inverse de la fonction de transfert du filtrage analogique, au moins dans ladite plage fréquentielle désirée, et la détermination des coefficients comporte avantageusement une sélection de fréquences de référence choisies dans ladite plage fréquentielle désirée et, pour chacune de ces fréquences de référence, une minimisation de l'écart entre la valeur correspondante de la fonction de transfert inverse du filtrage analogique et la valeur correspondante de la fonction de transfert du filtre de remise en forme. En d'autres termes, la fonction de transfert du filtre de remise en forme est calculée dans cet exemple en considérant un nombre fini de fréquences choisies dans la plage fréquentielle désirée et pour lesquelles on minimise l'écart entre la valeur réelle de la fonction de transfert de filtre de remise en forme et la valeur souhaitée égale à l'inverse de la fonction de transfert du filtrage analogique. Préférentiellement, les fréquences de références sont choisies de manière uniforme dans la plage fréquentielle désirée. Le choix uniforme des fréquences de référence permet d'obtenir une approximation correcte de la fonction de transfert inverse du filtrage analogique par la fonction de transfert du filtre de remise en forme sur toute la largeur de la plage fréquentielle désirée. L'ordre du filtrage analogique peut être choisi égal à 1 et l'approximation de l'inverse de la fonction de transfert du filtrage analogique dépend alors de l'ordre du filtre numérique de remise en forme. Dans ce cas, les coefficients de la fonction de transfert du filtre numérique sont plus faciles à calculer. La fonction de transfert du filtre de remise en forme est par exemple du type à réponse impulsionnelle finie. La fonction de transfert peut alors s'écrire sous une forme polynomiale dont seuls les coefficients sont à déterminer. En particulier, des méthodes de minimisation d'écart permettent de déterminer les coefficients pour ce type de filtre.

Préférentiellement, on effectue la remise en forme et le filtrage numérique final au sein d'un même filtre dont la fonction de transfert, au moins dans la plage fréquentielle désirée, est égale au produit de la fonction de transfert du filtre de remise en forme par la fonction de transfert du filtre numérique final.

Ce mode de mise en oeuvre peut être appliqué que la fréquence de travail du filtre soit égale ou différente de la fréquence d'échantillonnage. Ce mode de mise en oeuvre permet d'effectuer l'étape de remise en forme et l'étape de filtrage numérique final en même temps. Cela permet d'éviter l'obtention d'un signal numérique avec un grand nombre de bits entre le filtre de remise en forme et le filtrage numérique final, en raison de la remise en forme du signal même en-dehors de la plage fréquentielle désirée. I1 suffit pour cela de multiplier les deux fonctions de transfert pour n'en obtenir qu'une. Le signal obtenu à la sortie du filtre reste le même mais la réalisation du dispositif s'en trouve simplifiée. Dans une application particulière, le signal incident est un signal en bande de base résultant d'une transposition de fréquence d'un signal initial radiofréquence.

Le filtrage des canaux adjacents et des fréquences situées en-dehors de la largeur de bande du signal, après transposition, peut alors être effectué de manière relativement aisée à l'aide d'un filtre passe-bas. L'ordre du filtre va donc déterminer la pente de coupure du filtre et donc l'efficacité du filtrage sur les fréquences des canaux adjacents.

Grâce aux étapes de remise en forme et de filtrage numérique final, le signal numérique obtenu en sortie du filtre numérique final correspondra au signal utile incident quasiment débarrassé des canaux adjacents. Selon un autre aspect, il est proposé un dispositif de filtrage et de conversion analogique/numérique comprenant : - une entrée pour recevoir un signal analogique incident, - un filtre analogique apte à filtrer le signal incident de façon à filtrer les composantes fréquentielles situées en dehors d'une plage fréquentielle désirée, - un convertisseur analogique/numérique apte à convertir le signal analogique filtré en un signal numérique, - des moyens de remise en forme aptes à remettre en forme le signal numérique dans une forme sensiblement identique à la forme initiale du signal incident, au moins dans la plage fréquentielle désirée, et - des moyens additionnels de filtrage aptes à effectuer un filtrage numérique final du signal numérique remis en forme de façon à filtrer les composantes fréquentielles situées en-dehors de ladite plage fréquentielle désirée. Selon un mode de réalisation, les moyens de remise en forme comportent un filtre numérique de remise en forme ayant une fréquence de travail égale à la fréquence d'échantillonnage du convertisseur analogique/numérique et présentant une fonction de transfert inverse de la fonction de transfert du filtre analogique au moins dans ladite plage fréquentielle désirée. Selon un autre mode de réalisation, les moyens de remise en forme comportent un filtre numérique de remise en forme ayant une fréquence de travail différente et de préférence inférieure à la fréquence d'échantillonnage du convertisseur analogique/numérique et présentant une fonction de transfert résultant d'une approximation de l'inverse de la fonction de transfert du filtre analogique au moins dans la plage fréquentielle désirée.

Le filtre numérique de remise en forme a par exemple une fonction de transfert dont les coefficients résultent d'une approximation de l'inverse de la fonction de transfert du filtrage analogique, au moins dans ladite plage fréquentielle désirée, et les coefficients sont par exemple déterminés de sorte que pour chaque fréquence prise dans un groupe de fréquences de référence choisies dans ladite plage fréquentielle, l'écart entre la valeur correspondante de la fonction de transfert inverse du filtre analogique et la valeur correspondante de la fonction de transfert du filtre de remise en forme est minimal.

L'ordre du filtrage analogique peut être choisi égal à 1 et l'approximation de l'inverse de la fonction de transfert du filtrage analogique dépend alors de l'ordre du filtre numérique de remise en forme.

Le filtre de remise en forme est par exemple du type à réponse impulsionnelle finie. Préférentiellement, les moyens de remise en forme et les moyens additionnels de filtrage numérique comportent un même filtre dont la fonction de transfert est égale au produit de la fonction de transfert du filtre de remise en forme par la fonction de transfert du filtre numérique final. Le dispositif peut être réalisé sous la forme d'un circuit intégré.

Selon un autre aspect, il est proposé un récepteur de signal radio-fréquence comprenant un étage de transposition de fréquence apte à délivrer le signal incident et un dispositif de filtrage et de conversion analogique/numérique tel que défini précédemment connecté à la sortie de l'étage de transposition de fréquence.

D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront à l'examen de la description détaillée de modes de mise en oeuvre et de réalisation, nullement limitatifs, et des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est un schéma synoptique de la structure interne d'un mode de réalisation d'un dispositif ; - la figure 2 illustre de manière schématique les différentes étapes du procédé de traitement du signal analogique incident selon un premier mode de mise en oeuvre ; - la figure 3 illustre de manière schématique les différentes étapes du procédé de traitement du signal analogique incident selon un deuxième mode de mise en oeuvre ; - la figure 4 illustre schématiquement les diagrammes fréquentiels des fonctions de transfert inverse et approximée d'un filtrage analogique ; -la figure 5 illustre schématiquement les diagrammes de phase des fonctions de transfert inverse et approximée d'un filtrage analogique. Sur la figure 1, la référence REC désigne un récepteur d'un signal radio-fréquence. Le récepteur REC comprend une antenne ANT captant le signal, un étage ETA de traitement analogique du signal et un étage ETN de traitement numérique du signal. L'étage ETA de traitement analogique et l'étage ETN de traitement numérique sont séparés par un étage de conversion analogique/numérique CANI et CANQ.

On considère que le signal capté par l'antenne ANT comprend, par exemple, plusieurs canaux fréquentiels présentant chacun une fréquence centrale propre à chaque canal et une largeur identique qu'on appellera plage fréquentielle . L'étage ETA de traitement analogique comporte en tête un amplificateur faible bruit LNA connecté à l'antenne ANT. Cet amplificateur LNA est suivi d'un premier étage de transposition de fréquence formé ici de deux mélangeurs MXI et MXQ. Chaque mélangeur MXI et MXQ reçoit respectivement, d'une part le signal issu de l'amplificateur LNA et d'autre part, un signal de transposition mutuellement déphasés de 90 . Ces signaux de transposition sont issus par exemple d'un oscillateur commandé en tension VCO. Le signal de transposition a une fréquence égale à la fréquence centrale du canal désiré. En conséquence, le signal utile se retrouve avec une fréquence centrale égale ou environ égale à la fréquence nulle. En d'autres termes, on obtient en sortie des deux mélangeurs MXI et MXQ, sur les deux voies de traitement I et Q, deux signaux analogiques en quadrature, en bande de base, c'est-à-dire présentant le signal utile centré autour de la fréquence nulle. Dans la suite du texte, on ne décrira maintenant que l'une des deux voies de traitement, par exemple la voix I, étant bien entendu que la voie Q présente une structure analogue. A la sortie du mélangeur MXI, est disposé un filtre passe-bas analogique FPBAI. Le filtre FPBAI a pour but de filtrer les canaux adjacents au signal utile, c'est-à-dire les canaux situés au-delà de la plage fréquentielle du canal désiré et centré sur la fréquence nulle. Le filtre FPBAI est un filtre analogique d'ordre de filtrage bas. Dans le cas particulier d'un filtre passe-bas d'ordre 1 et de fréquence de coupure fo, cela signifie qu'un signal à une fréquence égale à 10.fo sera atténué de 20 décibels. Si on souhaite avoir une atténuation plus importante à la fréquence 10.fo, soit on choisit un filtre d'ordre plus élevé (un filtre d'ordre 2 donnera une atténuation de 40 décibels à 10.fo), soit on choisit une fréquence de coupure f'o plus petite que fo (car l'atténuation augmente entre 10.f'o et 10.fo).

L'ordre du filtre étant fixé pour des raisons de coût, d'encombrement et de réalisation, un filtrage efficace des canaux adjacents se fait en choisissant une fréquence de coupure située dans la plage fréquentielle désirée, c'est-à-dire dans le canal désiré. Cela a cependant comme conséquence de filtrer également le signal utile.

Ainsi, pour les fréquences de la plage fréquentielle désirée qui sont plus grandes que la fréquence de coupure, l'atténuation est d'au moins 3 décibels (cela correspond à l'atténuation de la fréquence de coupure). Le filtre FPBAI déforme donc une partie du signal. En contrepartie, les canaux adjacents sont filtrés malgré l'ordre bas du filtre FPBAI. Ainsi, la conversion analogique/numérique du signal obtenu en sortie du filtre FPBAI nécessitera une dynamique moins élevée, c'est-à-dire un nombre de bits plus petit. Le signal analogique en sortie du filtre FPBAI est numérisé dans un convertisseur analogique/numérique CANI. Idéalement, l'échantillonnage permet de conserver l'intégralité de l'information lorsque la fréquence d'échantillonnage est égale à au moins deux fois la fréquence la plus élevée du signal à échantillonner. Grâce à la fréquence de coupure du filtre FPBAI choisie volontairement basse, la fréquence d'échantillonnage pourra également être choisie basse. De plus, comme le filtrage analogique a été important, la quantité d'informations du signal filtré, y compris en dehors du signal utile, est réduite. Le signal peut alors être numérisé avec un nombre plus petit de bits. On va décrire maintenant plus en détail la structure interne de l'étage ETN de traitement numérique. L'étage ETN comprend un filtre de remise en forme FRFI. Le filtre FRFI est un filtre numérique, par exemple un filtre à réponse impulsionnelle finie dont la fonction de transfert est choisie égale ou sensiblement égale à l'inverse de la fonction de transfert du filtre FPBAI sur au moins la plage fréquentielle désirée, c'est-à-dire dans le canal du signal désiré. Ce filtre FRFI permet de reconstruire le signal incident aussi bien à l'intérieur qu'en-dehors de la plage fréquentielle désirée. On retrouve donc en sortie du filtre FRFI un signal proche de celui sortant du mélangeur MXI. On effectue alors à nouveau un filtrage numérique, par exemple passe-bas ou passe-bande, afin de filtrer à nouveau les canaux adjacents remis en forme par le filtre FRFI. L'étage ETN de traitement numérique comprend ainsi un filtre FPBNI numérique permettant de filtrer les canaux adjacents. Cependant, le filtre numérique FPBNI peut maintenant présenter un ordre élevé, puisqu'il est plus facile, moins encombrant et moins coûteux de réaliser un filtre numérique d'ordre élevé qu'un filtre analogique d'ordre élevé. I1 est donc possible de réaliser un filtre FPBNI capable de filtrer les canaux adjacents en déformant peu ou pas le signal utile. Ainsi, grâce au dispositif tel que décrit, il est possible de réaliser le filtrage du signal utile avec un filtre numérique sans avoir besoin pour autant d'un convertisseur analogique-numérique présentant une dynamique élevée. Le filtre FRFI et le filtre FPBNI peuvent être réalisés au sein d'un même filtre numérique FNI. I1 suffit pour cela de multiplier les fonctions de transfert respectives des deux filtres FRFI et FPBNI et de réaliser numériquement le filtre FNI qui en résulte. La réalisation d'un seul et même filtre réalisant à la fois la remise en forme du signal et le filtrage passe-bas d'ordre élevé, permet de simplifier la réalisation du dispositif et d'améliorer le signal utile obtenu. Le signal final obtenu sur la voie I est alors envoyé à un bloc BTDS de traitement et de démodulation du signal. Le bloc BTDS reçoit également un signal de la voie Q et peut alors effectuer les traitements classiques de décodage de canal, notamment la démodulation, et de source. Le bloc BTDS peut être réalisé de façon logicielle au sein d'un processeur.

La figure 2 représente un diagramme sur lequel sont rappelées les différentes étapes de mise en oeuvre d'un procédé selon un aspect. Ainsi, il est prévu une première étape 1 durant laquelle on effectue un filtrage analogique du signal incident. Le filtrage analogique est choisi ici volontairement bas, c'est-à-dire qu'on filtre également au moins une partie du signal utile, afin de limiter la largeur fréquentielle du signal filtré. Dans une seconde étape 2, on convertit le signal analogique en signal numérique. Grâce au filtrage analogique, le signal numérique nécessite un nombre de bits moins important. Dans une troisième étape 3, on remet en forme le signal numérique afin de compenser la déformation du signal utile. Cette remise en forme peut être effectuée notamment en utilisant un filtre dont la fonction de transfert est égale à l'inverse de celle du filtrage analogique. Une fois le signal numérique remis en forme, on filtre à nouveau les canaux adjacents car ils ont également été remis en forme durant la troisième étape 3. Ainsi, la quatrième étape 4 comprend un filtrage numérique du signal remis en forme afin de ne garder que le signal utile. En particulier, le filtrage numérique final peut être effectué avec un ordre beaucoup plus élevé que le filtrage analogique, ce qui permet le filtrage des canaux adjacents sans la déformation du signal utile. On va maintenant décrire plus en détail la troisième étape 3.

On considère dans un premier mode de mise en oeuvre que le filtre FRFI de remise en forme est cadencé à une fréquence de travail égale à la fréquence d'échantillonnage du convertisseur analogique/numérique CANI. Le filtre FRFI présente alors une fonction de transfert égale à l'inverse de la fonction de transfert du filtre FPBAI.

Par exemple, le filtre FPBAI est un filtre d'ordre 1 dont la fonction de transfert équivalente F en numérique s'écrit sous la forme : F41= 1 - -2 i F~ 1 -Se où (3 est un entier et Fs est la fréquence d'échantillonnage. Le filtre FRFI est alors choisi de façon à présenter une fonction de transfert H égale à : HI;f=F'_i (fj_ -. 15 L'homme du métier saura aisément réaliser cette fonction de transfert H en numérique.

On considère dans un deuxième mode de mise en oeuvre le cas où le filtre FRFI est cadencé à une fréquence de travail Fs/Ndi, différente de celle d'échantillonnage Fs du convertisseur analogique/numérique CANI. La fonction H ne peut plus être déterminée comme précédemment et la fonction de transfert du filtre

20 FRFI de remise en forme est alors une approximation Happrox de

l'inverse H de la fonction de transfert du filtre FPBAI. Cette

approximation Happrox est la plus proche de la fonction H dans la bande

du signal que l'on souhaite remettre en forme.

La figure 3 représente un diagramme de détermination d'une

25 fonction de transfert approximative de la fonction H. On considère le cas dans lequel le filtre FRFI est un filtre à réponse impulsionnelle finie d'ordre Nfir. La fonction de transfert Happrox du filtre FRFI s'écrit alors sous la forme : f 2f i 1.7fNdli•'F , EN{ ivF H,prax 0[1~ ~t s ...}ë?14fir 30 La détermination de la fonction de transfert approximée Happrox

comporte la détermination des coefficients [ao ;ai ;... ;aNfir-1] 2 i IIéfir -- 1 ?f Ndiv F minimisant l'écart entre la fonction de transfert H et la fonction Happrox sur la largeur de bande du signal utile. Dans une première étape 10, on choisit donc la forme de la fonction de transfert Happrox et plus particulièrement l'ordre de la fonction de transfert Happrox qui fournit le nombre de coefficients [ao ;ai ;... ;aNfir_i] à déterminer. Dans une deuxième étape 20, on choisit un nombre fini de fréquences de référence f2, ..., fNfrq pour lesquelles on va minimiser l'écart entre les deux fonctions de transfert H et HapproX. Le choix de ces fréquences et leur nombre vont déterminer directement la précision de l'approximation, ainsi que la complexité du calcul de HapproX. Ainsi, on choisit préférablement des fréquences de référence uniformément réparties dans la plage fréquentielle désirée. On construit alors un vecteur Fref dont les coordonnés sont les fréquences de référence déterminées précédemment, puis, dans une troisième étape 30, on calcule le vecteur Href dont les coordonnées sont les valeurs de la fonction de transfert H pour chacune des fréquences de référence. On a donc : Fre{ = et : Href""H1. Fref'I fi H(f1) H(f2) Nfrq. H(f_Nfrq) Enfin, dans une quatrième et dernière étape 40, on calcule les coefficients [ao ;ai ;... ;aNfir_1] de manière matricielle, de façon à 30 minimiser l'écart entre la fonction de transfert souhaitée H et la fonction approximée Happrox. Le calcul utilise une première matrice E définie par : E=exp 2 ù Iir fNfi.rfNfir-1 1 2 .N;frq 2 Nfrq lfir--1 f Nfrq à partir de laquelle on calcule les coefficients de formule suivante Happrox avec la Les figures 4 et 5illustrent de manière graphique un exemple d'approximation d'une fonction de transfert H par un filtre FIR d'ordre 3 (Nf,r=3), cadencé à une fréquence 6 fois plus petite (Nd,v=6) et de fonction de transfert Happrox. La figure 4 représente le module des deux fonctions de transfert et la figure 5 représente le déphasage. On constate que sur la plage fréquentielle PFD [-10MHz ; 10MHz] représentant un canal fréquentiel, les courbes ont des valeurs similaires. On considère dans un troisième mode de mise en oeuvre le cas où le filtre FRFI est également cadencé à une fréquence de travail Fs/Nd,, différente de celle d'échantillonnage Fs du convertisseur analogique/numérique CANI, et que le filtre FPBAI est un filtre passe-bas d'ordre 1 et de fréquence de coupure fo. Comme précédemment, la fonction de transfert du filtre FRFI de remise en forme est une approximation Happrox de l'inverse H de la fonction de transfert du filtre FPBAI. On considère également que le filtre FRFI est un filtre à réponse impulsionnelle finie d'ordre Nf,r=2N-l. La fonction de transfert Happrox du filtre FRFI s'écrit alors sous la forme : n=N-1 2iic n f Happrox =1 + an (zn ù z- avec z' = e n=1 ce qui correspon avec un décalage de z-N+1, à : m=Nfi,-1 Eu' z-m m m=0 La détermination de la fonction de transfert approximée Happrox comporte la détermination des coefficients [a1 ;... ;aN_1]. Lorsque le filtre FPBAI est d'ordre 1, les coefficients [a1 ;... ;aN_1] peuvent être calculés directement à partir de l'équation matricielle : 1 2 N 1 8 N3 2n Ndiv f0 0 î a2 Fs 20 1 22N-3 N2N-3 î N-1 0 On obtient alors : - pour Nf,r=3 : Happrox =1+1 Fs [-'] -pour Nf,r=5 : Happrox =1+1 Fs 1 ù[ùz'+ 8z -8z-l+z-247c Ndivfo 6 qui correspond, avec un décalage temporel de z-2, à : 47c Nd, fo qui correspond, avec un décalage temporel de 1 Fs +z_1 ù 1 Fs z_2. 47c NdiVfo 47c Ndiv.fo _1 z , à : z-2+ 1 FS 1 f 1+8z'ù8Z 3+Z 4~ 4n Nalvfo 6 L - pour Nfir=7 : 4n Nalvfo 30 qui correspond, avec un décalage temporel de z-3, à : z-3 + 1 FS 1 [1ù 9z-i + 45zù2 ù 45z-4 + 9z-5 ù z-61. 4n NdVfo 30 L'ordre Nf,r du filtre FRFI permet d'ajuster, sur la plage fréquentielle désirée, l'approximation de l'inverse de la fonction de 10 transfert du filtre FPBAI. I1 est alors notamment possible de reporter la difficulté de conception de filtres et du convertisseur analogique-numérique vers la partie numérique, quelle que soit la fréquence de travail des filtres numériques et la fréquence d'échantillonnage du convertisseur.

H =1+1 FS I[z3 -9z'+45zù45z-i +9zù2 ùz-3] approx 15

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé de filtrage et de conversion analogique/numérique d'un signal analogique incident, caractérisé par le fait qu'il comprend : - un filtrage analogique (1) du signal analogique incident de façon à filtrer les composantes fréquentielles situées en dehors d'une plage fréquentielle désirée, - une conversion (2) du signal analogique filtré en un signal numérique, - une remise en forme (3) du signal numérique dans une forme sensiblement identique, au moins dans ladite plage fréquentielle désirée, à la forme du signal analogique incident et - un filtrage numérique final (4) du signal numérique remis en forme de façon à filtrer les composantes fréquentielles situées en dehors de ladite plage fréquentielle désirée.

2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel, ladite remise en forme (3) est effectuée au sein d'un filtre numérique de remise en forme ayant une fréquence de travail égale à la fréquence d'échantillonnage de la conversion analogique/numérique et une fonction de transfert inverse de la fonction de transfert du filtrage analogique au moins dans ladite plage fréquentielle désirée.

3. Procédé selon la revendication 1 dans lequel ladite remise en forme (3) est effectuée au sein d'un filtre numérique de remise en forme ayant une fréquence de travail différente et de préférence inférieure à la fréquence d'échantillonnage de la conversion analogique/numérique, et une fonction de transfert résultant d'une approximation de l'inverse de la fonction de transfert du filtrage analogique, au moins dans ladite plage fréquentielle désirée.

4. Procédé selon la revendication 3 dans lequel le filtre numérique de remise en forme a une fonction de transfert dont les coefficients résultent d'une approximation de l'inverse de la fonction de transfert du filtrage analogique, au moins dans ladite plage fréquentielle désirée, et dans lequel la détermination des coefficients comporte une sélection de fréquences de référence (20) choisies dans ladite plage fréquentielle désirée et, pour chacune de ces fréquences de référence, uneminimisation (40) de l'écart entre la valeur correspondante de la fonction de transfert inverse du filtrage analogique et la valeur correspondante de la fonction de transfert du filtre de remise en forme.

5. Procédé selon la revendication 4 dans lequel les fréquences de 5 références sont choisies de manière uniforme dans la plage fréquentielle désirée.

6. Procédé selon la revendication 3 dans lequel le filtrage analogique est d'ordre 1 et dans lequel l'approximation de l'inverse de la fonction de transfert du filtrage analogique dépend de l'ordre du filtre 10 numérique de remise en forme.

7. Procédé selon l'une des revendications 4 à 6, dans lequel la fonction de transfert est du type à réponse impulsionnelle finie.

8. Procédé selon l'une des revendications 2 à 7, dans lequel on effectue la remise en forme et le filtrage numérique final au sein d'un 15 même filtre dont la fonction de transfert, au moins dans la plage fréquentielle désirée, est égale au produit de la fonction de transfert du filtre de remise en forme par la fonction de transfert du filtre numérique final.

9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel le 20 signal incident est un signal en bande de base résultant d'une transposition de fréquence d'un signal initial radiofréquence.

10. Dispositif de filtrage et de conversion analogique/numérique caractérisé en ce qu'il comprend : - une entrée pour recevoir un signal analogique incident, 25 - un filtre analogique (FPBAI, FPBAQ) apte à filtrer le signal incident de façon à filtrer les composantes fréquentielles situées en dehors d'une plage fréquentielle désirée, - un convertisseur analogique/numérique (CANI, CANQ) apte à convertir le signal analogique filtré en un signal numérique, 30 - des moyens de remise en forme aptes à remettre en forme le signal numérique dans une forme sensiblement identique à la forme initiale du signal incident, au moins dans la plage fréquentielle désirée, et - des moyens additionnels de filtrage aptes à effectuer un filtrage numérique final du signal numérique remis en forme de façon à filtrer lescomposantes fréquentielles situées en-dehors de ladite plage fréquentielle désirée.

11. Dispositif selon la revendication 10 dans lequel, les moyens de remise en forme comportent un filtre numérique de remise en forme (FRFI, FRFQ) ayant une fréquence de travail égale à la fréquence d'échantillonnage du convertisseur analogique/numérique (CANI, CANQ) et présentant une fonction de transfert inverse de la fonction de transfert du filtre analogique (FPBAI, FPBAQ) au moins dans ladite plage fréquentielle désiré.

12. Dispositif selon la revendication 10 dans lequel les moyens de remise en forme comportent un filtre numérique de remise en forme (FRFI, FRFQ) ayant une fréquence de travail différente et de préférence inférieure à la fréquence d'échantillonnage du convertisseur analogique/numérique (CANI, CANQ) et présentant une fonction de transfert résultant d'une approximation de l'inverse de la fonction de transfert du filtre analogique (FPBAI, FPBAQ) au moins dans la plage fréquentielle désirée.

13. Dispositif selon la revendication 12 dans lequel le filtre numérique de remise en forme a une fonction de transfert dont les coefficients résultent d'une approximation de l'inverse de la fonction de transfert du filtrage analogique, au moins dans ladite plage fréquentielle désirée, et dans lequel lesdits coefficients sont déterminés de sorte que pour chaque fréquence prise dans un groupe de fréquences de référence choisies dans ladite plage fréquentielle, l'écart entre la valeur correspondante de la fonction de transfert inverse du filtre analogique et la valeur correspondante de la fonction de transfert du filtre de remise en forme est minimal.

14. Dispositif selon la revendication 12 dans lequel le filtrage analogique est d'ordre 1 et dans lequel l'approximation de l'inverse de la fonction de transfert du filtrage analogique dépend de l'ordre du filtre numérique de remise en forme.

15. Dispositif selon la revendication 13 ou 14, dans lequel le filtre de remise en forme (FRFI, FRFQ) est du type à réponse impulsionnelle finie.

16. Dispositif selon l'une des revendications 10 à 15, dans lequel les moyens de remise en forme et les moyens additionnel de filtrage numérique comportent un même filtre (FNI, FNQ) dont la fonction de transfert est égale au produit de la fonction de transfert du filtre de remise en forme (FRFI, FRFQ) et la fonction de transfert du filtre numérique final (FPBNI, FPBNQ).

17. Dispositif selon l'une des revendications 10 à 16, réalisé sous la forme d'un circuit intégré.

18. Récepteur de signal radio-fréquence (REC) comprenant un étage de transposition de fréquence (MXI, MXQ) apte à délivrer le signal incident et un dispositif de filtrage et de conversion analogique/numérique selon l'une des revendications 10 à 17, connecté à la sortie de l'étage de transposition de fréquence (MXI, MXQ).