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WO 2004/045179 PCT/FR2003/003134
SÉQUENCE D'APPRENTISSAGE POUR LA LINÉARISATION D'UN AMPLIFICATEUR RF
La présente invention concerne la linéarisation des amplificateurs de
puissance radiofréquence (RF). Elle trouve des applications, en particulier,
dans les émetteurs RF des terminaux mobiles des systèmes de
radiocommunications numériques. Elle peut aussi s'appliquer dans les
émetteurs RF des stations de base en particulier lors du premier démarrage
d'une telle station.
Dans les systèmes de radiocommunication numériques actuels, on
cherche à transmettre des informations avec un débit maximal dans une bande
de fréquence RF donnée qui est affectée à un canal de transmission (ci-après
canal radio). Pour ce faire, les modulations utilisées depuis quelques années
comportent une composante de modulation de phase ou de fréquence et une
composante de modulation d'amplitude.
De plus, des canaux radio coexistent dans une bande de fréquence
déterminée allouée au système. Chaque canal radio est subdivisé en canaux
logiques par division de temps. Dans chaque intervalle de temps ("Time Slot"
en anglais), il est émis un groupe de symboles appelé salve ou paquet ("Burst"
en anglais).
II est nécessaire de veiller à ce que, à chaque instant, le niveau de
puissance émis dans chaque canal radio ne brouille pas les communications
dans un canal radio adjacent. Ainsi, des spécifications imposent que le niveau
de puissance d'un signal RF émis dans un canal radio déterminé soit, dans un
canal radio adjacent, inférieur par exemple de 60 dB (décibels), au niveau de
puissance du signal RF émis dans ledit.canal radio déterminé.
II s'avère donc nécessaire que le spectre du signal à émettre, qui
résulte notamment du type de la modulation employée et du débit binaire, ne
soit pas déformé par l'émetteur RF. En particulier, il faut que l'émetteur RF
présente une caractéristique de la puissance de sortie en fonction de la
puissance d'entrée, qui soit linéaire.
Toutefois, l'amplificateur de puissance radiofréquence (ci-après
amplificateur RF) présent dans l'émetteur RF a une caractéristique linéaire à
faible puissance de sortie mais non linéaire dès que la puissance dépasse un
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certain seuil. On sait aussi que le rendement de l'amplificateur RF est
d'autant
meilleur que l'on travaille dans une zone proche de la saturation c'est-à-dire
en
régime non linéaire. Ainsi la nécessité de linéarité et la nécessité de
rendement
élevé (pour économiser la charge de la batterie) obligent à utiliser des
techniques de linéarisation pour corriger les non-linéarités de
l'amplificateur
RF. Deux des techniques les plus couramment employées sont la prédistorsion
adaptative en bande de base et la boucle cartésienne en bande de base.
Dans la technique de la boucle cartésienneï le signal à émettre est
généré en bande de base au format I et Q. Par ailleurs, un coupleur suivi d'un
démodulateur permettent de prélever une partie du signal RF émis et de le
transposer en bande de base (conversion descendante), au format I et Q. Ce
signal en bande de base est comparé au signal en bande de base à émettre.
Un signal d'erreur résultant de cette comparaison attaque un modulateur, qui
assure la -transposition vers le domaine des radiofréquences (conversion
montante). Le signal en sortie du modulateur est amplifié par un amplificateur
RF qui délivre le signal RF émis.
Dans la technique de prédistorsion adaptative en bande de base, le
signal à émettre est généré en bande de base, en format I et Q, et pré-
distordu
via un dispositif de prédistorsion. Puis, ce signal est transposé vers le
domaine
RF grâce à un modulateur RF. Ensuite, il est amplifié dans un amplificateur
RF.
Un coupleur suivi d'un démodulateur RF permettent de prélever une partie du
signal RF émis et de le transposer en bande de base; au format I, Q. Ce signal
démodulé en bande de base est numérisé et comparé avec le signal en bande
de base à émettre. Une adaptation des coefficients de prédistorsion, réalisée
pendant une phase d'apprentissage du dispositif de prédistorsion, permet de
faire converger le signal au format I et Q démodulé vers le signal au format I
et
Q à émettre.
Dans ces deux techniques, une partie du signal émis est prélevée en
sortie de l'amplificateur RF afin de le comparer au signal à émettre. II en
résulte
que la linéarité n'est pas obtenue immédiatement mais seulement après un
certain temps, nécessaire à la convergence du dispositif de linéarisation. Le
signal émis a, durant une période correspondant à la phase d'apprentissage du
dispositif de linéarisation, un spectre élargi par les non-linéarités non
corrigées.
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II peut ne pas respecter les contraintes sur le spectre des signaux émis.
Cette
remarque s'applique certes plus à la prédistorsion adaptative qu'à la boucle
cartésienne, même si cette dernière nécessite, pour assurer sa stabilité, des
ajustements initiaux de phase et de niveaux d'amplitude assimilable à un
apprentissage.
Plusieurs méthodes ont été proposées dans l'art antérieur pour
remédier à ce problème.
La méthode divulguée dans le document WO 94/10765, repose sur
l'émission par les émetteurs du système de séquences particulières, dites
séquences d'apprentissage de linéarisation, pendant des phases
d'apprentissage de linéarisation. Plus particulièrement, des séquences
d'apprentissage sont émises de façon isolée dans des intervalles de temps
formant un canal logique particulier des canaux radio, qui est dédié
uniquement
à la linéarisation. Comme tous les émetteurs du système émettent leur
séquence d'apprentissage respective en même temps, les communications ne
sont pas perturbées par les interférences entre les canaux radio qui peuvent
éventuellement se produire à ce moment. II n'est donc pas nécessaire
d'empêcher les interférences entre les canaux radio du système.
Cependant cette méthode présente plusieurs inconvénients. Tout
d'abord, elle nécessite une synchronisation préalable de tous les émetteurs
pour que ceux-ci émettent leur séquence d'apprentissage de linéarisation
respective dans le canal logique dédié à la linéarisation. De plus, aucune
transmission de données ne peut. avoir lieu dans les intervalles de temps de
ce
canal logique. En outre, au début de chaque émission ou en cas de
changement de canal radio, l'émetteur est obligé d'attendre l'intervalle de.
temps suivant du canal logique dédié à la linéarisation, à moins de
complexifier
considérablement le système. C'est pourquoi l'espacement temporel entre
deux intervalles de temps dudit canal logique ne peut dépasser la seconde,
afin de garantir une certaine qualité de service (QoS). Cette technique est
donc
très préjudiciable à l'efficacité spectrale du système de radiocommunication.
Enfin, puisqu'aucune précaution particulière n'est prise pour éviter
l'émission
hors bande pendant les phases d'apprentissage de ~linéarisation, cette
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technique peut générer des interférences pour les émetteurs des autres
systèmes de radiocommunications, qui ne s'y conforment pas.
Une autre méthode, divulguée dans le document US 5,748,678, prévoit
d'utiliser pendant les phases d'apprentissage de linéarisation un second
modulateur ayant un débit deux fois moindre que le modulateur normalement
utilisé pour la transmission de données utiles. Ce second modulateur génère
un signal qui possède, la même profondeur de modulation d'amplitude mais
une largeur spectrale divisée par deux, par rapport aux signaux émis en dehors
des phases d'apprentissage de linéarisation. Ceci permet d'éviter de brouiller
les canaux radio adjacents par les signaux non corrigés des non-linéarités qui
sont émis durant les phases d'apprentissage de linéarisation.
Cependant cette méthode est assez complexe à mettre en oeuvre car
elle nécessite un second modulateur, ainsi que .des filtres associés ou
l'utilisation de filtres adaptatifs. Ce second modulateur sert uniquement
durant
les phases d'apprentissage de linéarisation, c'est-à-dire pendant une très
faible
fraction .du temps. En effet, lorsque l'amplificateur a été linéarisé
initialement, il
suffit de corriger d'éventuelles dérives de ses caractéristiques. Les
dispositifs
de linéarisation du type évoqué en introduction peuvent s'en charger au cours
de .la transmission de données utiles (au débit normal). Le surcoût lié à ce
second modulateur correspondant est donc peu justifié.
Afin de pallier les inconvénients de l'art antérieur précité, un premier
aspect de l'invention concerne un procédé d'apprentissage d'un dispositif de
linéarisation d'un amplificateur radiofréquence qui est compris dans un
émetteur radiofréquence d'un premier équipement d'un système de
radiocommunications,lequel émetteur est adapté pour émettre.des salves selon
une structure de trame déterminée, chaque salve comprenant des symboles
appartenant à un alphabet de symboles déterminé. Le procédé comprend les
étapes consistant à
a) générer une séquence d'apprentissage de linéarisation comprenant
un nombre déterminé N de symboles, où N est un nombre entier déterminé ;
b) émettre la séquence d'apprentissage de linéarisation au moyen de
l'émetteur radiofréquence, dans certaines au moins des salves émises par
celui-ci ;
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c) comparer la séquence d'apprentissage de linéarisation émise à la
séquence d'apprentissage de linéarisation générée afin d'entraîner ledit
dispositif de linéarisation.
Avantageusement, au moins un nombre déterminé N1 de symboles de
5 la séquence d'apprentissage de linéarisation transmis en premier, où N1 est
un
nombre entier déterminé inférieur ou égal à N, appartiennent à un sous
alphabet de symboles compris dans ledit alphabet de symboles, ledit sous
alphabet de symboles étant constitué de symboles qui, isolément ou en
combinaison, donnent à la salve un spectre plus étroit que ledit alphabet de
symboles dans son ensemble.
Par sous-alphabet, on entend une partie de l'alphabet considéré. Dit
autrement, si l'alphabet comprend un nombre déterminé M de symboles
(alphabet M-aire), le sous-alphabet ne comprend qu'un nombre déterminé M1
de ces symboles (sous-alphabet M1-aire) où M et M1 sont des nombres entiers
tels que M1 est inférieur à M. Les M1 symboles du sous-alphabet sont choisis
de manière à donner au signal RF qui est émis un spectre plus étroit que celui
donné par les M symboles de l'alphabet dans son ensemble.
Ledit premier équipement peut étre un terminal mobile ou une station
de base du système de radiocommunications.
Un deuxième aspect de l'invention concerne un dispositif
d'apprentissage d'un dispositif de linéarisation d'un amplificateur
radiofréquence qui est compris dans un émetteur radiofréquence d'un premier
équipement d'un système de radiocommunications, lequel émetteur est adapté
pour émettre des salves selon une structure de trame déterminée, chaque
salve comprenant des symboles appartenant à un alphabet de symboles
déterminé. Le dispositif comprend
a) des moyens pour générer une séquence d'apprentissage de
linéarisation comprenant un nombre déterminé N de symboles, où N est un
nombre entier déterminé ;
b) des moyens pour émettre la séquence d'apprentissage de
linéarisation au moyen de l'émetteur dans certaines au moins des salves
émises par celui-ci ;
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c) des moyens pour comparer la séquence d'apprentissage de
linéarisation émise à la séquence d'apprentissage de linéarisation générée
afin
d'entraîner ledit dispositif de linéarisation.
Avantageusement, au moins un nombre déterminé N1 de symboles de
la séquence d'apprentissage de linéarisation transmis en premier, où N1 est un
nombre entier déterminé inférieur ou égal à N, appartiennent à un sous
alphabet de s~mboles compris dans ledit alphabet de symboles, ledit sous
alphabet de symboles étant constitué de symboles qui, isolément ou en
combinaison, donnent à la salve un spectre plus étroit que ledit alphabet de
symboles dans son ensemble.
Un troisième aspect de l'invention concerne un terminal mobile d'un
système de radiocommunications, comprenant un émetteur radiofréquence
ayant un amplificateur radiofréquence et un dispositif de linéarisation de
l'amplificateur radiofréquence, qui comprend en outre un dispositif
d'apprentissage du dispositif de linéarisation selon le deuxième aspéct.
Un quatrième aspect de l'invention concerne une station de base d'un
système de radiocommunications comprenant un émetteur radiofréquence
ayant un amplificateur radiofréquence et un dispositif de linéarisation de
l'amplificateur radiofréquence, qui comprend en outre un dispositif
d'apprentissage du dispositif de linéarisation selon le troisième aspect.
Un cinquième aspect concerne une séquence d'apprentissagé de
linéarisation destinée à étre émise au moyen d'un émetteur radiofréquence
d'un terminal mobile ou d'une station de base d'un système de
radiocommunications, lequel émetteur est adapté pour émettre des salves
selon une structure de trame déterminée. La séquence comprend un nombre
déterminé N de symboles, où N est un nombre entier déterminé, ces symboles
appartenant à un alphabet de symboles déterminé.
Avantageusement, au moins un nombre déterminé N1 de symboles de
la séquence d'apprentissage de linéarisation transmis en premier, où N1 est un
nombre entier déterminé inférieur ou égal à N, appartiennent à un sous
alphabet de symboles compris dans ledit alphabet de symboles, ledit sous-
alphabet de symboles étant constitué de symboles qui, isolément ou en
combinaison, donnent à la salve dans laquelle la séquencé d'apprentissage de
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linéarisation est émise un spectre plus étroit que ledit alphabet de symboles
dans son ensemble.
L'objet de l'invention est donc atteint en utilisant une séquence
d'apprentissage particulière qui permet au signal RF émis de conserver,
pendant la phase d'apprentissage de linéarisation, une largeur spectrale
compatible avec les performances recherchées sans contrainte particulière sur
les instants où cet apprentissage est réalisé ni sur la complexité de
l'émetteur.
Le débit binaire pendant la phase d'apprentissage de linéarisation peut être
le
même que celui en dehors de cette phase.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront
encore à la lecture de la description qui va suivre. Celle-ci est purement
illustrative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels
- la figure 1 est un schéma synoptique d'un exemple de terminal mobile
selon l'invention ;
- la figûre 2 est un tableau illustrant un exemple de modulation de
données basée sur un alphabet de symboles quaternaire
- la figure 3 et la figure 4 sont des graphes illustrant l'effet du choix des
symboles de la séquence d'apprentissage sur le spectre du signal RF
correspondant respectivement en entrée et en sortie de l'amplificateur RF ;
- la figure 5 est un schéma illustrant un exemple de séquence
d'apprentissage de linéarisation selon l'invention ;
- la figure 6 et la figure 7 sont des schémas illustrant des exemples de
salves émises par le terminal mobile, pouvant incorporer une séquence
d'apprentissage de linéarisation selon l'invention.
A la figure 1, on a représenté schématiquement les moyens d'un
exemple de terminal mobile selon l'invention. Un tel terminal mobile
appartient
par exemple à un système de radiocommunications qui comprend par ailleurs
un réseau fixe ayant des stations de base.
Le terminal comprend une chaîne d'émission 100, une chaîne de
réception 200, une unité de commande 300, une mémoire permanente 400,
ainsi qu'un dispositif 500 de commande automatiqué de gain (CAG) associé à
un récepteur RF de la chaîne de réception 200.
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La chaîne d'émission 100 comprend une source de données utiles 10,
par exemple un codeur de parole délivrant des données codant de la voix. La
source 10 est couplée à un modulateur de données M-aire 20 qui assure la
modulation en bande de base des données à émettre selon une modulation à
M états distincts, où M est un nombre entier déterminé. Les données binaires
qu'il reçoit de la source 10 sont traduites par le modulateur 20 en des
symboles
appartenant à un alphabet M-aire c'est-à-dire comprenant M ~ symboles
distincts. La sortie du modulateur 20 est couplée à l'entrée d'un émetteur
radiofréquence 30. A partir de la suite des symboles reçus, l'émetteur 30
produit un signal RF convenant pour l'émission radioélectrique via une antenne
. ou un câble.. La sortie de . l'émetteur .30 est .couplée à une antenne
d'émission/réception 40 via un commutateur 41. Ainsi le signal RF produit par
l'émetteur est émis sur le canal radio associé à l'émetteur.
La chaîne de réception 200 comprend un récepteur radiofréquence 50
qui est couplé à l'antenne 40 via le commutateur 41, pour recevoir un ~ signal
RF. Le récepteur 50 assure la transposition du domaine RF vers la bande de
base (conversion descendante). A cet effet, il comprend un amplificateur à
gain
. variable 59 qui a pour fonction de compenser les variations de puissance sur
l'antenne 40 (qui peuvent être rapides) afin que le reste de la chaîne de
réception traite un signal ayant un niveau de puissance sensiblement constant,
ce qui assure de bonnes performances. La chaîne d.e réception 200 comprend
aussi un démodulateur de données M-aire 60, .couplé au récepteur 50. Le .
démodulateur de données 60 assure en bande de base la démodulation des
données du signal reçu c'est-à-dire l'opération inverse de celle assurée par
le
modulateur 20. Enfin, la chaîne de réception 200 comprend un dispositif
consommateur de données 70, tel qu'un décodeur de parole, qui est couplé au
démodulateur 60. Ce dispositif reçoit en entrée les données binaires délivrées
par le démodulateur 60.
L'unité 300 est par exemple un microprocesseur ou un microcontrôleur
qui assure la gestion du terminal mobile. Notamment, elle commande le
modulateur de données 20, le démodulateur de données 60, l'émetteur 30 et le
commutateur 41. Elle génère aussi des données de signalisation qui sont
fournies au modulateur 20 pour être émises dans des canaux logiques de
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signalisation appropriés. A l'inverse, l'unité -300 reçoit du démodulateur de
données 60 des données de signalisation envoyées par le réseau fixe dans
des canaux logiques de signalisation appropriés, notamment des informâtions
de synchronisation et des commandes de fonctionnement.
La mémoire 400, est par exemple une mémoire ROM (« Read Only
Memory »), EPROM (« Electrically Programable ROM ») ou Flash-EPROM,
dans laquelle sont stockées des données qui sont utilisées pour le
fonctionnement du terminal mobile. Ces données comprennent notamment une
séquence d'apprentissage.de linéarisation sur laquelle on reviéndra plus loin.
On va maintenant décrire en détail un. exemple . de réalisation de
l'émetteur 30. Dans cet exemple, l'émetteur 30 comprend un amplificateur de
puissance radiofréquence 31, un modulateur radiofréquence 32 qui assure la
transposition de la bande de base vers le domaine radiofréquence (conversion
montante), un dispositif de linéarisation 33, un. module d'apprentissage 34
associé au dispositif de linéarisation.
La sortie de l'amplificateur de puissance 31 délivre le signal RF à
émettre. C'est pourquoi elle est couplée à l'antenne 40 via le commutateur 41.
L'entrée de l'amplificateur de .puissance 31 .reçoit un signal radiofréquence
délivré par la sortie du modulateur radiofréquence 32. L'entrée de celui-ci
est
couplée à la sortie du modulateur de données 20 pour recevoir la suite des
symboles formant le signal en bande de base à émettre, à travers le dispositif
de linéarisation 33. Ce dernier comprend par exemple un dispositif de
prédistorsion comprenant une palette (« look-up table » en anglais) qui
traduit .
chaque valeur du signal à émettre en une valeur pré-distordue. En variante ou
en complément, le dispositif 33 peut aussi comprendre des moyens
d'asservissement en amplitude du signal en sortie de l'émetteur 30.
Le module d'apprentissage 34 réalise l'apprentissage du dispositif de
linéarisation 33 en fonction d'un signal d'entrée qui reflète le signal RF
délivré
par la sortie de l'amplificateur de puissance 31. A cet. effet, le module 34
reçoit
une partie de ce signal RF, qui est prélevée en sortie de l'amplificateur de
puissance 31 au moyen d'un coupleur 36. En tant que de besoin, le module 34
assure le retour en bande de base du signal RF ainsi prélevé. Bien qu'étant
représenté entièrement à l'intérieur de l'émetteur 30, le module 34 peut, au
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moins en partie, étre mis en oeuvre par des moyens appartenant à l'unité de
commande 300, notamment des moyens logiciels.
Enfin, le dispositif de commande automatique de gain 500 permet,
sous la commande de l'unité de commande 300 de faire varier dynamiquement
5 le gain de l'amplificateur à gain variable 59 du récepteur RF 50, en
fonction
d'informations qui sont reçues du réseau fixe, selon un procédé connu en lui-
même. En vertu de ce procédé; la station de base du réseau fixe avec laquelle
le terminal communique, émet à des instants ~ déterminés une séquence
déterminée, appelée séquence de CAG. Cette séquence est connue de et
10 reconnaissable par le terminal mobile. Elle lui permet de mesurer la
puissance
du signal reçu de la station de base et d'en déduire une commande du gain de
l'amplificateur 59. Ce procédé est mis en oeuvre dans le terminal mobile par
le
dispositif 500 sous la commande de l'unité 300.
Selon un procédé symétrique, il est prévu que l'émetteur 30 émette
une séquence de CAG, pour permettre la commande dynamique, par la station
de base, du gain d'un amplificateur à gain variable compris dans un récepteur
RF de la station de base. Cette séquence est connue de et reconnaissable par
la station de base.. Elle.permet à la station de base de. mesurer la.
puissance du
signal reçu du terminal mobile et d'en déduire une commande du gain de
l'amplificateur à gain variable du récepteur RF de la station de base.
Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, le modulateur de
données 20 applique une modulation dite F4FM (de l'anglais "Filtered 4-state
Frequency Modulation"), qui est une modulation propriétaire mais est en cours
de normalisation auprès de la TIA (Telecommunications Industry Association).
C'est une modulation à 4 états ou modulation quaternaire, c'est-à-dire une
modulation M-aire où M est ici égal à 4. Lorsque le débit du modulateur 20 est
égal à 8 kilo-symbolesls, la transmission . de 8 symboles dure 1 ms
(milliseconde). Dit autrement, la transmission d'un symbole dure 125 ps
(microseconde).
Le tableau de la figure 2 donne la correspondance entre données
binaires et symboles, qui est appliquée par la modulation F4FM. Chaque
symbole correspond à deux bits de données. L'alphabet de symboles est
composé de quatre symboles notés -3, -1, +1 et +3. On note {-3,-1,+1,+3} cet
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alphabet quaternaire. Lorsqu'un signal à émettre est généré à partir des
symboles de cet alphabet, le signal RF a un spectre de largeur déterminée.
Parmi ces symboles, les symboles notés -1 et +1 forment un sous-alphabet
qui, lorsqu'il est seul utilisé pour la génération du signal à émettre, donne
au
signal RF correspondant un spectre de largeur réduite par rapport à ladite
largeur déterminée. On note {-1,+1) ce sous-alphabet. C'est un sous-alphabet
M1-aire, avec M1=2, dont tous les symboles appartiennent à l'alphabet complet
{-3,-1,+1,+3). D'après une caractéristique de la modulation F4FM, les symboles
du sous-alphabet ~-1,+1} sont aussi ceux qui induisent la profondeur de
modulation d'amplitude la plus faible.
Le modulateur radiofréquence 32 assure la transposition du signal à
émettre sur une fréquence porteuse à environ 400 MHz (mégahertz) ou environ
800 MHz, dans un canal radio de largeur égale par exemple à 8 kHz (kilohertz).
Les différents canaux radio du système sont . espacés par. exemple de
12,5 kHz. Chaque canal radio est subdivisé en canaux logiques de trafic ou de
signalisation par division de temps. Dans chaque intervalle de temps, il est
émis une salve selon une structure de trame déterminée qu'il n'est pas utile
de
détailler ici.
On va maintenant décrire le fonctionnement du terminal mobile
pendant une phase d'apprentissage, par le dispositif 34, du dispositif de
linéarisation 33. Bien que cela ne soit pas mentionné à chaque fois dans ce
qui
suit, il est bien entendu que les termes "phase d'apprentissage" et les termes
"séquence d'apprentissage" se rapportent à l'apprentissage du dispositif de
linéarisation 33 effectué par le dispositif d'apprentissage 34 sous la
commande
de l'unité 300.
Le procédé d'apprentissage du dispositif 33 comprend une étape
consistant à générer une séquence d'apprentissage comportant un nombre N
déterminé de symboles, où N est un nombre entier. Cette étape est réalisée
par le modulateur de données 20 sous la commande de l'unité de commande
300. A cet effet, l'unité 300 lit une séquence correspondante de 2 x N bits
dans
la mémoire 400.
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Ensuite, toujours sous la commande de l'unité 300, la séquence
d'apprentissage est émise au moyen de l'émetteur 30 dans certaines au moins
des salves émises par celui-ci, selon la structure de tramé du système.
Le dispositif d'apprentissage 34 obtient alors la séquence
d'apprentissage émise et la compare à la séquence d'apprentissage générée,
. et effectue en conséquence des âctions telles que des adaptations de
coefficients de prédistorsion ôu autres du dispositif de linéarisation 33,
selon un
algorithme d'apprentissage déterminé. Cet algorithme peut être adaptatif. On
parle d'entrainement pour désigner ces opérations.
Sur le graphe de la figure 3, on a représenté le spectre d'une salve
émise dans un canal radio déterminé, en dehors de la phase d'apprentissage,
dans trois cas différents. Dans le premier cas, correspondant à la courbe 1,
seuls les symboles du sous-alphabet {-1,+1~ sont utilisés. Dans le deuxième
cas, correspondant à la courbe 2, une majorité des symboles utilisés
appartiennent au sous-alphabet {-1,+1}, les autres appartenant à l'alphabet {-
3,-1,+1 +3) exclu du sous-alphabet {-1,+1 ~ (c'est-à-dire au sous-alphabet {-
3,+3}
formé des symboles -3 et +3). Enfin, dans le roisième cas, correspondant à la
courbe 3, les symboles sont répartis sensiblement uniformément dans
l'alphabet complet {-3,-1,+1 +3}. On observe que le spectre est d'autant plus
étroit que le nombre des symboles qui appartiennent au sous-alphabet {-1,~1)
est élevé. Dans chaque cas, le spectre est centré sur la fréquence centrale Fo
du canal radio.
Sur le graphe de la figure 4, les mêmes courbes correspondent à des
mesures effectuées en sortie de l'amplificateur de puissance 31 non linéarisé,
c'est-à-dire par exemple au début de la phase d'apprentissage. L'observation
ci-dessus est toujours valable. En outre, on observe également, en comparant
les deux figures, que dans chaque cas le spectre est plus large à la. figure 4
qu'à la figure 3. Ceci provient des non-linéarités de l'émetteur
radiofréquence
30, notamment de l'amplificateur de puissance 31. Cet élargissement du
spectre peut impliquer le brouillage des canaux radio adjacents, pendant la
phase d'apprentissage.
II en résulte que, pour respecter les contraintes spectrales pendant la
phase d'apprentissage, une première partie au moins de la séquence
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d'apprentissage est avantageusement générée à partir du sous-alphabet f-
1,+1 ~. De cette manière, le signal RF correspondant présente un spectre de
largeur minimale. Lorsque le système est bien dimensionné, ceci permet de ne
pas perturber les canaux radio adjacents pendant la phase d'apprentissage et
notamment pendant le laps de temps initial où l'algorithme d'apprentissage n'a
pas encore convergé.
La séquence qui donne un tel spectre est obtenue par simulation ou
par mesure de toute la chaîne d'émission. II se peut, comme dans l'exemple
considéré ici, que cette séquence implique que la profondeur de modulation
d'amplitude soit également réduite. II se peut même que cette réduction ait
des
effets néfastes sur les résultats de l'algorithme de linéarisation et qu'ainsi
la
séquence choisie ne convienne pas. C'est pourquoi, il peut être nécessaire
d'ajouter une contrainte sur la profondeur de modulation d'amplitude en ce qui
concerne le choix de la séquence d'apprentissage, afin d'obtenir un compromis
entre l'élargissement spectral dû aux non-linéarités de l'amplificateur de
puissance (à minimiser) et la profondeur de modulation d'amplitude induite par
cette séquence (à maximiser). Ces contraintes sont variables en fonction de
l'amplificateur de puissance utilisé dans la chaîne d'émission. Une méthode
possible permettant ~ de choisir cette séquence est de se livrer à une
optimisation numérique sur le choix de N symboles de la séquence. La chaîne
d'émission est prise avec tous ses défauts sans linéarisation particulière.
Cette
séquence étant généralement courte (de l'ordre d'une dizaine de symboles),
l'optimisation peut être une recherche exhaustive des N symboles permettant
de respecter les contraintes que l'on souhaite à la fois sur la largeur
spectrale
et sur la profondeur de modulation d'amplitude.
II est aussi possible de prévoir une évolution de la valeur de la
profondeur de modulation d'amplitude au cours de la phase d'apprentissage
(entre le début et la fin de la séquence d'apprentissage), dans le cas où
l'algorithme d'apprentissage est adaptatif. En effet, les perturbations
engendrées par l'élargissement spectral du signal diminuent au fur et à mesure
de la convergence de l'algorithme, et il devient alors possible de relâcher un
peu la contrainte spectrale pour augmenter la profondeur de modulation
d'amplitude du signal RF émis.
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Dans un exemple, si l'on a choisi les N1 symboles émis en premier en
les sélectionnant à l'intérieur du sous-alphabet {-1,+1}, on peut choisir les
N2
symboles émis en dernier de telle manière que certains au moins d'entre eux
appartiennent à l'alphabet de symboles {-3,-1,+1,+3} exclu ledit sous-alphabet
de symboles {-1,+1}, c'est-à-dire au sous-alphabet complémentaire {-3 ,+3}, où
N1 et N2 sont des nombres entiers inférieurs à N tels que N1 et N2 soit
inférieur ou égal à N. Lors de l'émission de ces N2 autres symboles, c'est-à-
dire après avoir fait fonctionner l'algorithme d'apprentissage du dispositif
de
linéarisation 33 sur les N1 symboles émis en premier, la chaïne d'émission est
déjà linéarisée de manière approximative. La linéarisation n'est certes pas
totale mais permet alors d'utiliser d'autres symboles générant un signal RF de
plus grande excursion d'amplitude tout en respectant les contraintes de
largeur
spectrale.
De préférence, on peut faire en sorte qu'une. majorité voire la totalité de
ces N2 autres symboles appartienne au sous-alphabet ~-3,+3} qui, selon une
propriété de la modulation F4FM, produisent une profondeur de modulation
d'amplitude plus importante. Dans le cas d'une autre modulation, il peut étre
préférable de tendre vers une distribution sensiblement.uniforme des symboles
dans l'alphabet complet.
Dans un exemple, N1+N2=N. Bien entendu, N1+N2 peut être inférieur à
N, ce qui permet de prévoir d'autres symboles émis entre lesdits N1 symbôles
émis én premier et lesdits N2 symboles émis en dernier, én produisant des
effets intermédiaires en terme de largeur spectrale et de ~ profondeur 'de
modulation d'amplitude.
On peut noter que pour toute modulation, il est possible de trouver une
séquence de signal de longueur N fixée dont les caractéristiques répondent à
des contraintes imposées en terme de largeur spectrale, de profondeur de
modulation d'amplitude, et/ou autres.
On peut aussi noter que la convergence des algorithmes connus
d'apprentissage des dispositifs de linéarisation est assez rapide. II s'ensuit
qu'une recherche exhaustive de la séquence optimale par simulation sur
ordinateur peut être effectuée sans problème.
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Le schéma de la figure 5 illustre un exemple de séquence
d'apprentissage selon les principes présentés ci-dessus. Dans cet exemple,
l'alphabet de symboles complet est l'alphabet quaternaire {-3,-1,+1,+3} de la
r~iodulation F4FM. Dit autrement, M est égal à 4. Par ailleurs, M1 est égal à
2,
5 le sous-alphabet donnant au signal RF un spectre réduit étant {-1,+1}, N est
égal à 10, N1 est égal à 6, et N2 ëst égal à 4. Les N1 symboles émis en
premiers sont par exemple les symboles +1, -1, +1, -1, +1, et -1,
successivement et dans cet ordre. Le signal émis a alors un spectre de largeur
minimale, mais la profondeur de modulation d'amplitude reste limitée puisque
10 tous les symboles de l'alphabet quaternaire ne sont pas utilisés. Afin de
tenir
compte de la profondeur de modulation d'amplitude réelle d'une séquence de
données utiles, pour la convergence de l'algorithme d'apprentissage, il suffit
d'élargir légèrement le spectre sur la fin de la séquence d'apprentissage et
de
choisir par exemple les N2 symboles émis en dernier dans l'alphabet complet.
15 Les N2 symboles émis en dernier sont par exemple les symbôles -3, +1, +3,
et
-3, successivement et dans cet ordre. Dans cet exemple, la séquence complète
est donc formée des symboles +1, -1, +1, -1, +1, -1, -3, +1, +3, et -3
successivement et dans cet ordre. .
Des phases d'apprentissage peuvent étre effectuées de façon
périodique ou autre. D'autres contraintes peuvent devoir étre prises en compte
après la phase d'apprentissage initiale, lorsqu'il convient juste de corriger
des
dérives de l'émetteur. La séquence d'apprentissage peut donc. évoluer tant en
contenu qu'en longueur. Le nombre N n'est donc pas forcément fixé d'une
émission de la séquence d'apprentissage à une autre. Si une augmentation de
la taille de la séquence pose des problèmes (par exemple si la structure de
trame est peu flexible), on peut fixer la taille N de la séquence et juste
modifier
son contenu en fonction de l'évolution des contraintes sur le système.
Le schéma de la figure 6 illustre un exemple de salve. Dans cet
exemple, la salve a une durée égale à 20 ms. Elle comprend tout d'abord une
rampe de montée 51 ("ramping-up" en anglais) de 625 ps, comprenant cinq
symboles de bourrage, pour assurer la montée en puissance. Par symboles de
bourrage, on entend que les données binaires transmises dans cette rampe de
montée sont des bits de bourrage c'est-à-dire, par exemple, une suite de 0.
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Elle comprend ensuite une séquence de données de synchronisation 52 dont
la durée est égale à 5 ms environ. Ensuite, elle comprend une séquence de
données utiles 53. Les données utiles peuvent être des données codant de la
voix et plus généralement des ~ données de trafic, ou des données de
signalisation selon que la salve est émise sur un canal logique de trafic ou
un
canal logique de signalisation, respectivement. Elle comprend enfin une rampe
de descente 54, ayant à nouveau cinq symboles de bourrage pour la descente
en puissance. Eventuellement, un temps de garde est en outre prévu après
l'émission d'une salve, afin dé garantir le retour à la réception de
l'émetteur.
Selon un premier mode de mise en oeuvre, la séquence
d'apprentissage peut remplacer les données utiles des salves à l'intérieur
desquelles elle est émise.
Afin ne pas trop complexifier la structure de trame, et notamment
d'éviter de réserver un intervalle de temps spécifique pour l'apprentissage du
dispositif de linéarisation 33, la séquence de linéarisation peut n'occuper la
place .que d'une partie des données utiles d'une salve. Cette caractéristique
permet de pouvoir émettre rapidement des données utiles dans le reste de la
salve sans devoir attendre l'intervalle de temps suivant.
D'autres modes de mise en oeuvre sont envisageables. En effet, dans
toute structure de trame il est prévu d'émettre des salves isolées, notamment
à
chaque changement de canal logique (se produisant notamment à chaque
retournement, c'est-à-dire passage d'une phase de réception à~ une phase
d'émission du terminal), à chaque changement de fréquence RF (lorsqu'une
fonctionnalité de saut de fréquence est mise en oeuvre par le système), à
chaque changement de palier de puissance d'émission, ou encore dans
d'autres cas particuliers qu'il serait trop long de détailler ici.
La figure 7 montre un exemple de telle trame isolée comprenant, avant
la séquence de synchronisation 52, une séquence de CAG référencée 55 qui
est émise par un premier équipement (terminal. mobile ou station de base) pour
permettre la commande dynamique, par un second équipement respectivement
station de base ou terminal mobile avec lequél le premier équipement
communique, de la puissance d'émission de son récepteur (voir plus haut).
Dans cet exemple, la séquence 52 et la séquence 55 ne durent que de 1 à 3
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ms chacune. Les autres parties de la salve sont inchangées par rapport à la
salve de la figure 6. La séquence de données utiles 53 peut toutefois être
plus
courte que dans le cas d'une salve normale selon la figure 6.
Selon un mode de mise en oeuvre particulièrement avantageux, on
utilise une partie de ces salves isolées pour permettre au dispositif
d'apprentissage 34 de l'émetteur radiofréquence 32 d'exécuter un algorithme
d'apprentissage du dispositif de linéarisation 33. Dans l'exemple de la figure
7,
la séquence de linéarisation est par exemple comprise dans la séquence de
CAG précitée.
II est ainsi possible d'utiliser le temps nécessaire à l'émission de la
séquence d'apprentissage à d'autres fins comme par exemple le réglage de la
CAG en réception, selon le procédé qui a été évoqué plus haut en regard du
schéma de la figure 1. Avantageusement, la valeur des symboles de la
séquence de CAG n'est soumise à aucune contrainte (la séquence de CAG
doit simplement être connue du réseau fixe). II y a donc toute liberté pour
choisir les symboles de la séquence, ou du moins une partie des symboles de
la séquence, de manière . que ces symboles forment une séquence
d'apprentissage satisfaisante.
Selon un autre avantage, la récurrence de la séquence de CAG est
adaptée aux besoins de l'apprentissage du dispositif de linéarisation 33. En
effet, la séquence de CAG comme la séquence d'apprentissage sont de
préférence émises en début de trame, puis lors d'un changement de canal
logique, lors d'un changement de fréquence RF et/ou lors d'un changement de
palier de puissance. C'est pourquoi il est particulièrement avantageux de
combiner ces séquences (ces séquences ne formant qu'une seule et unique
séquence, ou l'une d'elles étant incluse dans l'autre), et de les émettre de
préférence comme indiqué ci-dessus.
Selon un autre avantage, la séquence de CAG se situe au plus près de
la rampe de montée en puissance du signal, par exemple, juste à la suite de
cette rampe. De cette .manière, l'apprentissage du dispositif de linéarisation
peut être réalisé au plus vite et ainsi perturber la transmission le moins
longtemps possible.
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Dans tous les modes de mise en oeuvre, il est préférable que la
longueur de la séquence d'apprentissage soit telle qu°elle n'occupe pas
une
trop grande portion de la salve afin de garder un maximum de symboles pour la
diffusion d'informations utiles. Cette durée dépend évidemment de la précision
recherchée pour l'algorithme d'apprentissage mais un compromis entre
précision et durée s'avère souvent nécessaire afin de conserver un maximum
d'informations utiles dans la salve. Un compromis raisonnable. est atteint
lorsqu'elle représente environ 5% de la durée totale de la salve. Dans le cas
d'une salve de 20 ms transmise à un taux binaire de 8 ksymboles/s, la durée
d'une séquence d'apprentissage de N=10 symboles est ainsi égale à 1,25 ms
soit 6,25% de la durée totale de la trame.
