FR2983016A1 - Procede de reduction de la consommation de puissance dans un terminal de communication sans fil et terminal de communication mettant en oeuvre ledit procede - Google Patents

Procede de reduction de la consommation de puissance dans un terminal de communication sans fil et terminal de communication mettant en oeuvre ledit procede Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un terminal de communication sans fil apte à émettre et/ou recevoir des signaux audio, vidéo ou de données dans une première et une deuxième bande de fréquences comportant un premier circuit MI MO (1) à N voies (N >= 1) fonctionnant dans la première bande de fréquences et un second circuit MIMO (2) à M voies (M >= 1) fonctionnant dans la deuxième bande de fréquences, le premier et le second circuits MIMO étant chacun couplés à des modules frontaux (10, 20) comportant respectivement N et M amplificateurs de puissance, les modules frontaux étant connectés à un système antennaire. Il comporte un circuit de commande (4) connecté en entrée au premier et au deuxième circuit MIMO pour recevoir et traiter des données de contrôle, la sortie du circuit de commande contrôlant les M (si M < N) ou N (si N < M) circuits de commutation dont les entrées sont reliées à une des M voies du second circuit MIMO et dont une sortie est connectée à un des M amplificateurs de puissance, l'autre sortie étant connectée à l'un des N amplificateurs de puissance à travers un circuit de sommation dont l'autre entrée est connectée à une des N voies du circuit MIMO.

Description

Domaine de l'invention La présente invention concerne principalement un procédé de réduction de consommation de puissance dans un terminal de communication sans fil, plus particulièrement un terminal pour la transmission haut-débit de signaux vidéo, audio, ou de données dans un environnement domestique. La présente invention s'applique plus particulièrement dans le cadre des terminaux fonctionnant selon le standard IEEE 802.11n et employant simultanément plusieurs canaux fréquentiels.
Arrière-plan technologique La technologie WiFi conforme au standard IEEE 802.11a/b/g ou 11n est actuellement la technologie la plus utilisée pour la transmission sans fil haut-débit dans un environnement domestique.
Le standard IEEE 802.11n apporte certaines améliorations par rapport aux standards IEEE 802.11a/b/g. Ce dernier standard autorise notamment l'emploi de la technologie MIMO (pour Multiple Input Multiple Output en langue anglaise) qui est une technique multi-antennes permettant d'améliorer le débit des transmissions et leur robustesse dans un environnement tel qu'un environnement domestique qui est dominé par les interférences. Le standard IEEE 802.11n opère dans la bande 2.4 à 2.5 GHz et la bande entre 4.9 et 5.9 GHz. Ces deux bandes sont appelées dans la suite de la description bande des 2.4 GHz et bande des 5 GHz. Il existe actuellement des terminaux de communication qui opèrent simultanément dans ces deux bandes. Par exemple, un terminal de ce type est décrit dans la demande de brevet français n° 2 911 739, au nom de THOMSON Licensing. Un terminal de communication sans fil opérant dans les bandes des 2.4 GHz et 5 GHz est donc apte à recevoir et/ou émettre simultanément un signal dans la bande des 2.4 GHz et un signal dans la bande des 5 GHz. En général, la bande des 5 GHz est employée pour la transmission de la vidéo et la bande des 2.4 GHz pour la transmission des données. Pour pouvoir fonctionner simultanément dans la bande des 5 GHz et dans la bande des 2.4 GHz, les solutions de terminaux de communication classiquement retenues sont constituées de modules frontaux (FEM) associés à des antennes séparées et interfacées par des circuits RF au circuit numérique en bande de base fonctionnant dans les bandes de fréquences correspondantes. De manière connue, les modules frontaux comportent des amplificateurs de puissance pour amplifier les signaux MIMO à émettre.
Dans les systèmes classiques, il existe un amplificateur de puissance par voie de transmission. Toutefois, les amplificateurs de puissance sont gourmands en énergie. De plus, les modulations mises en oeuvre dans les systèmes MIMO demandent d'utiliser des amplificateurs de puissance présentant une très bonne linéarité, ce qui se traduit par un rendement faible.
Or la prolifération du nombre de terminaux utilisateurs nécessite d'optimiser la consommation énergétique de ces terminaux. Actuellement, les principales techniques mises en oeuvre pour réduire la consommation des terminaux utilisateurs sont soit la mise en veille soit la réduction de la puissance émise et rayonnée par les antennes par réduction de la puissance radio fréquence à présenter en entrée des amplificateurs de puissance. Toutefois, l'amplificateur de puissance fonctionnant en classe A, son point de polarisation n'est pas modifié et la puissance dissipée par les composants reste forte quelle que soit la puissance du signal en entrée.
Résumé de l'invention Un but de la présente invention est de proposer un procédé de réduction de la consommation de la puissance dans un terminal de communication sans fil qui permette de minimiser dynamiquement la puissance consommée par ledit terminal en fonction des conditions de fonctionnement du terminal telles que l'environnement, le débit requis et la qualité de service. Ainsi, la présente invention propose un procédé de réduction de la consommation de puissance dans un terminal de communication sans fil apte à émettre et/ou à recevoir simultanément des signaux vidéo, audio ou de données dans au moins une première et une deuxième bandes de fréquences comportant un premier circuit MIMO à N voies (N 1), fonctionnant dans la première bande de fréquences et un second circuit MIMO à M voies (M 1) fonctionnant dans la deuxième bande de fréquences, le premier et le second circuits MIMO étant chacun couplé à des modules frontaux comportant respectivement N et M amplificateurs de puissance, les modules frontaux étant connectés à un système antennaire, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - extraire périodiquement de signaux émis et/ou reçus, des données de contrôle, - lors de l'émission d'une salve dans la première bande de fréquences et d'une salve dans la deuxième bande de fréquences, comparer les moments de transmission pour détecter ou non un conflit, - s'il n'y a pas de conflit et en fonction des données de contrôle extraites, transmettre les signaux de l'une des premières ou deuxièmes bandes de fréquences à travers un amplificateur de puissance du module frontal de l'autre bande de fréquences et déconnecter l'amplificateur de puissance du module frontal de la bande de fréquences desdits signaux. Selon un mode de réalisation, les données de contrôle sont choisies parmi les données sur la puissance transmise ou TPC (Transmit Power Control en langue anglaise) et/ou les données sur la qualité de service QoS (Quality of Services en langue anglaise). D'autre part, la première bande de fréquences est la bande de fréquences des 5 GHz et la deuxième bande de fréquences est la bande de fréquences des 2.4 GHz. Selon un mode de réalisation, au moins un des amplificateurs du module frontal recevant les signaux des deux bandes de fréquences est un amplificateur large bande capables de couvrir les deux bandes 2.4 et 5 GHz. Selon une autre caractéristique de la présente invention, les signaux de l'une des premières ou deuxièmes bandes de fréquences passent à travers un amplificateur de puissance du module frontal de l'autre bande de fréquences et l'amplificateur de puissance du module frontal de la bande de fréquences desdits signaux est déconnecté, s'il n'y a pas de conflit ou si l'amplificateur de puissance a une largeur de bande suffisante. Selon une autre caractéristique de la présente invention, les signaux de la bande de fréquences des 2.4 GHz sont transmis à travers au moins un des amplificateurs de puissance du module frontal de la bande des 5 GHz. La présente invention concerne aussi un terminal de communication sans fil apte à émettre et/ou recevoir des signaux audio, vidéo ou de données dans une première et une deuxième bande de fréquences comportant un premier circuit MIMO à N voies (N 1) fonctionnant dans la première bande de fréquences et un second circuit MIMO à M voies (M 1) fonctionnant dans la deuxième bande de fréquences, le premier et le second circuits MIMO étant chacun couplé à des modules frontaux comportant respectivement N et M amplificateurs de puissance, les modules frontaux étant connectés à un système antennaire, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit de commande connecté en entrée au premier et au deuxième circuits MIMO pour recevoir et traiter des données de contrôle, la sortie du circuit de commande contrôlant les M (si M <N)
La seconde sortie b est connectée au commutateur Tx / Rx 14 (émission / réception) du module frontal large bande 10. La troisième sortie c est connectée au commutateur Tx / Rx 23 de la chaîne d'émission à 2.4 GHz. La sortie d est connectée à l'amplificateur de puissance 22 du module 20 pour l'activer ou le désactiver et la sortie e est connectée au circuit de commutation 21 pour permettre la transmission du signal à 2.4 GHz dans la même chaîne que le signal à 5 GHz à travers un sommateur 12. Ainsi avec ce circuit de contrôle 4, deux modes de fonctionnement, à savoir un mode de fonctionnement normal et un mode de fonctionnement à réduction de puissance sont gérés, comme cela sera expliqué de manière plus détaillée ci-après. On décrira maintenant avec référence plus particulièrement à la figure 4, le procédé de réduction de la consommation de puissance conforme à la présente invention. Comme représenté sur l'organigramme fonctionnel de la figure 4 décrivant un processus de base, on commence par extraire périodiquement en 100, des données qui, dans le mode de réalisation décrit, sont des données TPC (pour Transmit Power Control en langue anglaise) et des données QoS (pour Quality of Service en langue anglaise). Les données TPC sont obtenues à partir du circuit MIMO lui-même. Sur la figure 2, on a représenté schématiquement le circuit MIMO 1 fonctionnant dans la bande des 5 GHz. Le circuit MIMO pour la bande des 2.4 GHz présente la même structure de base hormis l'analyse des données TPC. Le circuit MIMO 1 comporte donc en la un processeur de signal qui est utilisé pour envoyer un signal temporel representatif de l'émission à 2.4GHz vers le circuit de contrôle 4 de la figure 1.
D'autre part, le circuit MIMO 1 comporte en le un circuit de modulation suivi en 1d d'un convertisseur digital analogique permettant d'envoyer des données à travers la chaine de transmission du module frontal (Tx). De même, le processeur de signal la est connecté à un circuit de démodulation 1 b qui est lui-même connecté au module frontal pour recevoir des signaux à partir de la chaîne de réception (Rx) du module frontal. De manière connue, les trames TPC sont obtenues en connectant un point d'accès en sans fil à une station (STA) selon un certain schéma de modulation et de codage, en général appelé MCS (Modulation Coding Scheme en langue anglaise). La station envoie périodiquement au point d'accès une information sur la puissance transmise TPC. A partir de cette information, en fonction de la distance entre le point d'accès et la station et des conditions de propagation, on peut calculer la puissance de sortie requise pour le point d'accès. D'autre part, la qualité de service (QoS) est définie par le point d'accès en fonction du type de données à transmettre, à savoir des données ou de la vidéo par exemple. Ainsi, les signaux vidéo sont transmis de manière classique à travers le circuit MIMO à 5 GHz et la priorité est donnée au traitement des chaînes à 5 GHz. L'analyse du timing opérationnel est effectuée par le circuit de contrôle 4. 15 Dans une seconde étape du procédé de réduction de consommation de puissance conforme à la présente invention, on regarde en 101 s'il y a eu émission d'un burst à 2.4 GHz, à savoir s'il y a des signaux à transmettre à travers le module frontal à 2.4 GHz. Si la réponse est négative, l'opération est recommencée en 101. Si la réponse est positive, on étudie en 102 l'émission de burst à 5 GHz. Si la 20 réponse est négative, on passe en fonctionnement normal, comme représenté par la boîte 106. Si la réponse est positive, le circuit 4 analyse le timing de transmission entre les signaux à 2.4 GHz et les signaux à 5 GHz en 103. On étudie en 104 s'il existe un conflit temporel, à savoir si les signaux doivent être émis en même temps ou non. Si les signaux ne sont pas émis en même temps, on aiguille en 107 les 25 signaux à transmettre provenant du circuit MIMO à 2.4 GHz vers le module frontal des signaux à 5 GHz qui présente des chaînes de transmission comportant des amplificateurs large bande pouvant transmettre les signaux à 2.4GHz et l'on met les amplificateurs de puissance 22 du module frontal à 2.4 GHz en état de non-fonctionnement. 30 En cas de conflit temporel et selon un mode de réalisation particulier, la linéarité des amplificateurs de puissance large bande du module frontal 10 à 5 GHz est examinée en 105 pour savoir si elle est suffisante. En cas de réponse négative, le circuit reste en fonctionnement normal (106). En cas de réponse positive, les signaux transmis à 2.4 GHz sont aiguillés vers le module frontal 10 à 5 GHz (107). Il est évident pour l'homme de l'art, que cette étape de contrôle des amplificateurs de puissance large bande du module frontal 10 est optionnelle. Ainsi, le circuit de contrôle 4 décide du mode de fonctionnement optimal du terminal (ou point d'accès (AP)) selon deux modes de fonctionnement possibles, à savoir : - un mode de fonctionnement normal (2.4 GHz et 5 GHz) dans lequel les deux modules frontaux 10 et 20 de la figure 1 sont utilisés simultanément, - un mode de fonctionnement avec réduction de la puissance consommée utilisant seulement le module frontal large bande 10 pour transmettre et recevoir à la fois les signaux à 5 GHz et les signaux à 2.4 GHz, soit en transmission simultanée lorsque les amplificateurs de puissance présentent une largeur de bande suffisante, soit en partage de temps. Pour une transmission simultanée et pour une largeur de bande donnée dépendant de la classe et des performances de l'amplificateur de puissance, si la puissance transmise est inférieure à une limite définie au niveau du terminal, le signal transmis à 2.4 GHz peut être ajouté à l'entrée de la chaîne de transmission large bande du module frontal à 5 GHz. En conséquence, les amplificateurs de puissance du module frontal à 2.4 GHz sont désactivés, réduisant la consommation de puissance du système.
Pour une transmission en temps partagé à 5 / 2.4 GHz, le circuit de contrôle 4 gère les modes de fonctionnement afin de limiter la consommation de puissance du système. La figure 3 représente schématiquement, en fonction du temps, l'ordre dans lequel sont réalisées les différentes opérations pour commander les modules frontaux. Ainsi, au début, le point d'accès (AP) est connecté sans fil à une station (STA) et le terminal décode l'information TPC reçue à partir de la station et contrôle alors la puissance de sortie du circuit MIMO à 5 GHz avec le convertisseur numérique / analogique. Ensuite, le circuit de commande calcule la configuration optimale permettant le fonctionnement des chaînes de transmission large bande et, si possible, le mélange des signaux à 2.4 GHz à transmettre à travers le module frontal large bande. La présente invention a été décrite en se référant à des circuits MIMO avec un nombre de bornes d'entrée - sortie identique. Elle peut s'appliquer à des circuits MIMO avec un nombre différent pour les bornes d'entrée - sortie (N x N' et/ou M x M'). D'autre part, N et M peuvent être identiques ou différents.
Si N = M, dans ce cas la solution est optimale en termes de coût et de consommation de puissance, puisqu'elle ne met en oeuvre que N amplificateurs de puissance. Si N <M,

Claims (8)

  1. REVENDICATIONS1. Un procédé de réduction de la consommation de puissance dans un terminal de communication sans fil apte à émettre et/ou à recevoir simultanément 5 des signaux vidéo, audio ou de données dans au moins une première et une deuxième bandes de fréquences comportant un premier circuit MIMO (1) à N voies (N 1), fonctionnant dans la première bande de fréquences et un second circuit MIMO (2) à M voies (M fonctionnant dans la deuxième bande de fréquences, le premier et le second circuits MIMO étant chacun couplés à des modules frontaux 10 comportant respectivement N et M amplificateurs de puissance (13, 22), les modules frontaux étant connectés à un système antennaire (3), ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - extraire périodiquement de signaux émis et/ou reçus, des données de contrôle, 15 - lors de l'émission d'une salve dans la première bande de fréquences et d'une salve dans la deuxième bande de fréquences, comparer les moments de transmission pour détecter ou non un conflit, - s'il n'y a pas de conflit et en fonction des données de contrôle extraites, transmettre les signaux de l'une des première ou deuxième bandes de fréquences à 20 travers un amplificateur de puissance (13) du module frontal de l'autre bande de fréquences et déconnecter l'amplificateur de puissance (22) du module frontal de la bande de fréquences desdits signaux.
  2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les signaux de 25 l'une des première ou deuxième bandes de fréquences passent à travers un amplificateur de puissance du module frontal de l'autre bande de fréquences et l'amplificateur de puissance du module frontal de la bande de fréquences desdits signaux est déconnecté, s'il n'y a pas de conflit ou si l'amplificateur de puissance a une largeur de bande suffisante. 30
  3. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les données de contrôle sont choisies parmi les données sur la puissance transmise ou TPC (Transmit Power Control en langue anglaise) et/ou les données sur la qualité de service QoS (Quality of Services en langue anglaise).
  4. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la première bande de fréquences est la bande de fréquences des 5 GHz et la deuxième bande de fréquences est la bande de fréquences des 2.4 GHz.
  5. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les signaux de la bande de fréquences des 2.4 GHz sont transmis à travers au moins un des amplificateurs de puissance du module frontal de la bande de fréquences des 5 GHz.
  6. 6. Terminal de communication sans fil apte à émettre et/ou recevoir des signaux audio, vidéo ou de données dans une première et une deuxième bande de fréquences comportant un premier circuit MIMO (1) à N voies (N 1) fonctionnant dans la première bande de fréquences et un second circuit MIMO (2) à M voies (M 1) fonctionnant dans la deuxième bande de fréquences, le premier et le second circuits MIMO étant chacun couplés à des modules frontaux (10, 20) comportant respectivement N et M amplificateurs de puissance, les modules frontaux étant connectés à un système antennaire, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit de commande (4) connecté en entrée au premier et au deuxième circuit MIMO pour recevoir et traiter des données de contrôle, la sortie du circuit de commande contrôlant les M (si M <N).
  7. 7. Terminal selon la revendication 6, caractérisé en ce qu' au moins un des amplificateurs du module frontal recevant les signaux des deux bandes de fréquences est un amplificateur large bande.
  8. 8. Terminal selon l'une des revendications 6 et 7 pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 5.
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