FR2964811A1

FR2964811A1 - Systeme radio tres haut debit sans fil et multi-formes d'ondes

Info

Publication number: FR2964811A1
Application number: FR1057170A
Authority: FR
Inventors: Francois Magne
Original assignee: Bluwan SAS
Current assignee: Bluwan SAS
Priority date: 2010-09-09
Filing date: 2010-09-09
Publication date: 2012-03-16
Anticipated expiration: 2030-09-09
Also published as: US9226269B2; US20130279429A1; EP2614607A1; FR2964811B1; WO2012031991A1

Abstract

L'invention concerne un système radio comprenant au moins une base très large bande (1) et un terminal (9) très large bande et multi usages pour des systèmes très haut débit sans fil réalisant la transmission point à multi point de plusieurs formes d'onde simultanées afin de desservir plusieurs abonnés ou clients de divers types en multi services. La base (1) et le terminal (9) comprennent des moyens émetteurs, récepteurs très large bande et capables d'échanger plusieurs formes d'onde délivrées par des multiplex de modems divers (2, 3, 12). La radio de la base dispose d'au moins un générateur (4) de spectre du multiplex optimisé pour chaque service et pour tout type de clients. L'émetteur-récepteur (11) de la radio du terminal (9) est adapté à fonctionner dans la sous bande de la voie descendante et dans l'une au moins des sous-bandes bidirectionnelles.

Description

SYSTEME RADIO TRES HAUT DEBIT SANS FIL ET MULTI-FORMES D'ONDES

L'invention concerne notamment un système radio, base et terminal, très haut débit sans fil dans un contexte réseau de communication point-multipoint, par exemple des réseaux multimédias sans fil de type MWS (abréviation anglo-saxonne de Multimedia Wireless Systems). Elle concerne les systèmes radio millimétrique Ultra Large Bande Multi Fonction, Multi Formes d'onde. L'invention a notamment pour objet des systèmes radios permettant de constituer des systèmes d'accès et des dispositifs permettant de nourrir des stations de base (de type radiomobile ou WiMAX), plus connus sous l'acronyme anglo-saxon "backhaul" de très haute capacité Internet et multimédia, ou encore des réseaux de transmission à très haut débit, multi usages tant pour les particuliers que pour les entreprises. Le système radio ou ensemble radio selon l'invention s'applique, par exemple, dans des systèmes permettant de délivrer, dans un secteur de plusieurs kilomètres, une très haute capacité destinée à des clients multiples et de divers types (sous la couverture radio), des services conjoints et divers comme la TVHD, l'Internet symétrique et dissymétrique. Terminologie utilisée Dans la suite de la description, on se réfère aux termes suivants : o Le système MWS (Multimédia Wireless System), qui est un réseau d'accès et "backhaul" sur une large zone et délivre à divers types de clients en quantité plusieurs services comme le multimédia et l'Internet. o L'ultra large bande ou UWB (acronyme anglo-saxon de Ultra Wide 25 Band) concerne des radios communications très large bande, typiquement de 500MHz.

o Le « client » qui peut être : une entreprise, un particulier, un groupe de particuliers (sous-répartiteur secondaire ADSL) ou encore des stations de base de radio mobiles ou encore une station de base WiMAX ou Wifi (hot spot), o Une Forme d'onde : type de modulation et de mode d'accès au médium (MAC) normalisé. o Le débit, qui a trait à la bande instantanée dont l'abonné ou le groupe d'abonné a besoin par exemple pour la télévision à haute définition TVHD (particulier) ou pour le bureau virtuel (entreprise). o La capacité, qui concerne l'allocation de ressource ou "provisioning" d'un nombre de clients qui pourront être desservis avec une qualité de service acceptable (QoS). o La base ou tête de réseau qui diffuse et collecte les informations des clients et les connecte au réseau d'infra structure depuis le Point de Présence ou PoP généralement alimenté par une fibre optique. o Le terminal qui se trouve chez chaque client. o Les ondes millimétriques ou 'EHF' (acronyme anglo-saxon de Extremely High Frequency): gamme de fréquences où l'on peut disposer de largeur de bande suffisante pour l'application de l'invention. o Les circuits intégrés ou MMIC: Microwave Monolithic Integrated Circuit. o CSM : montage des composants en surface. o le mot transceiver est utilisé pour désigner un ensemble intégré émetteur/récepteur. o Le terme multimédia regroupe : la voix, le son, l'image et les données.

L'ensemble des services du NET et des technologies de I"informations et de communications (TIC) pour tous est devenu l'enjeu majeur. L'une des réponses aux besoins serait sans doute la fibre optique,

mais les coûts à la ligne sont rapidement trop élevés dès qu'on s'éloigne des centres des métropoles et de plus la capacité est souvent superflue. Par ailleurs, pour les performances envisagées dans un habitat moyennement dense ou dispersé, la technique de communication ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) ne peut convenir à terme en raison des longueurs des fils qui limitent le débit instantané. Les solutions actuellement connues par satellites présentent l'inconvénient de ne pas assurer du tout une capacité Internet suffisante et sont de faible débit en voie de retour avec trop fort temps de latence pour la voix. Les systèmes radio très large bande, dans les hyperfréquences en gamme millimétrique, présentent des capacités du même ordre que celles de la fibre optique et sont plus compétitifs lorsqu'aucun aménagement de la fibre n'existe. Les solutions en hyperfréquence sont préférables à condition qu'elles procurent : les débits suffisants vers l'abonné (notamment pour le multimédia, voix, image, son), ainsi que la capacité locale c'est-à-dire une bande passante dans le secteur compatible de la consommation de l'ensemble des clients sous la couverture du secteur. Dans un secteur et avec les débits souhaités, les capacités qui en découlent sont de plusieurs Giga bits par secondes (Gbps). De tels flux ne s'obtiennent en radio qu'à des fréquences très élevées, dans des bandes extrêmement larges que présentent les très haute fréquence, la gamme la plus haute utilisable est la gamme EHF, correspondant à des longueurs d'onde de quelques millimètres ; aujourd'hui ces bandes sont seules à disposer d'un spectre de la classe du GHz. En général, les besoins rencontrés par des utilisateurs sont de trois types : pour les particuliers, la diffusion du multimédia et notamment la TVHD, de l'Internet dissymétrique de capacité de classe VDSL, c'est ce qu'on appelle le 3-play (voire maintenant le quadruple play en incluant le service radio-mobile) ; pour les entreprises le besoin est de l'Internet plus symétrique de 20 à 100Mbps et enfin pour le backhaul des stations de base de la radio mobile ou des stations WiMAX, les besoins sont de 7OMbps descendant et 3OMbps remontant... Ces services, pour ce qui concerne le traitement du signal et l'accès au médium (MAC), peuvent être obtenus efficacement par des modems du 5 commerce choisis pour chacun des services désirés.

Les systèmes radio décrits dans l'art antérieur ne permettent toutefois pas de transmettre, simultanément, conjointement et à la demande, des formes d'onde diverses, de fonctions et de performances adaptées à la 10 diffusion et à la collecte de contenus et de capacités montantes et descendantes différenciées selon les besoins des divers clients et de leurs applications.

L'un des objectifs de l'invention est notamment la mise en oeuvre 15 simultanée de plusieurs formes d'onde dans un réseau sans fil très haut débit point à multipoint, par exemple de type MWS afin de desservir de façon conjointe, optimale de multiple clients (particuliers, entreprises, etc...) qui sont associés à des services différents (vidéo, données, symétrique et dissymétrique...) dans un secteur donné, par exemple de plusieurs 20 kilomètres. Ces formes d'onde « standardisées » sont, par exemple, issues de modems du commerce, leur emploi permet notamment de profiter de toutes les évolutions technologiques du domaine tout en réduisant les coûts.

L'objet de l'invention concerne un système radio comprenant au 25 moins une base très large bande et un terminal très large bande et multi usages pour des systèmes très haut débit sans fil réalisant la transmission point à multi point de plusieurs formes d'onde simultanées afin de desservir plusieurs abonnés ou clients de divers types en multi services, caractérisé en ce qu'il comporte au moins les éléments suivants :

o La base comprenant au moins un émetteur très large bande associée à une antenne, un récepteur très large bande associé à une antenne de réception, o Le terminal très large bande comprend au moins un émetteur/récepteur très large bande associé à une antenne, o La base et le terminal échangeant plusieurs formes d'onde délivrées par des multiplex de modems divers, o la radio de la base disposant d'au moins un générateur de spectre du multiplex optimisé pour chaque service et pour tout type de clients, et constitué d'au moins un groupe de canaux ou sous-bandes descendante adaptée à diffuser au moins du multimédia et à délivrer au moins de l'Internet, d'au moins un groupe de canaux ou sous bande montante & descendante pour les communications dissymétriques (voies de retour) ou pour les communications symétriques (backhaul), o L'émetteur-récepteur de la radio du terminal étant adapté à fonctionner dans la sous bande de la voie descendante (Groupes G1 & G2) et dans l'une au moins des sous-bandes bidirectionnelles (Groupes G3 ou G4), o Ledit système comprenant des moyens adaptés à séparer temporellement, spectralement et spatialement plusieurs groupes de multiplex de contenus (voix, données, image) de débits et de capacités (symétrique, dissymétrique) pour un ensemble de clients. La radio très large bande de la base et la radio très large bande 25 du terminal sont adaptées, par exemple, à traiter au moins deux gammes de fréquences intermédiaires pour des groupes de canaux Gl et G2 mono directionnels et des groupes de canaux G3 et G4 bi directionnels ; chaque groupe étant affecté à un type de service sur une forme d'onde optimisée pour son contenu et pour sa fonction (performances, symétrie, qualité de 30 service ou QoS etc...) Le « générateur » de spectre comporte au moins les éléments suivants : deux types de dispositifs mis en parallèle selon qu'il s'agisse de liaison monodirectionnelle (groupes G1 et G2) ou de liaisons bidirectionnelles 5 (groupes G3 et G4), o les multiplex de premier niveau des liaisons mono directionnelles sont réalisées par des combineurs dont les sorties S21 sont reliées à l'émetteur de la base, o les entrées E21 des combineurs sont les sorties des modems, 10 o les multiplex de premier niveau des liaisons bi directionnelles sont réalisées par des circulateurs dont la sortie S22 va vers un combineur dont la sortie S23 va vers l'émetteur de la base et par des dispositifs présentant une fonction inverse à celle du combineur ou "splitters" en provenance du récepteur de la base qui retournent aux modems à 15 travers les circulateurs. L'invention concerne aussi un système radio caractérisé en ce que o l'émetteur de la base comporte au moins les éléments suivants : - des moyens de connexion avec l'extérieur et pour les groupes des multiplex de second niveau (Gl, G2) et (G3, G4) respectivement, 20 - en sortie une transition hyperfréquence vers une antenne sectorielle couvrant un secteur désiré, ainsi qu'une sortie d'un oscillateur local à destination du récepteur de la base, Entre ces entrées - sorties l'émetteur comprend : o L'oscillateur (OL), 25 o Un combineur de groupes Gi et une transposition intermédiaire afin de réaliser le multiplex final des groupes Gi, o Un convertisseur de fréquence dit « up converter» MMIC comprenant : un multiplieur d'OL, un mélangeur à réjection d'image et réjection d'OL, un contrôle automatique de gain CAG, un 30 préamplificateur, o Un amplificateur de puissance MMIC,

o L'antenne sectorielle (à fort découplage latéral conçue de façon à assurer une séparation optimale des signaux montant et descendant, o Un « splitter » permet le partage de la fréquence oscillateur local vers le récepteur et vers le mélangeur, et: o ledit récepteur de la base comporte au moins les éléments suivants : o en entrées une alimentation, une transition hyperfréquence depuis une antenne sectorielle couvrant un secteur fixé, et une entrée oscillateur local en provenance de l'émetteur de la base, o en sortie, des prises de sortie des groupes Gi des multiplex bi 10 directionnels, Entre ces entrées -sorties, le récepteur de la base comprend au moins : o Un convertisseur de fréquence « down converter » MMIC comprenant un amplificateur faible bruit, un multiplieur d'OL, un mélangeur à réjection d'image, 15 o Un combineur, o Un contrôle automatique de gain CAG de réception qui contribue à régler le niveau total du groupe (Gi) des voies de retour (type G3 et G4). o l'antenne sectorielle à fort découplage latéral. 20 Un émetteur/récepteur intégré d'un client peut comporter : o en entrée une antenne directive unique de gain variable selon la zone de distance (patch, lentille ou reflect array) plus une transposition, o en entrée-sortie FI (fréquence intermédiaire selon les fréquences des modems) : une première prise pour l'un des groupes de voies bi 25 directionnelles notamment pour la voie de retour et une ou deux prises des sorties des groupes monodirectionnels (type vidéo ou Internet), o un signal de commutation du duplex du modem TDD affecté au client, o entre ces entrées sorties l'émetteur/récepteur comprend au moins un oscillateur local commun (OL), une chaîne de réception et une chaîne 30 d'émission découplée au niveau de la transition d'antenne par un circulateur millimétrique,

La chaîne réception comprend: o un MMIC « down-converter » identique à celui de la chaîne de réception de la base, un combineur, o un coupleur pour aiguiller les Groupes à la sortie du « down converter » d'un côté, vers le circulateur de sortie pour ce qui concerne la liaison bidirectionnelle (Groupes G3 ou G4) de l'autre côté vers une transposition pour la sortie des liaisons monodirectionnelles (Groupes Gl & G2), un splitter permettant de séparer ces deux derniers groupes, o la transposition des liaisons mono directionnelles est obtenue par un mélangeur à réjection d'image dont l'oscillateur est obtenu par division par deux de l'oscillateur commun (OL) dudit émetteur-récepteur. La chaine d'émission comprend: o les tensions de contrôle (présence d'alimentation, CAG émission, blocage de l'émetteur lors de la réception du groupe (G3 ou G4), o un MMIC « up- converter » identique à celui de l'émetteur de la base comprenant notamment la CAG d'émission et un préamplificateur o un ampli de puissance MMIC, o la sortie de l'ampli de puissance étant commutée soit sur la ligne soit sur une charge. Le système radio UWB peut comporter au moins un couple d'émetteurs- récepteurs fonctionnant dans les gammes de fréquences EHF, disposant d'une plage de travail ou bande passante d'au moins 250MHz et pouvant aller à 1GHz, de gamme de fréquence réglables au delà du GHz et au moins sur plus de 2GHz. Il peut aussi comporter des moyens adaptés à véhiculer plusieurs formes d'onde mono et bi directionnelles, symétriques et dissymétriques, ces formes d'ondes disposant chacune de plusieurs canaux sont organisées en

groupes homogènes de mêmes services permettant de délivrer par leur nombre adaptatif et leur largeur de canal la capacité nécessaire aux clients pour leurs services variés dans un système MWS. Le système peut disposer d'un multiplex à au moins deux niveaux : multiplex de canaux de même forme d'onde à un premier niveau et, à un second niveau, groupes de forme d'onde différentes placés sur des fréquences intermédiaires différentes. Dans le système radio, d'une part la base est constituée d'un émetteur et d'un récepteur UWB synchronisés dont les spectres reçus (montant) et émis (descendant) sont découplés conjointement par leurs antennes sectorielles, par la division temporelle des modems et par leur canalisation ; d'autre part que le terminal client est intégré en émission - réception, le découplage entre formes d'onde étant assuré par des circulateurs et par la division temporelle conjointement .

Le terminal comporte, par exemple, une antenne choisie parmi la liste suivante : une antenne patch à courte distance ou intégré dans une antenne lentille à longue distance. Le système radio est par exemple en liaison avec des classes de modems haut et très haut débit du commerce.

Le système peut comporter des MMIC (AsGa) multifonctions et montés en CMS. Le système radio selon l'invention peut être utilisé avec des modules constituant la base et le terminal agencés en relais de façon à étendre la couverture du MWS.

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description donnée à titre illustratif et nullement limitatif annexé des figures qui représentent: - La figure 1 présente le schéma général de la radio multifonction 30 multiforme d'onde (coeur de l'invention) dans un système point à multipoint MWS,

- La figure 2A présente le principe et la composition du double multiplex radio, ses services et les groupes de multiplex transmis par la radio millimétrique, et la figure 2B donne le schéma de réalisation de génération du spectre traité par la radio au niveau de la base du système MWS, - La figure 3 fournit un exemple de schéma de réalisation de l'émetteur de la base selon la description ci-après, - La figure 4 fournit un schéma possible de réalisation du récepteur de la base selon la description ci-après, - La figure 5 fournit un exemple de schéma de réalisation du transceiver (mot anglo-saxon pour « émetteur-récepteur intégré ») du client selon la description ci-après.

L'un des objectifs de la radio très large bande multi-formes d'onde 15 selon l'invention est notamment d'optimiser les services desservis à la clientèle d'un réseau très haut débit. Cette optimisation selon l'invention a notamment pour objet : - d'optimiser la bande passante disponible, - de donner toute souplesse et modularité aux services d'un réseau très haut débit, - d'optimiser les transmissions sujettes à de fortes variations dues à la pluie tout particulièrement en EHF, - d'optimiser chacun des services, - d'optimiser la répartition des débits et capacités au profit des divers clients sous la couverture. En résumé, l'ensemble radio ou système radio selon l'invention d'émission et de réception comporte au moins trois modules : un couple émetteur - récepteur par secteur de la station de base point à multipoint du système (type par exemple MWS), un terminal pour les clients comprenant un 30 récepteur-émetteur intégré, un générateur ou dispositif permettant l'aménagement du spectre transportant les contenus et services à partir des 20 25

modems choisis pour les services et la capacité du système (par exemple du type MWS) ; ces éléments sont détaillés aux figures 1 à 5.

Afin de mieux faire comprendre le principe mis en oeuvre par l'invention, la description qui suit va être faite de la radio d'un réseau pour un réseau très haut débit de type MWS. Le MWS est défini, selon la CEPT, comme un réseau point à multi-point de communication multiservices (voix, données, images) très large bande pour tout type d'application notamment l'accès, le "backhaul", la diffusion, les communications symétriques et dissymétriques. Le système selon l'invention décrit à la figure 1 comprend, par exemple, une radio d'un secteur de la base ou secteur 1 qui comporte un premier ensemble de modems mono directionnels 2 et un deuxième ensemble de modems bi directionnel 3. Les ensembles de modems 2, 3 sont reliés à un générateur de spectre de groupe de multiplex de modems diversifiés selon l'invention, 4 détaillé en figure 2B, qui est en liaison avec un émetteur très large bande 5 comprenant une antenne sectorielle d'émission 6 et avec un récepteur très large bande 7 comprenant une antenne sectorielle 8. Les deux antennes sectorielles sont fortement découplées.

On se réfère pour cet exemple au système très large bande UWB qui est de 500MHz typique, de 1GHz pour les gros secteurs et de 250MHz pour les systèmes légers. Le système radio fonctionne dans les bandes millimétriques (telles les bandes Ka, Q, W, E...) fréquences très élevées où l'on peut seul trouver le spectre disponible.

Associée à l'émetteur, la radio de la base dispose par exemple d'un multiplexeur de formes d'onde correspondant aux formes d'onde adaptées aux services vidéo à diffuser, (TV HDTV VoD...) aux services Internet à diffuser et collecter. Associé au récepteur de la base un démultiplexeur des formes d'ondes destinées aux services Internet (collecte de l'accès et du backhaul) en retour des terminaux des clients permet de séparer les flux des formes

d'onde affectées au client. Ces flux peuvent être soit des flux descendants de diffusion ou encore des flux bidirectionnels pour la voie de retour ou encore des flux symétriques de backhaul Un terminal 9 utilisateur comprenant une antenne de réception 10, par exemple une antenne directive, un ensemble émetteur/récepteur intégré 11 capable de recevoir les formes d'onde émises par la radio de la base qui sont destinées au client possédant le terminal et capable d'émettre la voie de retour de la forme d'onde affectée à ce client. L'émetteur/récepteur intégré 11 est en liaison avec plusieurs 10 modems 12 mono et bidirectionnels.

Ces équipements radio assurent les transmissions point à multi points d'un arrangement de plusieurs formes d'onde les mieux adaptées aux fonctions ou services des clients : adaptées aux voies descendantes Vidéo et 15 Internet, adaptées aux voies symétriques de "backhaul" ou encore aux voies de retour de l'accès. Ces deux équipements radio (secteur de la base et terminal), ont notamment pour caractéristiques d'être très large bande (UWB) et multi formes d'onde.

20 Le spectre très large bande (UWB) qui véhicule les diverses informations entre un secteur de la base et les terminaux client de ce secteur est de largeur adaptée à la gamme allouée à l'opérateur, par exemple, de 250MHz à 1GHz et adaptée à la capacité nécessaire dans le secteur. Compte tenu des contraintes de propagation et des applications 25 multiples, les formes d'onde pour, notamment, les types de service cités seront optimisés par des choix différents. Par exemple : pour les particuliers la diffusion multimédia et la voie de descente Internet seront optimisées avec du DVB-S2, standard le plus récent en matière de transmission du contenu multimédia par satellite, qui dispose de la meilleure couche physique de 30 diffusion ou Broadcast sur hyperfréquence comme l'a démontré le satellite ; pour les particuliers la voie de retour est de faible capacité en regard de la

voie descendante, aussi il apparaît que la forme d'onde 802.16d est proche de l'optimal ; pour les entreprises et groupe d'entreprises la forme d'onde 802.11n apparaît actuellement comme la mieux adaptée (fort débit symétrique), elle est aussi très bien adaptée pour le « backhaul » de node B (base de la radio-mobile). D'autres formes d'ondes apparaissent telles que l'ECMA386 ou celles du WiGig. L'évolution des technologies de forme d'onde se poursuit et l'un des objectifs du système radio selon l'invention est d'utiliser les mieux adaptées pour chaque application (Multimédia, Internet..), pour chaque fonction (voie descendante continue, voie de retour en créneau temporel ou « Burst ») et pour chaque configuration (Backhaul de station de base radio de sous-répartiteur ADSL... ou accès direct aux foyers ou aux entreprises).

Le spectre très large bande est, par exemple, organisé de la façon présentée sur la figure 2A (par exemple pour une gamme de 500MHz). Comme on le constate sur cette figure 2A, ce spectre est organisé par groupe Gi de services, la largeur de bande de ces groupes est adaptée aux besoins des clients dans un secteur donné. Ces groupes de services sont constitués de multiplex de canaux issus, par exemple, de modems du commerce. Les services peuvent être rendus par des modems du commerce qui sont donc multiplexés par groupe de même type de service. A titre d'exemple on a présenté sur la figure 2A, 4 groupes de services : diffusion vidéo, diffusion Internet, Ethernet symétrique (backhaul), Ethernet dissymétrique (accès) ; cet exemple n'est pas limitatif tant le jeu des combinaisons des liens mono directionnels ou bi directionnels, symétrique et dissymétrique sont nombreux dans un spectre très large. En effet, les modems du commerce utilisables pour chaque service précité ou utilisé par un client peuvent être programmés avec des canaux de 10, 20, 30, 40 voire 50 MHz ; les modems peuvent être mono ou bi directionnel, ce qui offre dans une bande de 1GHz des centaines de

combinaisons possibles conforme à tous les types de situation que l'on peut rencontrer. L'un des objectifs et intérêt de l'invention est précisément de réaliser un système radio permettant de mettre en oeuvre toutes ces possibilités afin d'optimiser les services sous la couverture du secteur. La constitution du spectre est configurée par les modems du commerce qui sont branchés sur le système radio. Les modems du commerce délivrent des signaux sur des gammes de fréquences standard notamment dans les bandes L, S et C ; les bandes les plus courantes sont la bande L, BIS : la Bande Intermédiaire Satellite étendue (950-2250MHz) ainsi que la bande C (IMS de 4.9 à 5.8GHz). Les fréquences des modems constituent les fréquences intermédiaires des émetteurs et récepteurs de la base et des terminaux. Le spectre est donc constitué de plusieurs multiplex de modems constituant ainsi les groupes de services délivrés aux clients sur des fréquences intermédiaires différentes. A la base du MWS, la constitution du spectre est réalisée par l'arrangement de groupes de modems correspondant aux services désirés. Le spectre comprend de deux à plusieurs groupes de modems : Gl à G4 (Figure 2A). Chaque groupe Gi est un multiplex de modems de formes d'onde identiques et de largeur de bande variable (par exemple de 10 à 50MHz chacun), dans chaque Groupe se trouvent donc organisés un ensemble de canaux dont le total correspond à la capacité demandée pour le service considéré. Ces groupes de multiplex sont formés dans la station de base (par secteur) en combinant les modems du commerce. Ces groupes sont alors couplés à la radio de la base qui va les multiplexer et les transposer et assurer l'échange avec les terminaux selon leurs demandes et leurs affectations de services (SLA : Service Level Agreement). A la base et par secteur la constitution et l'exploitation du spectre s'effectuent, par exemple, de la façon décrite ci-après : o A l'émetteur de la base, le spectre émis sur la gamme millimétrique, est réalisé par la combinaison de deux procédés :

la combinaison des groupes de même gamme de fréquence intermédiaires puis les transpositions de toutes les bandes de fréquences intermédiaires dans la bande d'émission millimétrique (allouée à l'opérateur), le multiplex final sur la bande millimétrique est présenté sur la figure 2A. o Au récepteur de la base, le spectre est dé multiplexé par les procédés inverses des précédents : tout d'abord on effectue les transpositions de la bande millimétrique vers les bandes de fréquences intermédiaires des groupes de modems puis on sépare les groupes de multiplex de même service. o Au terminal l'exploitation du spectre s'effectue de la façon ci-après : o L'émetteur/récepteur ou transceiver en réception effectue, de la même façon que le récepteur de la base, la transposition de la bande millimétrique vers les bandes de fréquences intermédiaires des modems affectés au client. II est à noter à ce stade que le démultiplexage dans chaque bande de fréquence intermédiaire (ou groupes) est pris en compte par le modem du client dont le canal a été programmé lors de la configuration du réseau (depuis le secteur de la base). A l'exception d'un terminal de relais, la radio du terminal n'a donc pas besoin de démultiplexage propre. Le transceiver en émission ne transmet qu'un canal, canal dit « de retour » bien que bi directionnel, correspondant au canal de modem qui lui a été affecté par la base. L'avantage d'une configuration par la base du multiplex large bande est le caractère universel que l'on peut donner au transceiver qui peut donc servir tout type de client (selon le choix du modem en largeur de canal et protocole d'accès). De même la base possède-t-elle un caractère universel au niveau radio par le simple ajout ou activation de modems de divers type en fonction des besoins croissants.

Dans cette description, la bande choisie est une des sous-bandes de la bande Q [40,5 - 43,5 GHz] normalisée par la CEPT et tout à fait pertinente pour le MWS, une telle réalisation est aussi possible dans d'autres gammes de fréquences pourvu qu'elles disposent de suffisamment de largeur spectrale. D'une façon générale les gammes millimétriques sont bien adaptées à une telle mise en oeuvre.

La figure 2B décrit un exemple de générateur 4 de groupes Gi en 10 relation avec la figure 2A. En entrée et en sortie de la radio de la station de base, on organise le spectre selon la figure 2A en configurant ce spectre en fréquences intermédiaires (figure 2B). A cette fin on réalise le premier niveau de multiplexage des contenus de même nature à partir des modems du 15 commerce selon cette même figure 2B : on trouve deux types de dispositifs mis en parallèle selon qu'il s'agisse de liaison monodirectionnelle (groupes G1 et G2) ou de liaisons bidirectionnelles (groupes G3 et Ga). o Les multiplex de premier niveau des liaisons mono directionnelles sont réalisés par des combineurs 21 dont les sorties S21 vont à 20 l'émetteur 5 de la base. Les entrées E21 des combineurs sont les sorties des modems du commerce (de type DVB-S par exemple) o Les multiplex de premier niveau des liaisons bi directionnelles sont réalisés par des circulateurs 22 dont la sortie S22 va vers un combineur 23 dont la sortie S23 va vers l'émetteur 5 de la base et par 25 des dispositifs présentant une fonction inverse à celle du combineur plus connu sous la dénomination anglo-saxonne "splitters" 25 en provenance du récepteur 7 de la base qui retournent aux modems à travers les circulateurs 24. Les entrées sorties des modems du commerce, par exemple de type Ethernet _802.11n ou 802.16d, sont 30 branchées sur les circulateurs 22 à 26 qui orientent donc les flux descendant vers le combineur 23 et reprennent les flux montants en provenance du splitters 25. Une alimentation commune 28 aux différents éléments constituant le générateur des groupes de services est prévue pour alimenter les 5 composants et les radios (prises N ou SMA typiquement).

La figure 3 représente un exemple d'émetteur très large bande 5 selon l'invention de la base. L'émetteur dispose des entrées-sorties suivantes : en entrée les 10 prises ou connecteurs 300 et 301 pour les groupes (Gi , G2) et (G3, G4) respectivement des multiplex de second niveau. En sortie une transition hyperfréquence 302 vers une antenne 303 sectorielle (après passage dans un filtre 302b) couvrant le secteur désiré, ainsi qu'une sortie 304 de l'oscillateur local 305 à destination du récepteur. 15 En entrée-sortie de contrôle et d'alimentation on dispose du contrôle de présence et de l'alimentation 306, la commande de contrôle automatique de gain, et la tension d'alimentation (12 -24 ou 48V). L'émetteur 5 dispose d'une centrale d'alimentation pour distribuer l'ensemble des tensions nécessaires aux plots d'alimentations des MMIC. 20 Entre ces entrées - sorties l'émetteur comprend o L'oscillateur (OL) 305 bande X à faible bruit de phase et très stable, ces deux conditions sont nécessaires à la performance de la radio, o Un combineur 307 de groupes Gi et une transposition intermédiaire (noté CGi) 308 et 309 de façon à réaliser le multiplex final (des 25 groupes Gi), sur la bande millimétrique (référence en figure 2A). La transposition intermédiaire est réalisée en utilisant la fréquence de l'oscillateur local divisée par 2, 309, 310. o Un convertisseur de fréquence dit « up converter » MMIC système utilisé pour la transmission des liaisons montantes des signaux (noté 30 MMIC UC) 311 comprenant : un multiplieur d'OL 312, un mélangeur 313 à réjection d'image et réjection d'OL, une CAG 314 (commande automatique de gain), un préamplificateur 315. o Un amplificateur de puissance 316 MMIC (noté MMIC PA) typiquement de 25 à 33dbm (ces valeurs étant indicatives pour un 5 bilan acceptable à quelques Kms) o L'antenne sectorielle 303 à fort découplage latéral (colonne de patch par exemple) conçue de façon à assurer une séparation optimale des signaux montant et descendant o Un « splitter » 305b permet le partage de la fréquence oscillateur local 10 vers le récepteur 7 (figure 2B) et vers le mélangeur 309.

La figure 4 représente un exemple de récepteur de la base selon l'invention. Le récepteur 7 de la base dispose des entrées sorties suivantes : 15 en entrées l'alimentation 306 (identique à celle de l'émetteur), une transition hyperfréquence 401 (prise K ou guide) depuis une antenne sectorielle 402 couvrant le secteur, et une entrée 403 oscillateur local en provenance de l'émetteur ; en sortie, les prises de sortie 404 des groupes Gi des multiplex bi directionnels. 20 Entre ces entrées -sorties le récepteur 7 comprend : o Un convertisseur de fréquence dit « down converter » MMIC 405 (noté MMIC DC) comprenant un amplificateur faible bruit 406, un multiplieur 407 d'OL, un mélangeur 408 à réjection d'image, o Un combineur 409 . 25 o Une CAG 410 de réception qui contribue à régler le niveau total des groupe (Gi) des voies de retour (type G3 & G4). o L'antenne sectorielle 402 à fort découplage latéral identique à celle de l'émetteur par exemple patch conçue dans cet objectif.

30 La figure 5 représente un exemple de transceiver ou émetteur/récepteur intégré d'un client .

L'équipement de tout client dispose en entrée hyperfréquence d'une antenne 500 directive unique de gain variable selon la zone de distance (patch, lentille ou reflect array) plus une transposition 501, après un filtre 500b utilisé pour ses fonctionnalités habituelles et connu de l'Homme du métier. En entrée-sortie FI (fréquence intermédiaire selon les fréquences des modems) : une première prise 503 ou connecteur pour l'un des groupes de voies bi directionnelles notamment pour la voie de retour et une ou deux prises 502 des sorties des groupes monodirectionnels (type vidéo ou Internet), Un connecteur 504 d'alimentation et de contrôle du signal TDD, du bloc alimentation et de la présence de l'alimentation, En entrée- sortie de contrôle, on dispose d'un signal 505 de commutation du duplex du modem TDD affecté au client, de la tension de contrôle de la CAG d'émission (intégrée au MMIC UC), du contrôle de présence de l'alimentation et de la tension d'alimentation (12 -24 ou 48V). Entre ces entrées sorties le transceiver dispose : d'une centrale d'alimentation 506 pour l'ensemble des tensions des MMIC, d'un oscillateur local commun (OL) 507 identique à celui de la base, d'une chaîne de réception et d'une chaîne d'émission découplées au niveau de la transition d'antenne par un circulateur millimétrique 508. La séparation émission réception de la voie bi directionnelle (groupes G3 ou G4) est assurée par un circulateur couplé à l'entrée - sortie du modem de ce groupe. o La chaîne réception comprend (outre la transition hyper et les 25 circulateurs communs à l'émission et à la réception) : o le MMIC « down-converter » (MMIC DC) 510 identique à celui de la chaîne de réception de la base, un combineur 511, o Un coupleur 3db pour aiguiller les Groupes à la sortie du « down converter » d'un côté, vers le circulateur 509 de sortie 30 pour ce qui concerne la liaison bidirectionnelle (Groupes G3 ou G4) de l'autre côté vers une transposition pour la sortie 502 des

liaisons monodirectionnelles (Groupes Gl & G2) , un splitter (optionnel au niveau du transceiver) permet alors de séparer ces deux derniers groupes. o La transposition des liaisons mono directionnelles est obtenue par un mélangeur 513 à réjection d'image dont la référence « oscillateur » est obtenu par division par deux de l'oscillateur 507 commun (OL) du transceiver. Les signaux mélangés sont filtrés 514. o La chaine d'émission comprend (outre la transition hyper et les circulateurs commun à l'émission et à la réception) : o Les tensions de contrôle (présence d'alimentation, CAG émission, blocage de l'émetteur lors de la réception du Groupe (G 3 ou G4), o Le MMIC « up- converter» (MMIC UC) 515 identique à celui de l'émetteur de la base comprenant notamment la CAG d'émission, o L'ampli de puissance 516 MMIC de 25 à 30dbm (MMIC PA) selon l'application (accès ou backhaul). La sortie de l'ampli de puissance est commutée 517 soit sur la ligne 518 soit sur une charge 519.

Le système radio selon l'invention présente notamment les avantages suivants : o La capacité très large bande de l'invention permet d'organiser sur le MWS (Système Point à Multipoint multiservice) tous les services pour tout type de client selon la capacité demandée; o Les services et leur capacité peuvent-être fournis par des modems du commerce, en fonction des besoins des clients du système selon l'invention. Ainsi, grâce à l'affectation des formes d'ondes aux groupes et contenus, la meilleure performance pour chaque contenu et chaque utilisateur peut-être obtenue.

o L'avantage de la configuration du spectre, selon l'invention, à partir de modems diversifiés est de s'adapter de façon modulaire, en capacité par service à la demande globale, à la demande par type de service (Groupe) et aux besoins de chacun des clients. Ceci se faisant par le simple ajout (ou mise en route) de modems du type de service désiré. o La modularité et la très large bande du MWS, possédant un système radio tel que celui décrit dans l'invention, un système scalable, croissant à la demande, tant en capacité qu'en type de service et qu'en couverture; o La très large bande permet une capacité de plusieurs gigabits, correspondant aux besoins actuels et futurs des systèmes MWS pour un grand nombre de déploiements : zones urbaines, suburbaines, résidentielles ou rurbaines. Zones rurales (groupes de villages); o L'intégration de plusieurs services dans les mêmes équipements apparaît à l'abonné et à l'opérateur comme un réseau unique multifonctions; o La construction compacte et modulaire de la radio ou système radio selon l'invention permet de l'utiliser pour des relais à des fins d'extension du réseau. Les mêmes modules pour les relais et les terminaux assurent un relayage économique; o Une intégration simple et compacte du terminal de l'abonné autorise ainsi une large diffusion, une installation facile et un prix réduit; o L'optimisation de la radio associée, selon l'invention, aux divers modems permet la meilleure efficience spectrale; o La très large bande et les bandes de l'EHF, associés à des modems efficaces, ainsi que les qualités de la radio (sensibilité, linéarité, faible bruit de phase) autorise une plus faible puissance de rayonnement, comparée à tout autre système radioélectrique terrestre, tels que la télévision terrestre, le WiFi ou la radio mobile (GSM), donc conduit à une système très écologique dont l'innocuité est garantie en raison du très faible champ à proximité de la radio (les mesures effectuées par le Bureau Veritas ont prouvé des champs < O.IV/m).

Claims

REVENDICATIONS1 - Système radio comprenant au moins une base très large bande (1) et un terminal (9) très large bande et multi usages pour des systèmes très haut débit sans fil réalisant la transmission point à multi point de plusieurs formes d'onde simultanées afin de desservir plusieurs abonnés ou clients de divers types en multi services, caractérisé en ce qu'il comporte au moins les éléments suivants : o La base (1) comprenant au moins un émetteur très large bande (5) associée à une antenne (6), un récepteur très large bande (7) associé à une antenne de réception (8), o Le terminal (9) très large bande comprenant au moins un émetteur/récepteur (11) très large bande associé à une antenne (10), o La base (1) et le terminal (9) échangeant plusieurs formes d'onde délivrées par des multiplex de modems divers (2, 3, 12), o la radio de la base disposant d'au moins un « générateur » (4) de spectre du multiplex optimisé pour chaque service et pour tout type de clients, et constitué d'au moins un groupe de canaux ou sous-bande descendante adaptée à diffuser au moins du multimédia et à délivrer au moins de l'Internet, d'au moins un groupe de canaux ou sous bande montante et descendante pour les communications dissymétriques (voies de retour) ou pour les communications symétriques (backhaul), o L'émetteur-récepteur (11) de la radio du terminal (9) étant adapté à fonctionner dans la sous bande de la voie descendante (Groupes G, & G2) et dans l'une au moins des sous-bandes bidirectionnelles (Groupes G3 ou G4), o Ledit système comprenant des moyens adaptés à séparer temporellement, spectralement et spatialement plusieurs groupes de multiplex de contenus (voix, données, image) de débits et de capacités (symétrique, dissymétrique) diversifiées pour un ensemble de clients.
2 - Système radio selon la revendication 1 caractérisé en ce que la radio très large bande de la base et la radio très large bande du terminal sont adaptées à traiter au moins deux gammes de fréquences intermédiaires pour des groupes de canaux G, et G2 mono directionnels et des groupes de canaux G3 et G4 bi directionnels ; chaque groupe étant affecté à un type de service sur une forme d'onde optimisée pour son contenu et pour sa fonction (performances, symétrie, qualité de service ou QoS etc...)
3 - Système radio selon la revendication 1 caractérisé en ce que le « générateur » (4) de spectre comporte au moins les éléments suivants : deux types de dispositifs mis en parallèle selon qu'il s'agisse de liaison monodirectionnelle (groupes G1 et G2) ou de liaisons bidirectionnelles (groupes G3 et G4), o Les multiplex de premier niveau des liaisons mono directionnelles sont réalisées par des combineurs (21) dont les sorties S21 sont reliées à l'émetteur (5) de la base, o les entrées E21 des combineurs sont les sorties des modems (2, 3), o Les multiplex de premier niveau des liaisons bi directionnelles sont réalisées par des circulateurs (22) dont la sortie S22 va vers un combineur (23) dont la sortie S23 va vers l'émetteur (5) de la base et par des dispositifs présentant une fonction inverse à celle du combineur ou "splitters" (25) en provenance du récepteur (7) de la base qui retournent aux modems (12) à travers les circulateurs (24).
4 - Système radio selon la revendication 1 caractérisé en ce que o l'émetteur (5) de la base comporte au moins les éléments suivants :- des moyens de connexion avec l'extérieur (300) et (301) pour les groupes des multiplex de second niveau (G,, G2) et (G3, G4) respectivement, - en sortie une transition hyperfréquence (302) vers une antenne (303) sectorielle couvrant un secteur désiré, ainsi qu'une sortie (304) d'un oscillateur local (305) à destination du récepteur (7) de la base, Entre ces entrées - sorties l'émetteur comprend : o L'oscillateur (OL) (305), o Un combineur (307) de groupes Gi et une transposition intermédiaire (308) et (309) afin de réaliser le multiplex final des groupes Gi, o Un convertisseur de fréquence dit « up converter » MMIC (311) comprenant : un multiplieur d'OL (312), un mélangeur (313) à réjection d'image et réjection d'OL, un contrôle automatique de gain CAG (314), un préamplificateur (315) o Un amplificateur de puissance (316) MMIC), o L'antenne sectorielle (303) à fort découplage latéral conçue de façon à assurer une séparation optimale des signaux montant et descendant, o Un « splitter » (305b) permet le partage de la fréquence oscillateur local vers le récepteur (7) et vers le mélangeur (309), et en ce que : o ledit récepteur (7) de la base comporte au moins les éléments suivants : o en entrées une alimentation (308), une transition hyperfréquence (401) depuis une antenne sectorielle (402) couvrant un secteur fixé, et une entrée (403) oscillateur local en provenance de l'émetteur (5) de la base, o en sortie, des prises de sortie (404) des groupes Gi des multiplex bi directionnels, Entre ces entrées -sorties, le récepteur (7) de la base comprend au moins : o Un convertisseur de fréquence « clown converter » MMIC (405) comprenant un amplificateur faible bruit (406), un multiplieur (407) d'OL, un mélangeur (408) à réjection d'image, o Un combineur (409), o Un contrôle automatique de gain CAG (410) de réception qui contribue à régler le niveau total du groupe (Gi) des voies de retour (type G3 et G4). o l'antenne sectorielle (402) à fort découplage latéral.
5 - Système radio selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'un émetteur/récepteur (11) intégré d'un client comporte : o En entrée une antenne (500) directive unique de gain variable selon la zone de distance (patch, lentille ou reflect array) plus une 1 o transposition (501), o En entrée-sortie FI (fréquence intermédiaire selon les fréquences des modems) : une première prise (503) pour l'un des groupes de voies bi directionnelles notamment pour la voie de retour et une ou deux prises (502) des sorties des groupes monodirectionnels (type vidéo ou 15 Internet), o un signal (505) de commutation du duplex du modem TDD affecté au client, o Entre ces entrées sorties l'émetteur/récepteur (11) comprend au moins un oscillateur local commun (OL) (507), une chaîne de 20 réception et une chaîne d'émission découplée au niveau de la transition d'antenne par un circulateur millimétrique (508), La chaîne réception comprend: o un MMIC « down-converter » (510) identique à celui de la chaîne de réception de la base, un combineur (511), 25 o Un coupleur pour aiguiller les Groupes à la sortie du « down converter » d'un côté, vers le circulateur de sortie pour ce qui concerne la liaison bidirectionnelle (Groupes G3 ou G4) de l'autre côté vers une transposition pour la sortie des liaisons monodirectionnelles (Groupes G, & G2), un splitter permettant 30 de séparer ces deux derniers groupes, o La transposition des liaisons mono directionnelles est obtenue par un mélangeur (513) à réjection d'image dont l'oscillateur (507) est obtenu par division par deux de l'oscillateur commun (OL) dudit émetteur-récepteur. La chaine d'émission comprend: o Les tensions de contrôle (présence d'alimentation, CAG émission, blocage de l'émetteur lors de la réception du groupe (G3 ou G4), o un MMIC « up- converter » (515) identique à celui de l'émetteur 10 de la base comprenant notamment la CAG d'émission et un préamplificateur o un ampli de puissance (516) MMIC, o la sortie de l'ampli de puissance étant commutée (517) soit sur la ligne (518) soit sur une charge (519). 15
6 - Système radio UWB selon la revendication 1 caractérisé en qu'il comporte au moins un couple d'émetteurs- récepteurs fonctionnant dans les gammes de fréquences EHF, disposant d'une plage de travail ou bande passante d'au moins 250MHz et pouvant aller à 1 GHz, de gamme de 20 fréquence réglables au delà du GHz et au moins sur plus de 2GHz.
7 - Système radio selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte des moyens adaptés à véhiculer plusieurs formes d'onde mono et bi directionnelles, symétriques et dissymétriques, ces formes d'ondes disposant 25 chacune de plusieurs canaux sont organisées en groupes homogènes de mêmes services permettant de délivrer par leur nombre adaptatif et leur largeur de canal la capacité nécessaire aux clients pour leurs services variés dans un système MWS. 30
8 - Système radio selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il dispose d'un multiplex à au moins deux niveaux : multiplex de canaux de même forme d'onde à un premier niveau et, à un second niveau, groupes de forme d'onde différentes placés sur des fréquences intermédiaires différentes.
9 - Système radio selon la revendication 2 caractérisé en ce que : d'une part la base est constituée d'un émetteur et d'un récepteur UWB synchronisés dont les spectres reçus (montant) et émis (descendant) sont découplés conjointement par leurs antennes sectorielles, par la division temporelle des modems et par leur canalisation ; d'autre part que le terminal client est intégré en émission - réception, le découplage entre formes d'onde étant 1 o assuré par des circulateurs et par la division temporelle conjointement . - Système radio selon la revendication 1 caractérisé en ce que le terminal (9) comporte une antenne choisie parmi la liste suivante : une antenne patch à courte distance ou intégré dans une antenne lentille à longue distance. 11- Système radio selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce qu'il est en liaison avec des classes de modems haut et très haut débit du commerce. 12- Système radio selon la revendication 3 caractérisé en ce qu'il comporte 20 des MMIC (AsGa) multifonctions et montés en CMS. 13 - Utilisation du système radio selon l'invention caractérisé en ce que lesdits modules constituant la base et le terminal sont agencés en relais de façon à étendre la couverture du MWS.15