FR3067891A1 - Linearisation d'une chaine de transmission de signaux radiofrequences - Google Patents

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Abstract

Le dispositif de chaîne de transmission comporte un premier étage de modulation (MD1) configuré pour effectuer une première transposition de fréquence à une première puissance (P1) et dans une première largeur de bande (BW1), des moyens de génération de signal de pré-distorsion (MGEN) configurés pour générer un signal de prédistorsion (PDist), et un deuxième étage de modulation (MD2) configuré pour effectuer une deuxième transposition de fréquence à une deuxième puissance (P2) inférieure à la première puissance (P1) et dans une deuxième largeur de bande (BW2) supérieure à la première largeur de bande (BW1).

Description

Des modes de réalisation et de mise en œuvre de l’invention concernent la transmission de signaux, notamment radiofréquences, et en particulier la linéarisation par pré-distorsion d’une chaîne de transmission de signaux radiofréquences.
Une linéarisation d’une chaîne de transmission comporte notamment une correction d’une déformation du signal en sortie de chaîne.
Les amplificateurs de puissance du domaine radiofréquence génèrent habituellement des distorsions par défaut de linéarité. Appliquer une compensation au niveau des amplificateurs de puissance introduit de nombreuses contraintes.
Par exemple, le prix des technologies offrant une bonne linéarité, telles que les technologies réalisées sur substrat d’arséniure de gallium GaAs, est très élevé. Un surdimensionnement de l’amplificateur, tel qu’une conception de type classe A, augmente le courant d'alimentation et nécessite des modules d'alimentation plus importants, des contraintes thermodynamiques apparaissent, etc. Or, cela est incompatible avec les technologies à consommation réduite, telles que dans les téléphones cellulaires.
En outre, il est difficile d'obtenir une linéarité satisfaisante dans les systèmes à ordre de modulation élevée, dans lesquels les signaux d'émission ont un taux de « niveau de pic sur niveau moyen » pouvant atteindre plus de 10 dB, tout en préservant un bon rendement de la chaîne de transmission et de l'amplificateur de puissance. Or, cela est indispensable notamment dans les technologies d’émetteurs hertziens terrestres.
Toute non-linéarité limite la qualité du service, par exemple en matière de débit de données et de taux d’erreur de bits.
D’autre part, des dispositifs de pré-distorsion du signal incident existants présentent des limitations en raison du besoin d’associer une large bande passante et une forte puissance du signal incident.
La figure 1 illustre un exemple de chaîne de transmission DISO comportant un dispositif de pré-distorsion habituel.
Un bloc numérique PR génère un signal incident BBIN en bande de base, destiné à être émis sur une antenne ANT en sortie de la chaîne. Le signal incident BBIN supporte un filtrage numérique de mise en forme liminaire par un module d’entrée TxDFE.
Un module de pré-distorsion numérique DPD génère et applique sur le signal incident BBIN un signal de pré-distorsion en fonction du signal incident BBIN et du signal de sortie RFOUT attendu en sortie de chaîne.
Le signal de pré-distorsion permet de compenser par anticipation une déformation du signal incident lors de son passage dans la chaîne de transmission. Généralement, la distorsion provient en particulier d’un amplificateur de puissance PA couplé à l’antenne ANT.
Le signal numérique pré-distordu en bande de base est converti en signal analogique par un convertisseur numérique-analogique CNA, puis transposé par un modulateur radiofréquence RFMOD au moyen notamment d’un mélangeur et d’un signal de transposition FO généré par un oscillateur local FOGEN.
Fe signal transposé est ensuite amplifié par l’amplificateur de puissance PA et émis par l’antenne ANT.
Un coupleur CPL restitue une partie du signal émis à un démodulateur radiofréquence RFDEMOD au moyen du même signal de transposition FO, puis converti en signal numérique par un convertisseur analogique-numérique CAN et transmis au bloc de prédistorsion numérique DPD.
Il existe différentes méthodes permettant de calculer le signal de pré-distorsion, par exemple des méthodes de comparaison entre le signal incident « idéal » en entrée de chaîne et le signal distordu, par l’intermédiaire de table de correspondance (« look-up table » en anglais).
Généralement ces méthodes de correction sont limitées aux troisièmes harmoniques de modulation.
Il existe également des méthodes de modélisation polynomiale du cinquième ordre, sur lesquelles est appliqué un correctif d’erreur immédiate, obtenu par comparaison en temps-réel du signal émis et du signal « idéal ».
Cependant l'ordre cinq n’est pas compatible sur de larges canaux, par exemple les canaux de largeurs 56 MHz et 112 MHz des émetteurs hertziens terrestres.
Il existe d’autres méthodes de linéarisation ne comportant pas nécessairement une connaissance du signal « idéal » en entrée de chaîne. Cela requiert une excellente linéarité de l’étage en amont de l’amplificateur de puissance PA, en particulier le modulateur RFMOD.
Dans ces types de méthodes de corrections et de façon générale dans les dispositifs habituels, la correction de linéarité est appliquée dans le domaine de la bande de base et est transmise au modulateur via le convertisseur numérique-analogique CNA.
Ainsi le convertisseur numérique-analogique CNA et le modulateur RFMOD doivent à la fois répondre aux contraintes de largeur de bande élevée (pour contenir le spectre du signal de prédistorsion) et de puissance élevée (du modulateur RFMOD pour les besoins de la transmission du signal incident).
Par conséquent le convertisseur numérique-analogiques CNA doit avoir une fréquence d’échantillonnage élevée et une dynamique d’entrée élevée. Une forte dynamique d’entrée nécessite un grand nombre de cellules unitaires de conversion numérique-analogique et par conséquent introduit un encombrement important.
De même, le modulateur RFMOD est piloté par le signal prédistordu, il fonctionne à la puissance du signal incident (c’est-à-dire plusieurs dizaines de décibels) et à la largeur de bande du signal de pré-distorsion (c’est-à-dire environ trois à cinq fois la largeur de bande du signal incident).
Or, il est problématique d’atteindre la largeur de bande du signal de pré-distorsion avec de gros transistors, dans le domaine des radiofréquences.
En outre, il est souhaitable de réaliser des dispositifs de chaînes de transmission ayant une très bonne linéarité en évitant les conceptions sur substrat d’arséniure de gallium, notamment pour des raisons de coûts de production.
A ces égards, est proposé selon un aspect un procédé de traitement d’un signal incident ayant une première puissance et une première largeur de bande, comportant une amplification d’un signal intermédiaire délivrant un signal de sortie amplifié, comprenant :
une génération d’un signal de transposition ;
une première transposition de fréquence d’un premier signal issu du signal incident à l’aide du signal de transposition de façon à générer un premier signal transposé ;
une génération d’un signal de pré-distorsion ayant une deuxième puissance inférieure à la première puissance et une deuxième largeur de bande supérieure à la première largeur de bande, à partir du signal incident et du signal de sortie amplifié ;
une deuxième transposition de fréquence d’un deuxième signal issu du signal de pré-distorsion, à l’aide du signal de transposition de façon à générer un deuxième signal transposé ;
une sommation du premier signal transposé et du deuxième signal transposé de façon à former le signal intermédiaire.
En d’autres termes, la première transposition de fréquence est adaptée aux contraintes de puissance du signal incident, sans subir les contraintes de largeur de bande du signal de pré-distorsion, et la deuxième transposition de fréquence est adaptée aux contraintes de largeur de bande du signal de pré-distorsion, sans subir les contraintes de puissance du signal incident.
Lesdites contraintes n’étant pas cumulées, ce procédé de traitement d’un signal numérique incident permet d’optimiser les chaînes de transmission, notamment en matière de coût de production, d’encombrement et de performances.
Selon un mode de mise en œuvre dans lequel le signal incident est un signal numérique et le signal de pré-distorsion est un signal numérique, le procédé comprend en outre :
une première conversion numérique-analogique du signal incident numérique délivrant le premier signal, la première conversion ayant une première dynamique d’entrée et une première fréquence d’échantillonnage ;
une deuxième conversion numérique-analogique du signal numérique de pré-distorsion délivrant le deuxième signal, la deuxième conversion ayant une deuxième dynamique d’entrée inférieure à la première dynamique d’entrée et une deuxième fréquence d’échantillonnage supérieure à la première fréquence d’échantillonnage.
Selon un mode de mise en œuvre, la génération du signal de pré-distorsion comprend une transposition descendante de fréquence du signal de sortie amplifié réalisée à l’aide du signal de transposition, et une conversion analogique-numérique du signal de sortie amplifié transposé.
Le signal de pré-distorsion est avantageusement généré de façon à ce qu’il compense une distorsion du signal de sortie amplifié par rapport au signal incident.
Le signal de pré-distorsion est par exemple déterminé par autoapprentissage.
Le signal de pré-distorsion est par exemple généré en temps réel et comporte une correction de la différence entre le signal incident et le signal de sortie.
Avantageusement, la première transposition comprend une première pré-amplification générant en courant le premier signal transposé, et la deuxième transposition comprend une deuxième préamplification générant en courant le deuxième signal transposé.
Lesdites première et deuxième pré-amplifications peuvent être mises en œuvre selon des gains respectifs commandables et des largeurs de bande respectives commandables.
Par exemple, la deuxième puissance est 100 à 1000 fois inférieure à la première puissance.
Par exemple, la deuxième largeur de bande est 3 à 5 fois supérieure à la première largeur de bande.
Avantageusement ledit signal incident et ledit signal de prédistorsion sont du type signaux en quadrature de phase et ayant une amplitude modulée à au moins dix bits par symbole.
Avantageusement, le signal de transposition est un signal radiofréquence.
Selon un autre aspect, il est proposé un dispositif de chaîne de transmission comportant :
une entrée de signal pour recevoir un signal incident à transmettre ayant une première puissance et une première largeur de bande ;
un module d’oscillateur local configuré pour générer un signal de transposition ;
un premier étage de modulation configuré pour effectuer une première transposition de fréquence d’un premier signal issu du signal incident à l’aide du signal de transposition, de façon à délivrer un premier signal transposé sur une sortie d’étage de modulation ;
un amplificateur de puissance comportant une entrée couplée à la sortie d’étage de modulation et configuré pour amplifier un signal intermédiaire sur la sortie d’étage de modulation et délivrer un signal de sortie amplifié ;
des moyens de génération de signal de pré-distorsion configurés pour générer un signal de pré-distorsion ayant une deuxième puissance inférieure à la première puissance et une deuxième largeur de bande supérieure à la première largeur de bande, à partir du signal incident et du signal de sortie ;
un deuxième étage de modulation configuré pour effectuer une deuxième transposition de fréquence d’un deuxième signal issu du signal de pré-distorsion à l’aide du signal de transposition, de façon à délivrer un deuxième signal transposé sur ladite sortie d’étage de modulation, formant, avec le premier signal transposé, le signal intermédiaire.
De même, en évitant le cumul des contraintes de puissance et de bande passante respectives du signal incident et du signal de prédistorsion, ce dispositif permet d’optimiser notamment les coûts de production, l’encombrement et les performances des chaînes de transmission.
Selon un mode de réalisation dans lequel le signal incident est un signal numérique et les moyens de génération de signal de prédistorsion sont configurés pour générer un signal de pré-distorsion numérique, le dispositif comporte en outre :
un premier convertisseur numérique-analogique configuré pour délivrer le premier signal au premier étage de modulation à partir du signal incident numérique, le premier convertisseur numériqueanalogique ayant une première dynamique d’entrée et une première fréquence d’échantillonnage ;
un deuxième convertisseur numérique-analogique configuré pour délivrer le deuxième signal au deuxième étage de modulation à partir du signal numérique de pré-distorsion, le deuxième convertisseur numérique-analogique ayant une deuxième dynamique d’entrée inférieure à la première dynamique d’entrée et une deuxième fréquence d’échantillonnage supérieure à la première fréquence d’échantillonnage.
Le dispositif peut comporter en outre un étage de démodulation configuré pour effectuer une transposition descendante de fréquence du signal de sortie amplifié à l’aide du signal de transposition, et un convertisseur analogique-numérique configuré pour délivrer un signal numérique à partir du signal de sortie amplifié transposé.
Avantageusement, les moyens de génération de signal de prédistorsion sont configurés pour générer ledit signal de pré-distorsion de façon à ce qu’il compense une distorsion du signal de sortie amplifié par rapport au signal incident.
Selon un mode de réalisation, les moyens de génération de signal de pré-distorsion comportent un calculateur configuré pour déterminer par auto-apprentissage le signal de pré-distorsion et un générateur de signaux configuré pour générer le signal de prédistorsion déterminé.
Selon un mode de réalisation, les moyens de génération de signal de pré-distorsion comportent une boucle de contre-réaction configurée pour générer en temps réel une correction de la différence entre le signal incident et le signal de sortie.
Avantageusement, le premier étage de modulation comporte un premier mélangeur et un premier amplificateur tampon générant en courant le premier signal transposé sur la sortie d’étage de modulation, et le deuxième étage de modulation comporte un deuxième mélangeur et un deuxième amplificateur tampon générant en courant le deuxième signal transposé sur la sortie d’étage de modulation.
Lesdits premiers et deuxièmes amplificateurs tampons peuvent comporter respectivement chacun une pluralité de premiers et de deuxièmes amplificateurs tampons élémentaires commutables en parallèle sur commande, des commandes de commutations permettant de commander la valeur du gain et la largeur de bande de l’étage de modulation respectif.
Par exemple, la deuxième puissance est 100 à 1000 fois inférieure à la première puissance.
Par exemple, la deuxième largeur de bande est 3 à 5 fois supérieure à la première largeur de bande.
Par exemple, ledit signal incident et ledit signal de prédistorsion sont du type signaux en quadrature de phase et ayant une amplitude modulée à au moins dix bits par symbole.
Avantageusement, le signal de transposition est un signal radiofréquence.
Le dispositif est avantageusement réalisé de façon intégré dans et sur un substrat de silicium-germanium.
La sortie d’étage de modulation peut comprendre un transformateur à trois enroulements, dont un premier enroulement primaire est destiné à recevoir le premier signal transposé, un deuxième enroulement primaire est destiné à recevoir le deuxième signal transposé, et dont un enroulement secondaire est destiné à délivrer ledit signal intermédiaire.
Il est également proposé un système de transmission de signal radiofréquence, tel qu’un téléphone portable, une unité d’un réseau d’amenée ou un satellite, comportant un dispositif de chaîne de transmission tel que précédemment défini, un dispositif numérique apte à générer ledit signal incident sur ladite entrée de signal, et une antenne couplée à la sortie dudit amplificateur de puissance.
D’autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront à l’examen de la description détaillée de modes de réalisation et de mise en œuvre, nullement limitatifs, et des dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1, précédemment décrite illustre schématiquement une chaîne de transmission ayant un dispositif de prédistorsion classique ;
- les figures 2 à 7 illustrent des exemples modes de réalisation et de mise en œuvre de l’invention.
La figure 2 représente un exemple de dispositif de chaîne de transmission DIS comportant une entrée de signal TxIN sur laquelle est généré un signal numérique incident BBIN.
Le dispositif DIS est par exemple réalisé de façon intégrée dans et sur un substrat de silicium-germanium SiGe.
Le signal incident BBIN est généré en bande de base par un bloc numérique PR, par exemple un processeur en bande de base, et est mis en forme par un module de filtrage numérique de mise en forme TxDFE.
La chaîne de transmission se sépare en deux étages de modulation parallèles MD1, MD2.
Le signal incident BBIN est un signal en quadrature de phase et ayant une amplitude modulée (QAM pour « Quadrature Amplitude Modulation » en langue anglaise), transmis conjointement sur une voie en phase et une voie en quadrature de phase.
Le premier étage de modulation MD1 est destiné à transposer et pré-amplifier un premier signal ABBIN issu du signal incident BBIN à une première puissance PI et dans une première largeur de bande BW1, de façon à former un premier signal transposé STI. Par exemple la puissance peut être augmentée de 15dB à 30dB lors de la transposition et la largeur de bande peut être comprise entre 1,4MHz et 20MHz sur des appareils mobiles, et de quelques centaines de Mégahertz sur des stations hertziennes, telles que des unités de réseau d’amenée.
Le deuxième étage de modulation MD2 est destiné à transposer et pré-amplifier un deuxième signal APDist issu d’un signal de prédistorsion PDist ayant une deuxième puissance P2 et une deuxième largeur de bande BW2, de façon à former un deuxième signal transposé ST2. La deuxième puissance P2 est inférieure à la première puissance PI, et la deuxième largeur de bande BW2 est supérieure à la première largeur de bande BW1.
Dans cet exemple, et comme détaillé ci-après, le premier signal ABBIN est issu d’une conversion numérique-analogique du signal incident BBIN, et le deuxième signal APDist est issu d’une conversion numérique-analogique d’un signal de pré-distorsion PDist.
Le premier signal transposé STI et le deuxième signal transposé ST2 sont additionnés sur une sortie d’étage de modulation MD01, formant un signal intermédiaire RFINT.
Le signal intermédiaire RFINT est le signal destiné à être amplifié par un amplificateur de puissance PA en sortie de chaîne, afin d’être émis par une antenne ANT.
La sortie d’étage de modulation MD01 est commune au premier étage de modulation MD1 et au deuxième étage de modulation MD2, la sommation des signaux se faisant par écoulement de courants dans un montage parallèle.
Un premier convertisseur numérique-analogique CNA1 est connecté en entrée du premier étage de modulation MD1.
Le premier convertisseur numérique analogique CNA1 a une première dynamique d’entrée NbBl et une première fréquence d’échantillonnage Fsl.
La dynamique d’entrée correspond au nombre de bits sur lesquels est codé le signal numérique incident. Ainsi pour une modulation 1024QAM (c’est-à-dire une modulation d’amplitude en quadrature à 1024 symboles, soit 10 bits par symbole) la première dynamique d’entrée NbBl à 14 bits permet d’émettre avec un bon niveau de bruit et de linéarité.
La première fréquence d’échantillonnage Fsl peut, par contre, être relativement faible par exemple de 4 fois la bande d’émission radiofréquence.
Le premier convertisseur numérique-analogique CNA1 reçoit le signal incident BBIN sur son entrée et le convertit en signal incident analogique, dit premier signal ABBIN.
Le premier étage de modulation MD1 comporte un premier mélangeur (MIX1) et un premier amplificateur tampon (BUF1).
Le mélangeur (MIX1) permet de transposer le premier signal ABBIN initialement en bande de base, ou en bande intermédiaire, sur la fréquence porteuse.
Un signal de transposition LO à la fréquence porteuse est généré par un oscillateur local LOGEN.
L’oscillateur local LOGEN peut comporter de façon classique et connue en soi un circuit générateur de signal oscillant tel qu’un résonateur ou une boucle à verrouillage de phase.
L’amplificateur tampon BUF1 permet d’une part d’appliquer un gain de pré-amplification au premier signal ABBIN transposé, et d’autre part par exemple d’isoler l’étage de modulation d’une transmission inverse provenant de la sortie, via par exemple un montage cascode.
Le signal incident BBIN converti analogiquement en un premier signal ABBIN, et ainsi transposé et pré-amplifié par le premier étage de modulation MD1 forme un premier signal transposé STI destiné à être appliqué en entrée PAin de l’amplificateur de puissance PA.
Des moyens de génération de signal de pré-distorsion MGEN configurés pour modéliser et générer le signal de pré-distorsion PDist, suivi d’un deuxième convertisseur numérique-analogique CNA2, sont connectés en entrée du deuxième étage de modulation MD2.
Les moyens de génération de signal de pré-distorsion MGEN comportent un calculateur CLC destiné à la modélisation d’une fonction permettant de compenser par anticipation une distorsion du signal incident BBIN provoquée par notamment le premier étage de modulation MD1 et l’amplificateur de puissance PA.
Les moyens de génération de signal de pré-distorsion MGEN comportent d’autre part un générateur de signaux numérique GEN permettant de générer le signal de pré-distorsion PDist, à la deuxième puissance P2 et de la deuxième largeur de bande BW2.
Le signal de sortie amplifié RFOLT, présent en sortie de l’amplificateur de puissance PA, est fourni aux moyens de génération de signal de pré-distorsion MGEN via un coupleur directionnel CPL. Ce signal de sortie RFOLT est transposé de façon descendante, par exemple en bande de base, par un démodulateur RFDM recevant le signal de modulation, généré par le même oscillateur local LOGEN. Le signal transposé en bande de base est ensuite converti en signal numérique par un convertisseur analogique-numérique CAN.
Par exemple, le calculateur CLC est configuré pour calculer par auto-apprentissage un signal de pré-distorsion numérique, relativement à un modèle de correction. Le modèle de correction est par exemple issu d’une fonction ou d’une table de références. L’auto-apprentissage consiste par exemple à ajuster le correctif à son effet réel, l’effet réel pouvant par exemple dépendre des conditions d’alimentation et de température.
Selon un autre exemple, les moyens de génération du signal de pré-distorsion sont configurés pour effectuer une contre-réaction en temps réel d’une erreur sur le signal de sortie RFOLT par rapport au signal incident BBIN.
Le générateur de signaux numérique GEN génère ainsi le signal de pré-distorsion PDist.
La deuxième puissance P2 correspond à la puissance de la distorsion, généralement faible, ne nécessitant pas un gain à la pré13 amplification supérieur à environ 16 à 20 dB en dessous de la première puissance PI du signal incident sur l’étage de modulation MD1.
La deuxième largeur de bande BW2 correspond à la largeur spectrale de la distorsion, généralement de 3 à 5 fois la largeur de bande BW1 du signal incident.
Le signal numérique de pré-distorsion PDist va ensuite être converti en signal analogique de pré-distorsion, dit deuxième signal APDist, par le deuxième convertisseur numérique analogique CNA2, puis transposé et pré-amplifié par le deuxième étage de modulation MD1, formant un deuxième signal transposé ST2.
Le deuxième convertisseur numérique analogique CNA2 a une deuxième dynamique d’entrée NbB2 et une deuxième fréquence d’échantillonnage Fs2.
La deuxième dynamique d’entrée NbB2 peut être relativement basse, par exemple à 4 bits de moins que la première dynamique d’entrée NbBl donnée ci-avant.
La deuxième fréquence d’échantillonnage Fs2 est, par contre, relativement élevée, par exemple de l’ordre de 3 à 5 fois la première fréquence d’échantillonnage Fsl.
De même, le deuxième étage de modulation MD2 comporte un deuxième mélangeur (MIX2) et un deuxième amplificateur tampon (BUF2).
Le mélangeur MIX2 permet de transposer le deuxième signal APDist initialement en bande de base, ou en bande intermédiaire, sur la fréquence porteuse.
Le signal de modulation LO à la fréquence porteuse est généré par le même oscillateur local LOGEN.
Le deuxième amplificateur tampon BUF2 permet d’une part d’appliquer un gain de pré-amplification au deuxième signal APDist transposé, et d’autre part par exemple d’isoler l’étage de modulation d’une transmission inverse provenant de la sortie, via par exemple un montage cascode.
Le signal de pré-distorsion PDist converti analogiquement en un deuxième signal APDist, et ainsi transposé et pré-amplifié forme un deuxième signal transposé ST2 destiné à être appliqué en entrée PAin de l’amplificateur de puissance PA.
Le premier et le deuxième étage de modulation MD1, MD2 sont configurés pour générer en courant les premier et deuxième signaux transposés STI, ST2, en sortie des amplificateurs tampons BUF1, BUF2 qu’ils comportent respectivement.
Une connexion parallèle des sorties desdits amplificateurs tampons sur un nœud de sortie d’étage de modulation MDO commun au premier étage de modulation MD1 et au deuxième étage de modulation MD2 permet d’additionner directement le premier signal transposé et pré-amplifié STI et le deuxième signal transposé et préamplifié ST2.
La figure 3 représente un autre exemple de mode de réalisation dans lequel la sommation du premier signal transposé STI et du deuxième signal transposé ST2 est mise en œuvre selon une autre alternative.
Dans cet exemple, une sortie d’étage de modulation MD02 comprend un transformateur TR à trois enroulements, dont un premier enroulement primaire Ll est destiné à recevoir le premier signal transposé STI, dont un deuxième enroulement primaire L2 est destiné à recevoir le deuxième signal transposé ST2, et dont un enroulement secondaire L3 est destiné à délivrer ledit signal intermédiaire RFINT. Dans cette configuration le signal intermédiaire RFINT est en effet la somme du premier et du deuxième signal transposé TRI, TR2.
Tous les autres éléments du dispositif de chaîne de transmission DIS sont les mêmes que précédemment décrits en relation avec la figure 2, sont désignés par les mêmes références et ne sont pas à nouveau détaillés ici.
La figure 4 représente un exemple d’amplificateur tampon BUFa incorporé à un dispositif de chaîne de transmission DIS tel que décrit ci-avant en relation avec les figures 2 et 3.
L’amplificateur tampon BUFa est en voies différentielles et comporte deux transistors d’amplification Tl, T2 couplés en série avec deux transistors cascodes Tel, Tc2.
Les deux transistors cascodes Tel, Tc2 sont couplés à des sorties différentielles d’étage de modulation MDO via un transformateur de sortie TRS.
Les bornes de sortie MDO du transformateur de sortie TRS sont couplées en entrée de l’amplificateur de puissance PA.
Les transistors cascodes Tel, Tc2 sont commandés par un signal cascode appliqué sur un nœud de grille Vc. Le signal cascode peut par exemple être tel que le paramètre d’isolation inverse de l’étage amplificateur tampon BUF soit optimal.
Deux entrées Vin+, Vin-, respectivement couplées aux grilles des transistors d’amplification Tl, T2 sont destinées à recevoir un signal transposé en mode différentiel.
Le signal transposé en mode différentiel provient, selon les exemples décrits précédemment en relation avec les figures 2 et 3, d’un mélangeur MIX1, MIX2.
Le mélangeur MIX1, MIX2 est de structure habituelle telle qu’une cellule de Gilbert.
Les grilles des transistors d’amplification Tl, T2 sont par ailleurs couplées à deux entrées de polarisation Vb, via des résistances de polarisation Rb. Les entrées de polarisation Vb sont destinées à recevoir un signal de polarisation.
Le signal de polarisation permet de fixer la polarisation moyenne en tension continue de la paire de transistors d’amplification Tl, T2 de l’amplificateur tampon BUF1.
Cet exemple d’amplificateur tampon BUFa peut aussi bien faire office de premier amplificateur tampon BUF1, en équipant le premier étage de modulation MD1 selon un premier cas, que de deuxième amplificateur tampon BUF2, en équipant le deuxième étage de modulation MD2, selon un deuxième cas, dans les exemples de dispositif DIS décrits précédemment en relation avec les figures 2 et 3.
Ainsi, les entrées différentielles Vin+, Vin- peuvent supporter le premier signal ABBIN transposé sur la fréquence porteuse LO dans le premier cas, ou le deuxième signal APDist transposé sur la fréquence porteuse LO dans le deuxième cas.
La figure 5 représente un autre exemple d’amplificateur tampon BUFb incorporé à un dispositif de chaîne de transmission DIS tel que décrit ci-avant en relation avec les figures 2 et 3.
L’amplificateur tampon BUFb est d’architecture similaire à l’exemple décrit précédemment en relation avec la figure 4, les éléments communs supportent les mêmes références et ne seront pas détaillés à nouveau.
Dans cet exemple, le mélangeur MIX est représenté par un générateur de courant Im, illustrant le signal de sortie provenant du mélangeur, tel que les courants différentiels de sortie d’une cellule de Gilbert.
Des condensateurs de découplage Ce filtrent ce signal différentiel, qui est appliqué sur les grilles des transistors d’amplification Tl, T2 via des condensateurs d’entrée Cin respectifs et un montage parallèle d’un élément inductif Lm et d’un élément résistif Rm.
D’autre part, un générateur de courant de polarisation Igen écoule un courant dans un transistor T3 monté en diode.
La grille du transistor T3 monté en diode est couplée aux grilles des transistors d’amplification Tl, T2, par l’intermédiaire des résistances de polarisation Rb, à la façon d’un montage miroir de courant.
Un condensateur de découplage Co connecté entre la grille du transistor monté en diode T3 et la masse permet de filtrer la tension de commande du miroir de courant.
La commande du générateur de courant Igen, en étant représentative du signal incident, permet de fixer la polarisation moyenne en tension continue de la paire de transistors Tl, T2 de l’amplificateur tampon BUFb.
De même, cet exemple d’amplificateur BUFb peut aussi bien équiper le premier étage de modulation MD1 que le deuxième étage de modulation MD2.
La figure 6 représente un exemple de connexion parallèle des sorties du premier amplificateur tampon BUF1 et du deuxième amplificateur tampon BUF2 sur un nœud de sortie d’étage de modulation MDO commun (par l’intermédiaire d’un transformateur de sortie TRS, dans cet exemple).
Dans cet exemple, le premier amplificateur tampon BUF1 comporte une pluralité de premiers amplificateurs tampons élémentaires BUF11-BUF12-...-BUF1N parallèles.
Un premier mélangeur MIX1 transmet le premier signal ABBIN transposé à tous les premiers amplificateurs tampons élémentaires.
Les premiers amplificateurs tampons élémentaires BUF11BUF1N présentent individuellement un gain élémentaire respectif et une largeur de bande respective.
On entend par largeur de bande d’un amplificateur tampon élémentaire, la largeur de la bande de fréquences pour lesquelles l’amplificateur tampon élémentaire transmet le signal à amplitude constante et une faible rotation de phase.
Les premiers amplificateurs tampons élémentaires sont configurés pour amplifier un signal ayant une première largeur de bande, relativement restreinte, par exemple de 1,4MHz à 20MHz.
Ainsi, notamment les commandes Vcl 1-Vcl2-...-VclN des transistors cascodes de chaque premier amplificateur tampon élémentaire peuvent permettre de régler un gain de pré-amplification du premier signal transposé STI.
En outre, une commande des tensions de polarisation (Vb) respectives de chaque premier amplificateur tampon élémentaire peut aussi permettre de régler le gain de pré-amplification du premier signal transposé STI.
Par exemple ce gain peut varier de 15dB à 30dB.
Le deuxième étage de modulation MD2 comporte une pluralité de deuxièmes amplificateurs tampons élémentaires BUF21-...-BUF2M parallèles.
Un deuxième mélangeur MIX2 transmet le deuxième signal
APDist transposé à tous les deuxièmes amplificateurs tampons élémentaires.
De même, les deuxièmes amplificateurs tampons élémentaires BUF21 -...-BUF2M présentent individuellement un gain élémentaire respectif et une largeur de bande respective.
Les deuxièmes amplificateurs tampons élémentaires sont configurés pour amplifier un signal ayant une deuxième largeur de bande, de la largeur du spectre de la distorsion. Par exemple les largeurs de bande des deuxièmes amplificateurs tampons élémentaires est de 3 à 5 fois supérieure à celles des premiers amplificateurs tampons élémentaires.
Ainsi, notamment les commandes Vc21 -...-Vc2M des transistors cascodes de chaque deuxième amplificateur tampon élémentaire peuvent permettre de régler un gain de pré-amplification du deuxième signal transposé ST2.
Et en outre, une commande des tensions de polarisation (Vb) respectives de chaque deuxième amplificateur tampon élémentaire peut aussi permettre de régler le gain de pré-amplification du deuxième signal transposé ST2.
Par exemple la variation de ce gain peut atteindre 84 dB en associant un grand nombre d’amplificateur tampon élémentaire pour une émission d’un téléphone mobile de 4ieme génération à la norme LTE (« Long-Term Evolution » en anglais).
En résumé, le premier étage de modulation est configuré et optimisé pour moduler le signal incident ayant une première puissance et une première largeur de bande, et le deuxième étage de modulation est configuré et optimisé pour moduler le signal de pré-distorsion ayant une deuxième puissance, inférieure à la première puissance, et une deuxième largeur de bande, supérieure à la première largeur de bande. Les courants de sortie des amplificateurs tampons incorporés auxdits modulateurs sont sommés sur un nœud de sortie d’étage de modulation MDO commun, via un montage en parallèle ou un transformateur à trois enroulements, les puissances et les bandespassantes respectives n’ayant aucune corrélation avant ledit nœud de sortie d’étage de modulation.
Les réalisations sous-jacentes à ces absences de corrélation entre les puissances et les largeurs de bande sont très avantageuses dans la filière technologique, notamment en matière d’encombrement et de coûts de production.
En outre les exemples de dispositifs décrits précédemment permettent d’optimiser les performances et la consommation énergétique des chaînes de transmission.
La figure 7 représente un système de transmission de signal radiofréquence SYS comportant un dispositif de chaîne de transmission DIS tel que décrit précédemment en relation avec les figures 2 à 6.
Par exemple le système SYS peut être un téléphone portable, une antenne relais de réseau d’amenée ou un satellite.
En outre, le système SYS comporte un dispositif numérique CPU générant le signal incident, appliqué sur l’entrée de signal TxIN du dispositif DIS.
Une antenne ANT est couplée à la sortie de l’amplificateur de puissance PA du dispositif DIS.
Le dispositif numérique CPU est par exemple une unité de calcul telle qu’un microcontrôleur ou un microprocesseur. Le signal incident est par exemple un signal modélisé par un échantillonnage numérique, en quadrature d’amplitude modulée à au moins 10 bits par symbole (1024QAM).
Par ailleurs l’invention n’est pas limitée à ces modes de réalisation mais en embrasse toutes les variantes, par exemple, les dispositifs de chaîne de transmission décrits en relation avec les figures 2 et 3 sont des exemples simplifiés et peuvent notamment comporter des éléments de sortie habituels, tels que des filtres, un duplexeur, une adaptation d’impédance, etc. De même, les amplificateurs tampons décrits en relation avec les figures 4 à 6 peuvent être de conception différente sans sortir de l’objet de l’invention.

Claims (26)

  1. REVENDICATIONS
    1. Procédé de traitement d’un signal incident (BBIN) ayant une première puissance (PI) et une première largeur de bande (BW1), comportant une amplification d’un signal intermédiaire (RFINT) délivrant un signal de sortie amplifié (RFOUT), comprenant :
    une génération d’un signal de transposition (LO) ;
    une première transposition de fréquence, d’un premier signal (ABBIN) issu du signal incident (BBIN) à l’aide du signal de transposition (LO) de façon à générer un premier signal transposé (STI) ;
    une génération d’un signal de pré-distorsion (PDist) ayant une deuxième puissance (P2) inférieure à la première puissance (PI) et une deuxième largeur de bande (BW2) supérieure à la première largeur de bande (BW1), à partir du signal incident (BBIN) et du signal de sortie amplifié (RFOUT) ;
    une deuxième transposition de fréquence, d’un deuxième signal (APDist) issu du signal de pré-distorsion (PDist), à l’aide du signal de transposition (LO) de façon à générer un deuxième signal transposé (ST2) ;
    une sommation du premier signal transposé (STI) et du deuxième signal transposé (ST2) de façon à former le signal intermédiaire (RFINT).
  2. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le signal incident (BBIN) est un signal numérique et le signal de pré-distorsion (PDist) est un signal numérique, le procédé comprenant en outre :
    une première conversion numérique-analogique (CNA1) du signal incident numérique (BBIN) délivrant le premier signal (ABBIN), la première conversion (CNA1) ayant une première dynamique d’entrée (NbBl) et une première fréquence d’échantillonnage (Fsl) ;
    une deuxième conversion numérique-analogique (CNA2) du signal numérique de pré-distorsion (PDist) délivrant le deuxième signal (APDist), la deuxième conversion (CNA2) ayant une deuxième dynamique d’entrée (NbB2) inférieure à la première dynamique d’entrée (NbBl) et une deuxième fréquence d’échantillonnage (Fs2) supérieure à la première fréquence d’échantillonnage (Fs 1 ).
  3. 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel la génération du signal de pré-distorsion (PDist) comprend une transposition descendante de fréquence du signal de sortie amplifié (RFOUT) réalisée à l’aide du signal de transposition (LO), et une conversion analogique-numérique (CAN) du signal de sortie amplifié transposé.
  4. 4. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le signal de pré-distorsion (PDist) est généré de façon à ce qu’il compense une distorsion du signal de sortie amplifié par rapport au signal incident.
  5. 5. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le signal de pré-distorsion (PDist) est déterminé par auto-apprentissage.
  6. 6. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le signal de pré-distorsion est généré en temps réel et comporte une correction de la différence entre le signal incident (BBIN) et le signal de sortie (RFOUT).
  7. 7. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la première transposition comprend une première pré-amplification générant en courant le premier signal transposé (STI), et la deuxième transposition comprend une deuxième pré-amplification générant en courant le deuxième signal transposé (ST2).
  8. 8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel lesdites première et deuxième pré-amplifications sont mises en œuvre avec des gains respectifs commandables et des largeurs de bande respectives commandables.
  9. 9. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la deuxième puissance est 100 à 1000 fois inférieure à la première puissance.
  10. 10. Procédé selon Tune quelconque des revendications précédentes, dans lequel la deuxième largeur de bande est 3 à 5 fois supérieure à la première largeur de bande.
  11. 11. Procédé selon Tune quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit signal incident et ledit signal de prédistorsion sont du type signaux en quadrature de phase et ayant une amplitude modulée à au moins dix bits par symbole.
  12. 12. Procédé selon Tune quelconque des revendications précédentes, dans lequel le signal de transposition est un signal radiofréquence.
  13. 13. Dispositif de chaîne de transmission comportant :
    une entrée de signal (TxIN) pour recevoir un signal incident (BBIN) à transmettre ayant une première puissance (Pl) et une première largeur de bande (BW1) ;
    un module d’oscillateur local (LOGEN) configuré pour générer un signal de transposition (LO) ;
    un premier étage de modulation (MD1) configuré pour effectuer une première transposition de fréquence d’un premier signal (ABBIN) issu du signal incident (BBIN) à l’aide du signal de transposition (LO), de façon à délivrer un premier signal transposé (STI) sur une sortie d’étage de modulation (MDO) ;
    un amplificateur de puissance (PA) comportant une entrée (PAin) couplée à la sortie d’étage de modulation (MDO) et configuré pour amplifier un signal intermédiaire (RFINT) sur la sortie d’étage de modulation (MDO) et délivrer un signal de sortie amplifié (RFOUT) ;
    des moyens de génération de signal de pré-distorsion (MGEN) configurés pour générer un signal de pré-distorsion (PDist) à une deuxième puissance (P2) inférieure à la première puissance (Pl) et dans une deuxième largeur de bande (BW2) supérieure à la première largeur de bande (BW1), à partir du signal incident (BBIN) et du signal de sortie (RFOUT) ;
    un deuxième étage de modulation (MD2) configuré pour effectuer une deuxième transposition de fréquence d’un deuxième signal (APDist) issu du signal de pré-distorsion (PDist) à l’aide du signal de transposition (LO), de façon à délivrer un deuxième signal transposé (ST2) sur ladite sortie d’étage de modulation (MDO), formant, avec le premier signal transposé (STI), le signal intermédiaire (RFINT).
  14. 14. Dispositif selon la revendication 13, dans lequel le signal incident (BBIN) est un signal numérique et les moyens de génération de signal de pré-distorsion (MGEN) sont configurés pour générer un signal de pré-distorsion numérique (NPDist), le dispositif comportant en outre :
    un premier convertisseur numérique-analogique (CNA1) configuré pour délivrer le premier signal (ABBIN) au premier étage de modulation (MD1) à partir du signal incident numérique (BBIN), le premier convertisseur numérique-analogique (CNA1) ayant une première dynamique d’entrée (NbBl) et une première fréquence d’échantillonnage (Fsl) ;
    un deuxième convertisseur numérique-analogique (CNA2) configuré pour délivrer le deuxième signal (APDist) au deuxième étage de modulation (MD2) à partir du signal numérique de pré-distorsion (PDist), le deuxième convertisseur numérique-analogique (CNA2) ayant une deuxième dynamique d’entrée (NbB2) inférieure à la première dynamique d’entrée (NbBl) et une deuxième fréquence d’échantillonnage (Fs2) supérieure à la première fréquence d’échantillonnage (Fsl).
  15. 15. Dispositif selon la revendication 14, comportant en outre un étage de démodulation (RFDM) configuré pour effectuer une transposition descendante de fréquence du signal de sortie amplifié (RFOUT) à l’aide du signal de transposition (LO), et un convertisseur analogique-numérique (CAN) configuré pour délivrer un signal numérique à partir du signal de sortie amplifié (RFOUT) transposé.
  16. 16. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 13 à 15, dans lequel les moyens de génération de signal de pré-distorsion (MGEN) sont configurés pour générer ledit signal de pré-distorsion (PDist) de façon à ce qu’il compense une distorsion du signal de sortie (RFOUT) amplifié par rapport au signal incident (BBIN).
  17. 17. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 13 à 16, dans lequel les moyens de génération de signal de pré-distorsion (MGEN) comportent un calculateur (CLC) configuré pour déterminer par auto-apprentissage le signal de pré-distorsion et un générateur de signaux (GEN) configuré pour générer le signal de pré-distorsion déterminé.
  18. 18. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 13 à 16, dans lequel les moyens de génération de signal de pré-distorsion (MGEN) comportent une boucle de contre-réaction configurée pour générer en temps réel une correction de la différence entre le signal incident (BBIN) et le signal de sortie (RFOUT).
  19. 19. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 13 à 18, dans lequel le premier étage de modulation (MD1) comporte un premier mélangeur (MIX, MIX1) et un premier amplificateur tampon (BUF, BUF1) générant en courant le premier signal transposé (STI) sur la sortie d’étage de modulation (MDO), et le deuxième étage de modulation (MD2) comporte un deuxième mélangeur (MIX, MIX2) et un deuxième amplificateur tampon (BUF, BUF2) générant en courant le deuxième signal transposé (ST2) sur la sortie d’étage de modulation (MDO).
  20. 20. Dispositif selon la revendication 19, dans lequel lesdits premiers et deuxièmes amplificateurs tampons (BUF, BUF1, BUF2) comportent respectivement chacun une pluralité de premiers et de deuxièmes amplificateurs tampons élémentaires commutables en parallèle sur commande (BUF11-BUF1N, BUF21-BUF2M), des commandes de commutations permettant de commander la valeur du gain et la largeur de bande de l’étage de modulation respectif.
  21. 21. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 13 à
    20, dans lequel la deuxième puissance est 100 à 1000 fois inférieure à la première puissance.
  22. 22. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 13 à
    21, dans lequel la deuxième largeur de bande est 3 à 5 fois supérieure à la première largeur de bande.
  23. 23. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 13 à
    22, dans lequel ledit signal incident (BBIN) et ledit signal de prédistorsion (PDist) sont du type signaux en quadrature de phase et ayant une amplitude modulée à au moins dix bits par symbole.
    5 24. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 13 à
    23, dans lequel ledit signal de transposition (LO) est un signal radiofréquence.
    25. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 13 à
  24. 24, réalisé de façon intégré dans et sur un substrat de silicium10 germanium.
    26. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 13 à
  25. 25, dans lequel la sortie d’étage de modulation comprend un transformateur à trois enroulements, dont un premier enroulement primaire (Ll) est destiné à recevoir le premier signal transposé (STI),
    15 un deuxième enroulement primaire (L2) est destiné à recevoir le deuxième signal transposé (ST2), et dont un enroulement secondaire (L3) est destiné à délivrer ledit signal intermédiaire (RFINT).
  26. 27. Système de transmission de signal radiofréquence comportant un dispositif de chaîne de transmission (DIS) selon l’une
    20 quelconque des revendications 13 à 26, un dispositif numérique (CPU) apte à générer ledit signal incident (BBIN) sur ladite entrée de signal (TxIN), et une antenne (ANT) couplée à la sortie dudit amplificateur de puissance (PA).
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