Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
CA 03110838 2021-02-24
WO 2020/043905
PCT/EP2019/073264
1
PROCEDE DE DATATION DE SIGNAUX DE TELEMESURE
DOMAINE DE L'INVENTION
L'invention concerne un procédé de datation de réception de
données numériques d'un signal modulé.
Par ailleurs, l'invention concerne un récepteur de télécommunication
recevant un signal radio modulé.
ETAT DE LA TECHNIQUE
1.0 Dans le contexte d'aéronefs ou d'engins spatiaux, il est nécessaire
de pouvoir, depuis le sol, localiser précisément dans l'espace et le temps
ces derniers. Typiquement, dans la technique de télémétrie (dite de
ranging en anglais), il est procédé à la mesure des temps de trajet d'un
signal émis par l'engin ou depuis le sol et reçu dans plusieurs stations
distantes au sol.
De nombreuses techniques existent : télémétrie par impulsions,
télémétrie semi-active, télémétrie passive par corrélation. L'exigence de
précision nécessite souvent d'émettre un signal ad-hoc, de largeur de
bande suffisante, sans gigue (fluctuation du signal) et incluant des
marqueurs caractéristiques (télémétrie active ou semi active). Cette
solution présente un coût intrinsèque en termes de ressources comme le
dispositif d'émission spécifique, de la consommation spectrale ...
Dans le cas d'une technique de télémétrie passive, il est utilisé de
façon opportuniste un signal télécom, mais ce signal n'est pas toujours
présent (satellite d'observation ou LEO) et nécessite de recevoir et traiter
séparément des volumes de données importants.
Egalement, il est possible d'utiliser un signal de télémesure TM
toujours présent sur les engins inhabités 10 (satellites, drones ...) qui est
reçu dans les stations de contrôle, et de le dater au niveau de chacune de
ces stations, comme illustré en figure 1. Ainsi, les différentes dates de
réception du signal TM, TOA1 au niveau de la station 20A, TOA2 au niveau
de la station 20B, permettent de calculer les écarts de temps de trajet
CA 03110838 2021-02-24
WO 2020/043905
PCT/EP2019/073264
2
entre un engin et les différentes stations, et de localiser ensuite ledit
engin
par trilatération hyperbolique par exemple.
La figure 2 illustre la structure typique d'un récepteur de signal de
télémesure Stm d'une station de contrôle, ledit signal Stm étant obtenu
après échantillonnage et numérisation asynchrone du signal TM.
Ledit récepteur comporte classiquement un bloc 40
démodulateur/démappeur permettant d'extraire les symboles du train
d'échantillons, un bloc d'estimation/correction 50 d'écart de phase et de
fréquence entre un oscillateur local et la porteuse, un bloc 60 d'estimation
du rythme et phase symbole. Ce démodulateur est précédé par un ré-
échantillonneur 30 capable de synthétiser des échantillons représentatifs
du signal Stm entre ceux échantillonnés à l'entrée dudit récepteur. Ainsi,
le ré-échantillonneur 30 peut ajuster la fréquence d'échantillonnage et la
phase d'interpolation efficaces servant à re-cadencer de manière
synchrone avec les symboles les échantillons intermédiaires.
En effet, il est important d'échantillonner le signal de télémesure
exactement à l'instant de l'ouverture maximale du diagramme de l'oeil pour
obtenir le symbole avec le rapport signal sur bruit le plus élevé. Un
décalage de cet instant réduira de manière significative le rapport signal à
bruit (SNR) effectif vu par les blocs récepteurs suivants ainsi que
l'interférence inter-symbole (ISI).
Cette structure classique permet moyennant un asservissement (par
exemple du type boucle de Costas) du récepteur sur une horloge de
référence externe (type GPS) d'obtenir des précisions de datation du signal
reçu de l'ordre de la microseconde.
Cependant, avec un tel récepteur, il n'est pas possible d'améliorer la
précision de la datation. En effet, comme vu précédemment, le ré-
échantillonneur procède au recalage à un instant optimal vis-à-vis du
rythme symbole, ce qui introduit une gigue temporelle liée à la
caractéristique aléatoire de la séquence de symbole et au bruit reçu dans
la bande passante. Un tel traitement génère ainsi une gigue importante
CA 03110838 2021-02-24
WO 2020/043905
PCT/EP2019/073264
3
proportionnelle à la période d'échantillonnage d'entrée, de l'ordre de la
microseconde dans le cas de signaux de télémesure satellite.
Dans le contexte de la localisation d'aéronefs ou d'engins spatiaux,
un tel ordre de précision de la datation se révèle insuffisant pour permettre
une précision de localisation appropriée (erreur de l'ordre d'un ou plusieurs
kilomètres).
Il existe donc un besoin d'améliorer les récepteurs de signaux de
télémesure pour pouvoir proposer une datation plus précise, de la
réception de tels signaux.
PRESENTATION DE L'INVENTION
L'invention a pour but de pallier les inconvénients de l'art antérieur
décrits ci-avant.
En particulier, un but de l'invention est de proposer un procédé de
datation de données numériques d'un signal modulant de manière
cohérente la porteuse ou la sous-porteuse, et de tirer avantage des
propriétés d'une telle modulation pour en améliorer la datation.
Un tel procédé permet avantageusement de corriger avec une
grande précision la datation d'une séquence pilote (pattern connu), et
réduit considérablement la variance sur la datation des transitions des bits
pour permettre entre autres une meilleure localisation des engins mobiles
émettant un tel signal de télémesure
Un autre but de l'invention est de permettre au procédé d'exploiter
un signal de télémesure existant et ainsi d'éviter l'émission d'autres
signaux pour faire la mesure de distance.
Ce procédé permet également d'augmenter la précision de la
resynchronisation à bord de satellites ne disposant pas d'une référence
temporelle d'une grande précision, lorsque celle-ci est faite à partir de la
date de réception d'une séquence donnée reçue au sol, et dont la date de
réception est renvoyée au bord.
CA 03110838 2021-02-24
WO 2020/043905
PCT/EP2019/073264
4
A cet égard, l'invention a pour objet un procédé de datation de
réception de données numériques d'un signal modulé, ledit signal résultant
de la modulation d'une porteuse ou sous-porteuse par un signal
numérique, le débit de symboles du signal numérique étant un sous-
multiple entier N de la fréquence de la porteuse ou sous-porteuse, ledit
procédé comprenant les étapes mises en oeuvre par un processeur d'un
récepteur de télécommunication, consistant à, après réception et
échantillonnage du signal modulé :
- démodulation cohérente au moyen d'une boucle de phase d'une
1.0 pluralité
d'échantillons sm(k) du signal modulé et obtention d'une
pluralité d'échantillons démodulés sdm(k) et de la phase de la
porteuse reconstituée ;
- association de la pluralité échantillons démodulés sdm(k) avec la
phase simultanée p(k) de la porteuse reconstituée
- détermination d'une pluralité de dates de passage à une valeur
déterminée (p0 de la phase de la porteuse reconstituée,
relativement à la date de réception d'au moins un échantillon sm(k),
selon un décalage de temps pendant lequel la porteuse tourne de
(p(k) à (p0.
Avantageusement, mais facultativement, le procédé selon
l'invention peut en outre comprendre au moins l'une des caractéristiques
suivantes :
- l'étape de démodulation cohérente comprend les sous-étapes de :
a. détection d'une erreur de phase par un détecteur de phase
qui efface la modulation du signal reçu;
b. filtrage passe-bas de l'erreur de phase ;
- dans l'étape de détermination des dates de passage à (p0, cette date
est calculée relativement aux échantillons sm(k) du signal modulé
qui précédent ou suivent immédiatement un passage à (p0 de la
phase de la porteuse reconstituée ;
- le procédé comporte en outre les étapes de :
CA 03110838 2021-02-24
WO 2020/043905 PCT/EP2019/073264
o sélection d'une date de transition symbole parmi la pluralité
de dates de passage à (p0, ladite date de transition symbole
correspondant à un instant de transition de symboles du
signal numérique ;
5 o
décimation d'un facteur N des dates de passage à (p0, à partir
de ladite date de transition symbole détectée ; et
o détermination des dates de réception d'une pluralité de
symboles consécutifs correspondant aux dates de passage à
(p0 résultantes de la décimation ;
1.0 - l'étape
de sélection de la date de transition symbole, comprend une
sous-étape d'intégration I(n) des échantillons démodulés sdm (k)
sur une fenêtre de N échantillons consécutifs du signal ;
- la sous-étape d'intégration I(n) est effectuée sur des durées d'un
symbole démarrant à chaque échantillon sdm(k) du signal démodulé
correspondant à un passage à (p0 ;
- la sous-étape d'intégration comporte également :
c. le calcul pour une pluralité d'indices consécutifs p de la valeur
moyenne M(p) de la valeur absolue de ladite intégration I(m),
pour m prend Ns valeurs qui valent toutes p modulo N, et
d. la détermination de la date de transition symbole en
sélectionnant le passage à (p0 d'indice p qui maximise M(p) ;
- la valeur de l'intégration I(n) démarrant à la date de transition
symbole fournit le symbole correspondant du signal numérique ;
- la comparaison des valeurs de M calculées aux passages à (p0
précédents M(n-1) et suivants M(n+1) la transition de symbole
détectée permet de caractériser une ambiguïté de phase liée à la
modulation lorsque ces valeurs ne sont pas sensiblement égales
mais que l'une est sensiblement égale à M(n) ;
- l'ambiguïté de phase est résolue en modifiant la phase de passage
prédéterminée (p0 à une autre valeur ;
- le procédé comporte également le décodage des symboles en
données binaires ;
CA 03110838 2021-02-24
WO 2020/043905
PCT/EP2019/073264
6
- le procédé comporte également une étape de synchronisation de
trames qui comprend une seconde décimation d'un facteur Q égal à
une taille prédéterminée d'une trame de données binaires, à partir
d'une date de transition symbole, et une étape de détermination des
dates de réception d'une pluralité de trames consécutives
correspondant aux dates de passage à (p0 résultantes de la
décimation ; et
- l'étape de synchronisation de trames comporte en outre la sélection
d'une trame ayant la meilleure corrélation avec une séquence pilote
1.0
déterminée, parmi une pluralité de trames consécutives et l'étape
de détermination de la date de réception de ladite trame
sélectionnée.
Par ailleurs, l'invention concerne un récepteur de télécommunication
recevant un signal radio modulé, ledit signal résultant de la modulation
d'une porteuse ou sous-porteuse par un signal numérique, le débit de
symboles du signal numérique étant un sous-multiple entier N de la
fréquence de la porteuse ou sous-porteuse, ledit récepteur comprenant :
- une unité de démodulation configurée pour, après réception et
échantillonnage du signal modulé, la :
o démodulation cohérente au moyen d'une boucle de phase
d'une pluralité d'échantillons sm(k) du signal modulé et
obtention d'une pluralité d'échantillons démodulés sdm(k) et
de la phase de la porteuse reconstituée ;
o association de la pluralité échantillons démodulées sdm(k)
avec la phase simultanée p(k) de la porteuse reconstituée
o détermination d'une pluralité de dates de passage à une
valeur déterminée (p0 de la phase de la porteuse reconstruite,
relativement à la date de réception d'au moins un échantillon
sm(k).
CA 03110838 2021-02-24
WO 2020/043905 PCT/EP2019/073264
7
Avantageusement, mais facultativement, le récepteur de
télécommunication selon l'invention peut en outre comprendre au moins
l'une des caractéristiques suivantes :
- une unité (130) de synchronisation configurée pour la :
o sélection d'une date de transition symbole parmi la pluralité
de dates de passage à (p0, ladite date de transition symbole
correspondant à un instant de transition de symboles du
signal numérique ;
o décimation d'un facteur N des dates de passage à (p0, à partir
de ladite date de transition symbole détectée ; et
o détermination des dates de réception d'une pluralité de
symboles consécutifs correspondant aux dates de passage à
(p0 résultantes de la décimation.
En outre, l'invention concerne un système de localisation d'engin
spatial ou aéronef mettant en oeuvre un procédé et/ou un récepteur de
télécommunication selon l'une des caractéristiques précédemment décrites
DESCRIPTION DES FIGURES
D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention
apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, au regard
des figures annexées, données à titre d'exemples non limitatifs et sur
lesquelles :
- la figure 1 déjà présentée, représente un système de télémesure
satellite selon l'état de l'art ;
- la figure 2 déjà présentée, représente un récepteur radio selon l'état
de l'art ;
- la figure 3A représente les principales étapes d'un procédé de
datation mise en oeuvre par un récepteur radio selon l'invention ;
- la figure 3B illustre schématiquement un récepteur radio 100 selon
l'invention ;
CA 03110838 2021-02-24
WO 2020/043905
PCT/EP2019/073264
8
- la figure 4 représente schématiquement une unité 120 de
démodulation d'un récepteur radio 100 selon l'invention ;
- la figure 5 représente schématiquement une unité 130 de
synchronisation d'un récepteur radio 100 selon l'invention ;
- la figure 6 représente schématiquement une étape d'intégration
mise en oeuvre par l'unité 120 de démodulation selon l'invention ;
et
- la figure 7 représente schématiquement une unité 140 de détection
d'un récepteur radio 100 selon l'invention.
1.0
DESCRIPTION DETAILLEE D'AU MOINS UN MODE DE REALISATION DE
L'INVENTION
La télémesure satellite, conformément aux normes en vigueur
(définies selon le Comité Consultatif pour les Systèmes de Données
Spatiales : CCSDS), transmet des données numériques, le plus souvent
binaires ou bits qui peuvent moduler une porteuse selon plusieurs
méthodes, comme la modulation de phase (PM), le changement de phase
(PSK), et/ou l'impulsion et codage (PCM). Dans tous les cas, elle présente
une modulation des bits cohérente de la porteuse PSK, ce qui revient à dire
que le rythme symbole Rs est un sous-multiple entier N de la fréquence
porteuse (ou sous-porteuse) PSK, Fp. Ainsi, dans ce contexte Fp = N x Rs.
Un signal de télémétrie typique comporte alors un débit binaire
compris entre 1400 et 31200 bits/seconde. Le ratio entre la fréquence Fp
de la porteuse et le débit binaire est typiquement compris entre 4 et 16.
Dans la suite de la description, le terme porteuse peut être
également remplacé par le terme sous-porteuse . En effet, vu du signal
modulant il n'y a pas lieu de différencier ces termes, la porteuse PSK
pouvant également moduler un autre signal, ainsi le procédé décrit ci-après
s'applique indifféremment à une porteuse ou sous-porteuse.
CA 03110838 2021-02-24
WO 2020/043905 PCT/EP2019/073264
9
La figure 3A illustre un procédé de datation de signaux mis en
oeuvre par un récepteur 100 de communication radio recevant en entrée
un signal radio, tel qu'un signal de télémesure, provenant d'un satellite par
exemple.
En référence à la figure 3B, il est illustré un tel récepteur 100 radio.
Ce dernier comprend :
- une unité 120 de démodulation ;
- une unité 130 de synchronisation ; et
- une unité 140 de détection de séquence pilote.
Unité de démodulation
Le récepteur 100 reçoit un signal Stm, correspondant à un signal de
télémesure TM préalablement échantillonné à un rythme d'échantillonnage
déterminé Fe.
La fréquence d'échantillonnage Fe peut être verrouillée sur la base
locale de temps ce qui signifie que la période Te= 1/Fe est parfaitement
connue sans erreur ni dérive, les dates d'échantillonnages sont donc
exactement à k*Te avec k entier.
De plus, il peut être admis sans limitation que l'échantillonnage
respecte la condition de Nyquist et donc en particulier que Fe > 2 Fp ce qui
implique qu'on a au moins deux échantillons par tour de phase de la sous-
porteuse ou porteuse.
Une unité de démodulation 120 du récepteur, illustrée en figure 4,
dans une étape E11, réceptionne ainsi une pluralité d'échantillons Sm(k),
OU k est un indice compris entre 0 et Ne-1 où Ne désigne le nombre
d'échantillons de la portion du signal radio, et constitue des blocs
d'échantillons. L'unité 120 date un échantillon k (par exemple le premier)
d'un bloc d'échantillons avec une date donnée Tref. Cette date Tref peut
être définie par rapport à une base locale de temps du récepteur ou
asservie à une référence externe au récepteur, par exemple un décalage
par rapport à un pulse GPS (PPS), un compteur d'une horloge synchronisée
sur une référence externe (exemple 10MHz GPS), etc.
CA 03110838 2021-02-24
WO 2020/043905 PCT/EP2019/073264
1.0
L'unité de démodulation 120 du récepteur 100 procède, dans une
étape E21, à la démodulation du signal réceptionné Sm(k) en Sdm(k).
L'unité de démodulation 120 peut comprendre un bloc de filtrage adapté
121 qui maximise le rapport signal sur bruit dudit signal.
L'unité de démodulation 120 comprend également un bloc
décimateur 122 de l'unité de démodulation 120 qui permet de réduire
réduit le nombre d'échantillons à traiter par la suite.
L'unité 120 comprend également une boucle à verrouillage de phase,
mise en oeuvre sur le signal reçu Sm(k) par un bloc détecteur de phase
123, et un bloc filtre de boucle 124, ladite boucle étant asservie par un
signal de référence généré par un bloc oscillateur 125, de type NCO
(oscillateur contrôlé numériquement) par exemple.
Le bloc détecteur de phase 123 génère un signal d'erreur qui
commande la boucle à verrouillage de phase. Ainsi placé après le bloc
décimateur 122, le bloc détecteur de phase 123 mesure la différence entre
la phase du signal généré par un oscillateur local 125 et la phase de la
porteuse du signal reçu Sm(k).
Dans le cas où la modulation du signal modulé Sm(k) possède une
ambiguïté de phase d'ordre Netat, alors le détecteur de phase 123 doit
fournir une erreur nulle pour les Netat valeurs de phase (
eta
2np
N t
pour p entier) que peut prendre la modulation. La fonction du détecteur
de phase 123 présente alors une périodicité d'ordre Netat ce qui est
généralement obtenu en multipliant la phase par Netat.
Le bloc filtre de boucle 124 (souvent d'ordre 2 pour annuler le biais
constant de phase) filtre le signal d'erreur de phase afin de fournir un
meilleur signal au bloc oscillateur 125.
En référence de nouveau à la figure 3A, dans une étape E22, l'unité
120 transmet à une unité de synchronisation 130, la date Tref, et une
pluralité de couples associant un échantillon démodulé Sdm(k) avec la
phase simultanée (p(k) de la porteuse reconstruite par l'oscillateur 125.
CA 03110838 2021-02-24
WO 2020/043905
PCT/EP2019/073264
11
Avantageusement, cette fourniture de la phase reconstruite associée
à chaque échantillon permet d'affiner la datation.
Dans un mode de réalisation particulier, à l'étape E22, une zone
mémoire 126, telle qu'une zone tampon, stocke la date Tref associée à la
pluralité des couples Sdm(k), (p(k)ainsi décrits.
Avantageusement, la connaissance de Tref permet de connaître la
date précise de chaque couple Sdm(k),(p(k) au sein de cette zone de
stockage puisque que les échantillons sont espacés d'une période Te qui
est parfaitement connue.
Ensuite, ladite zone mémoire 126 est transmise à une unité de
synchronisation 130.
A ce stade, le récepteur 100 dispose donc d'échantillons datés dont
la phase porteuse est parfaitement renseignée en regard du signal
transmis par l'émetteur.
Unité de synchronisation (datation)
Une unité de synchronisation 130 reçoit en entrée la zone mémoire
126 sortant de l'unité 120.
Ainsi, comme illustré en figure 5, un bloc d'intégration 131 reçoit sur son
entrée les échantillons démodulés Sdm(k) accompagnés de leur phase
porteuse reconstruite (p(k) et de la datation Tref, par exemple via la zone
mémoire 126. Par la suite, il est considéré que Tref est l'instant défini pour
k=0, k référençant l'indice de l'échantillon dans la zone mémoire
En référence à la figure 6, il est illustré un symbole, échantillonné
en une pluralité d'échantillons k. Il y a plusieurs périodes porteuses Scf par
symbole et plusieurs échantillons par période porteuse Scf. Ainsi, Scf(n)
représente la n-ième période de la porteuse. La modulation des symboles
étant cohérente de la porteuse PSK, le rythme symbole Rs est un sous-
multiple entier de la fréquence porteuse PSK notée Fp = N x Rs, et donc
un symbole module la porteuse sur N périodes de celle-ci.
Ainsi, chaque symbole commence sur un des N passages de la phase
à une même valeur déterminée (p0 . Cette valeur déterminée (p0 est, en
CA 03110838 2021-02-24
WO 2020/043905
PCT/EP2019/073264
12
principe (mais pas nécessairement) proche de zéro, et dans le reste de la
description sera appelée passage à zéro / 0 de la phase (p(k) de la
porteuse reconstruite.
Dans une étape E30, la pluralité d'échantillons démodulés Sdm(k)
accompagnés de leur phase porteuse reconstruite p(k) est traitée pour
déterminer un ensemble d'échantillons k reçus en fonction de la période
de la porteuse.
Ainsi, dans une sous-étape E31 de E30, Le bloc de synchronisation
131 détecte un passage à zéro du signal de porteuse reconstitué en
1.0 détectant le passage à 0 (p0 modulo 2n) de la phase ce). Un instant
T(n)
est celui du n'ème passage de la porteuse à la phase 0, la période n de la
porteuse sur laquelle portera une intégration du signal sdm(k) est définie
entre les instants T(n) et T(n+1).
A chaque passage à 0 (p0 modulo 2n), le bloc 131 d'intégration
procède à l'intégration du signal Sdm(k) sur une période n de la porteuse.
Au passage à 0 suivant, débutant la période n+1, le bloc 131 d'intégration
réinitialise le calcul d'intégration qui est remis à 0 et le résultat S(n) de
l'intégration précédente est délivré simultanément en sortie à une pluralité
de blocs 132 de sommation qui opèrent en parallèle.
Dans une sous-étape E31 de E30, chaque sortie S(n) est par ailleurs
associée à une datation obtenue par extrapolation de la date du kième
échantillon, par exemple, selon la formule suivante valable pour des
phases calculées en
radians:
T(n) = Tk +A(pk/27cFp = Tref + k(n)*Te - Up(k(n)) ¨ (p0 ]/2nFp , k(n)
correspondant à l'indice de l'échantillon k désigné comme succédant au
passage à 0 de la phase reconstruite.
Le terme correctif de T(n) qui vaut [ce) ¨ (p0 ]/2nFp calcule le délai
exact qui sépare le passage à zéro de la phase de la porteuse avec
l'échantillon d'indice k et T(n) date donc précisément le passage à zéro qui
correspond possiblement à l'instant de début du symbole.
De façon alternative, k pourrait désigner l'indice de l'échantillon
précédant le passage à zéro de la phase reconstruite et la datation de T(n)
CA 03110838 2021-02-24
WO 2020/043905
PCT/EP2019/073264
13
serait alors
:
T(n) = Tk +(22T¨ Acpk)/27cFp = Tref + k(n)*Te + [27c + (p0 ¨ (p(k(n))]/27cFp.
On remarque ici que le passage à zéro de la phase correspond à
(p(k(n)) e ]-7c-Kp0, (p0] et (p(k(n) + 1) e [(p0,+n-Kp0[ qui a forcément une
solution à chaque tour puisqu'il y a au moins deux échantillons par tour.
Les valeurs de phase prises dans cet intervalle sont donc exemptes
d'ambiguïté à 2n près.
Également, de façon alternative, la formule suivante d'interpolation
entre les échantillons peut être utilisée :
(Pk/((sok+1 (P)re
T(n) = Tk +A k= Tref + [k(n)
+((,00¨ çaic)/(çak+1¨ (PO
]*Te.
Cette dernière formule est un peu plus précise que les précédentes
si on y utilise la valeur nominale de Fp, en revanche elles sont équivalentes
si Fp prend la valeur réelle de commande instantanée du NCO puisque
((Pic-Ft ¨ cpk) = 27cFp*Te.
Un dispositif de démodulation classique n'aurait pas utilisé la valeur
de la phase reconstituée et n'aurait donc pas daté finement le passage à 0
mais aurait synchronisé le rythme par une boucle de récupération de
rythme en rajoutant une gigue (bruit de phase) inhérente à ce type de
dispositif.
Le dispositif proposé procède à l'intégration du signal pour détecter
les symboles, mais à la différence d'un démodulateur classique le fait avant
même d'avoir déterminé les instants de transition entre symboles.
En effet, dans un mode de réalisation de la sous-étape E32 de E30,
N blocs 132 de sommation réalisent en parallèle l'intégration sur une
fenêtre de N échantillons (soit un symbole) S(n) sortant du bloc 131 par la
fonction d'intégration symbole suivante I(m) = Effiljr+Pp++:**NN+N-1S(j) avec
0 p N ¨ 1 désignant le numéro de l'entité 132.
Chaque bloc 132 réalise une intégration décalée d'une période
porteuse, la pluralité des blocs 132 permet de réaliser une intégration
CA 03110838 2021-02-24
WO 2020/043905
PCT/EP2019/073264
14
glissante sur une période de symbole couvrant ainsi tous les cas possibles
pour la détermination d'un symbole.
D'autres modes de réalisation peuvent calculer ces N intégrales
séquentiellement, du moment qu'elles sont toutes enregistrées.
Ces N fenêtres d'intégrations I(m) parallèles issues des blocs 132
permettent de fournir un critère pour déterminer le bloc de N échantillons
consécutifs S(n) qui recouvre un unique symbole et qui débute donc
nécessairement à un passage à 0 de la phase porteuse parmi les N
possibilités consécutives. Cette détermination du passage à zéro de la
phase de la sous porteuse qui correspond à l'instant d'une transition de
symbole transmis sera dans le reste du document dénommée la levée
d'ambiguïté de début de symbole.
De plus, il peut y avoir plusieurs symboles transmis consécutivement
de valeur identique, or pour déterminer la bonne période de début d'un
symbole, il faut observer des transitions de symboles.
Ainsi, dans une étape E33, un bloc 133 réalise la levée d'ambiguïté
du début de symbole et sélectionne la bonne sortie ippot(m) après sélection
du bon passage à zéro popt de la porteuse qui correspond à la transition de
symbole.
Pour ce faire, il procède au calcul de la moyenne de la valeur absolue
de I(m) pour m parcourant une durée de Ns symboles (notée par la suite
M(p)) et retient celle maximisant cette valeur pour p parcourant 0 à N-1
et qu'on notera popt. La longueur Ns est déterminée au préalable en fonction
du SNR et du rythme symbole.
A partir du moment où le bloc 133 a trouvé la bonne sortie d'indice
popt, celle-ci reste valable tant que la (sous-)porteuse demeure
synchronisée, c'est-à-dire que la boucle à verrouillage de phase est
verrouillée sur un signal intègre.
Ainsi, dès lors, le bloc 133 réalise de fait une décimation par N des
échantillons, seul le bloc 132 d'indice popt demeure nécessaire au
fonctionnement. Néanmoins, dans un mode de réalisation, tous les blocs
CA 03110838 2021-02-24
WO 2020/043905 PCT/EP2019/073264
132 sont régulièrement activés pour confirmer la bonne synchronisation
symbole.
Le module 133 détecte également le décalage possible d'une demi-
période porteuse, dans le cadre d'une réalisation préférée d'une
5
modulation à deux états et de 1/Netat plus généralement, de l'intégration
menée dans le bloc 131, afin de recaler le calcul d'intégration en cohérence
avec la transition symbole.
En effet, il se trouve que la porteuse récupérée peut présenter
plusieurs valeurs d'écart de phase possibles avec la phase de la (sous-)
10 porteuse
du signal reçu. C'est ce qu'on appelle le phénomène d'ambiguïté
de phase. Quelle que soit la modulation utilisée, la porteuse est récupérée
avec une ambiguïté de phase de Ne2trat si Netat est le nombre d'états de la
modulation, ce qui signifie en pratique que cp 0 = N2:: Pa t avec p prend une
valeur entière entre 0 et Netat-1.
15 Cette
ambiguïté provient du bloc de détection de la phase porteuse
123 qui, comme décrit ci-avant, efface la modulation en délivrant une
valeur nulle pour les états de phase de la modulation. La méthode la plus
communément employée est d'extraire la phase porteuse en multipliant la
phase du signal modulo 2*n par Netat ce qui crée l'ambiguïté modulo
27c/Netat.
Ainsi, dans le cas d'une modulation à deux états de phase, si la
valeur M(p) définie plus haut a été calculée à partir de la bonne demi-
période sur une période porteuse, alors M(p-1) est environ égal à M(p+1)
au bruit près et M(p) est strictement supérieur à ces deux valeurs.
Dans le cas contraire, si les intégrations se sont produites sur la
mauvaise demi-période alors M(p) est sensiblement égal à M(p-1) ou
M(p+1) car le pic est alors partagé sur la position d'une demi-période avant
et d'une demi-période après la bonne position de phase de la porteuse.
Pour lever l'ambiguïté de demi-période, dans une réalisation
préférée, le module 133 calcule un seuil SO = (M(p modulo N) + min(M((p-
1) modulo N ),M((p+1) modulo N)))/2,. Ensuite, le module 133 compte le
CA 03110838 2021-02-24
WO 2020/043905
PCT/EP2019/073264
16
nombre de valeurs au-dessus de ce seuil parmi M(p modulo N),M((p-1)
modulo N), M((p+1) modulo N).
Dans le cas où il n'y a qu'une valeur au-dessus du seuil SO, alors
l'intégrale du symbole est calculée sur la bonne demi-période et est
d'amplitude maximale.
Dans le cas contraire, les intégrations se sont produites sur la
mauvaise demi-période, il faut alors décaler l'intégration d'une demi-
période.
Le bloc 133 détermine ainsi la demi-période correcte et fournit cette
information au bloc 131 qui détecte en conséquence le passage à 0 ou à n
(en fait (p0+n) de la phase (p(k) en fonction du sélecteur de demi-période
de démarrage.
Sur sa sortie, le bloc 133 fournit à chaque symbole d'indice i, à un
rythme correspondant au rythme de la porteuse décimé par N, un couple
__ de données (I(i), Tm(i)). I(i) étant l'intégrale d'amplitude maximale
I(pot)
sélectionnée à l'étape précédente et Tm(i) étant T(popt). De
façon
alternative, T(i) peut être une date moyennée sur un intervalle de durée
fixe autour de popt et décalée d'un délai fixe pour indiquer le milieu ou un
autre endroit prédéfini dans le symbole selon la convention de datation
adoptée.
Ce couple de données est fourni à une unité de détection 140.
Les informations de décalage de cycle et demi-cycle de la porteuse
vis-à-vis des transitions de symboles sont déterminées par le bloc 133
sélecteur et retournées au bloc 131 dans un objectif d'initialisation des
calculs de couple de données par l'unité de synchronisation 130. Lesdites
informations peuvent être également déterminées à nouveau et à
intervalle régulier dans un objectif de vérification des calculs de couple de
données par l'unité de synchronisation 130.
Dans le cas où l'ambiguïté de phase est d'un ordre supérieur à deux,
il convient de modifier quelque peu l'algorithme présenté ci-dessus. La
méthode générale consiste à calculer le critère de synchronisation symbole
utilisé dans la boucle de récupération de rythme standard pour la
CA 03110838 2021-02-24
WO 2020/043905
PCT/EP2019/073264
17
modulation considérée, ceci aux N positions possibles de passage à zéro,
puis à retenir celle qui maximise ce critère. Par exemple, dans la boucle
de Costas pour 4 états, on effectuera une conversion de fréquence en
nombre complexe dans l'unité de démodulation 120 et le critère devient le
maximum de M(n) calculé à la fois sur la voie I en phase et la voie Q en
quadrature.
A ce stade, le récepteur 100 dispose donc d'une valeur intégrale I(p)
correspondant à la valeur d'un symbole brut (avant décodage et décision)
à déterminer, ladite valeur étant associée à une datation de l'instant de
passage à zéro de la phase de la porteuse qui débute le symbole.
Avantageusement, cette datation est plus précise que celle que l'on
aurait obtenue par un algorithme de synchronisation de rythme classique,
car celui-ci introduit une gigue liée à l'asynchronisme intrinsèque entre le
rythme d'échantillonnage du signal et le rythme symbole.
Unité de détection 140
L'unité 140 de détection de séquence pilote, illustrée en figure 7,
permet ensuite de détecter et de dater le premier symbole ou tout autre
symbole prédéterminé, de ladite séquence. Cette séquence pilote peut être
une séquence de symboles encodés ou non, communément appelé mot de
synchronisation, ou par exemple un ton pur.
Dans une étape E40, le couple de données (I(i), Tm(i)) reçu de
l'unité 130 est traité pour décoder chaque somme I(i) sélectionnée, par
décodage souple/dur pour estimer au moins une valeur binaire la plus
.. probable. Un décodage dur est utilisé pour traiter des données qui
prennent un ensemble fixe et dénombrable de valeurs possibles (par
exemple 0 ou 1), tandis qu'un décodage souple traite des données définies
dans une gamme de valeurs représentant généralement une
vraisemblance.
Ainsi, dans une sous-étape E41 de E40, le couple de données (I(i),
Tm(i)) reçu de l'unité 130 est traité par un bloc 141 d'estimation de
probabilité de l'unité 140, qui présente sur sa sortie la probabilité que I(n)
CA 03110838 2021-02-24
WO 2020/043905
PCT/EP2019/073264
18
soit égal à 1 ou 0, dans une étape E41. Le bloc 141 d'estimation de
probabilité est par exemple de type circuit limiteur ( slicer en anglais).
La probabilité est ensuite traitée, dans une sous-étape E42 de E40 par un
bloc 142 de décodage en fonction du codage de canal qui a été utilisé
(turbo codage, LDPC, Viterbi, Reed-Solomon, etc.),
L'unité 140 de détection permet également, dans une sous-étape
E43 de E40, de traiter I(i) directement dans le cas où la séquence de
symboles modulant le signal Stm n'est pas issue d'un codage correcteur
d'erreur pour le canal de transmission.
Dans ce contexte, un bloc 143 de décision détermine la valeur du
symbole émis en comparant I(i) à un seuil. Par exemple, pour un codage
binaire où les symboles sont des bits, si I(i) est négatif, le bit associé est
égal à 0, et dans le cas contraire égal à 1 ( hard bit decoding ).
En fonction de la présence de ce codage de canal ou non, un bloc de
sélection 144, dans une étape E44, présente soit le signal décodé, soit le
signal non décodé à un bloc 145 de synchronisation de trame.
Dans une étape E45, le bloc 145 de synchronisation de trames est
également configuré pour détecter une séquence pilote prédéfinie à
détecter, dans une trame de longueur donnée Q bits. De façon classique,
cette détection se fait en calculant de façon glissante la corrélation de la
séquence de bits avec la séquence pilote attendue, le critère de détection
étant celui qui maximise la valeur absolue de cette corrélation
Le bloc 145 de synchronisation de trames détecte donc tous les Q
bits, la séquence pilote. En cas de détection, l'unité 140 peut présenter sur
sa sortie Thead(j) la date Tm(qt) du premier bit B(q) de la séquence
détectée.
Dans une étape E46, un bloc 146 de génération de paquet
réceptionne ces données et peut générer alors un message contenant la
date Thead(j), ainsi qu'un identificateur de paquet Id(j) (par exemple, un
numéro de compteur de trame). L'identificateur de paquet Id(j) sert de
référence commune entre les paquets générés par des stations de
réceptions distinctes.
CA 03110838 2021-02-24
WO 2020/043905 PCT/EP2019/073264
19
Ce paquet est envoyé au centre de contrôle qui peut, à partir de ces
informations, déterminer la position du mobile par exemple par
trilatération, en comparant les dates des paquets, ayant le même
identificateur Id(n), envoyés par au moins deux stations de réception de
signaux de télémesure.
Le récepteur 100 de signaux radio, et le procédé proposé, en tirant
avantage de la modulation cohérente, permettent de ne plus ré-
échantillonner le signal à l'aide par exemple d'une boucle de récupération
de rythme pour conserver tout au long du traitement la cohérence entre
échantillon et phase porteuse. Avantageusement, un tel récepteur
100/procédé permet de mesurer avec une grande précision la datation
d'une séquence pilote, et améliore considérablement la variance sur la
datation des transitions des symboles pour permettre entre autres une
meilleure localisation des engins mobiles émettant un tel signal de
télémesure. Ainsi, la mise en oeuvre d'un tel récepteur 100/procédé permet
d'atteindre un écart type de l'ordre de la nanoseconde (en considérant la
base de temps comme parfaite), donc un ordre de grandeur sous celui du
GPS.
