Brevet FR2473824A1 — publié le 19810717

La présente invention se rapporte, d'une manière générale, à la transmission de données et concerne plus particulièrement un procédé perfec- tionné pour améliorer la sécurité des transmissions de données ou d'informa- tions entre un émetteur et un ou plusieurs récepteurs, ainsi qu'un appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé. La transmission de messages, généralement sous forme numérique binaire, entre par exemple des unités militaires en opération, pose des problèmes de sécurité et ce, quels que soient les systèmes de transmission utilisés. Dans de nombreux systèmes de communication, des moyens de sécurité sont nécessaires contre la détection, la démodulation et les interférences ou brouillages. Des techniques ont été développées pour satisfaire ces exigences de sécurité et parmi elles, on peut citer les techniques dites à "spectre étalé". Ces techniques sont expliquées en détail dans la publication "Spread Spectrum Techniques" éditée par R.C. Dixon, IEEE Press, 1976. Deux des techniques décrites dans cet article ont un rapport direct avec l'objet de la présente invention. La première concerne le codage des informations devant être transmises afin que la réception de l'émission par un intrus ne fournisse aucune information utile; c'est ce qu'on appelle couramment un système de modulation à séquence directe. Le codage est géné- ralement accompli en modulant les informations nunériques d'entrée avec une séquence codée à vitesse plus élevée qui, ensuite, est utilisé pour moduler à porteuse supprimée une porteuse de haute fréquence. Cette séquence codée rapide détermine la largeur de la bande de haute fréquence puisqu'elle domine la fonction de modulation. Le signal est ensuite introduit dans un récepteur qui multiplie le signal à large bande avec une réplique engendrée localement, resserrant ainsi le signal à large bande à une bande de fréquence comprenant seulement les informations transmises, lesquelles sont ensuite démodulées. La deuxième technique consiste à utiliser des fréquences diffé- rentes pendant certains intervalles de temps; c'est ce qu'on appelle géné- ralement la technique à "sauts de fréquence". Les systèmes à sauts de fré- quence actuels utilisent une séquence codée pour sélectionner la fréquence utilisée à un instant donné quelconque. Dans les deux systèmes, c'est-à-dire, aussi bien dans le système de modulation à séquence directe que dans le système à sauts de fréquence, il est courant de transmettre les messages sous la forme d'une série d'impul- sions, les terminaux ne recevant qu'un seul message à la fois. En général, ce message est précédé par ce qu'on appelle "un préambule de synchronisation". Ce préambule de synchronisation est un message codé qui permet au récepteur de détecter le fait qu'un message va arriver et qui le place en position pour recevoir ce message. Dans le système à sauts de-fréquence, un code qui peut comprendre jusqu'à 32 "fragments" peut être transmis à chaque fréquence. C'est ainsi, par exemple, que l'émetteur peut d'abord transmettre à une première fréquence fi un code cl qui comprend 32 fragments. Normalement, ceci consiste à trans- mettre une "salve porteuse" ayant une durée de 6,4 microsecondes. Cette porteuse peut être modulée en phase de façon à présenter 32 fragments ayant chacun une durée de 200 nanosecondes. Chaque "fragment" peut osciller entre 1o deux valeurs de phase, c'est-à-dire, qu'il peut être soit en phase, soit déphasé. Après avoir transmis le premier code cl à la première fréquence fi, l'émetteur transmet un second code c2 à une fréquence différente f2. Ensuite, un troisième code est transmis soit à une fréqeunce différente f3, soit éventuellement, à nouveau à la fréquence fi. Aux fins de l'exposé, on sup- pose que ce troisième code est transmis à la fréquence fM. Il transmet en- suite un quatrième code c4 à une autre fréquence qui peut à nouveau être une fréquence différente mais qui, aux fins du présent exposé sera supposée être la fréquence f2. A la réception, ces quatre codes doivent être détectés et décodés. L'émetteur et le récepteur sont tous deux programmés automatiquement pour modifier continuellement les codes, l'émetteur et le récepteur étant synchro- nisés. On connaît des systèmes de synchronisation très précis comme, par exemple, celui décrit dans le brevet américain n0 4 005 266. Le système de synchronisation décrit dans le brevet précité permet de synchroniser un -ou plusieurs systèmes locaux de base sur un système de base pilote ou principal comportant une horloge commandée par un oscillateur. On mesure l'erreur de synchronisation entre les systèmes à des instants d'échantillonnage prédéterminés et on développe des signaux de cor- rection de fréquence et de phase pour les oscillateurs locaux et des signaux de correction de temps pour les horloges locales à partir de l'erreur mesurée à chacun des instants d'échantillonnage. Ces signaux de correction sont res- pectivement appliqués à l'oscillateur local et à l'horloge locale avec des gains qui sont fonction de la grandeur de l'erreur et du nombre des inter- valles d'échantillonnage entre les corrections, de sorte que les corrections sont faites sur la base de la vitesse de variation des erreurs au cours de la période qui a précédé les corrections d'erreurs antérieures et non pas simplement sur la base de la valeur instantanée de l'erreur mesurée à chaque instant d'échantillonnage. L'appareil pour synchroniser les systèmes de base de temps princi- pal et locaux décrit dans ce brevet permet un asservissement rapide et précis d'oscillateurs locaux et d'horloges locales éloignées à une horloge et à un oscillateur principaux en utilisant des signaux codés. Selon le degré de sécurité désiré, les conditions de réception peuvent être établies de façon que la réception de l'un quelconque des codes soit suffisante pour placer le système de réception dans les conditions lui permettant de recevoir un mes- sage. A l'opposé, les conditions peuvent être telles que les quatre codes doivent être reçus avant réception d'un message. La manière courante de réaliser un système de réception répondant à une émission ou à une transmission de cette nature consistait, jusqu'à présent, à prévoir deux récepteurs distincts, l'un opérant à la fréquence fl et l'autre à la fréquence f2. A chacun de ces récepteurs, on associe un ou plusieurs corrélateurs destinés à assurer le décodage ou la "corrélation" du code transmis avec la référence préétablie. En ce qui concerne les codes utilisés, il est à noter qu'on les modifie continuellement pour des raisons de sécurité. C'est ainsique pour une transmission donnée, ce peut être une série de codes tels que cl, c2, c3 et c4. Les codes pour la transmission suivante peuvent être c5, c6, c7 et c8. L'émetteur et le récepteur sont automatiquement programmés pour modifier ces codes continuellement et sont synchronisés, comme il a été expliqué ci- dessus, afin que le récepteur sache, à tout instant donné, quels sont les codes que l'émetteur va transmettre. Les détails concernant la manière dont ce résultat est obtenu n'entrent pas dans le cadre de la présente invention. Quand un code est capté par le récepteur, il est envoyé dans le corrélateur. Comme il a été indiqué plus haut, il s'agit d'une salve à une fréquence porteuse qui est modulée en phase. Un signal en phase peut par exemple être représenté par un zéro et un signal déphasé par un un. Ainsi un code contenant 32 bits d'information modulés en phase, sera reçu. Dans le corrélateur, le code ainsi reçu est comparé avec le code prédéterminé que la station de réception sait devoir être émis à cet instant. Ce n'est que si le même code est reçu que le message est considéré comme étant correct. Ainsi, le corrélateur compare le signal à 32 bits reçu avec un signal de référence à 32 bits et s'il y a identité, il produit un signal de sortie maximal indiquant que le code est correct. Des-corrélateurs utilisés à cette fin sont bien connus. En général, un tel corrélateur comprend une ligne à retard à ondes acoustiques de surface dans laquelle une onde acoustique est créée dans un morceau de quartz. Le long du quartz sont montés à intervalles 32 détecteurs représen- tant les 32 bits. Les signaux de sortie des détecteurs sont appliqués soit directement, soit à travers un inverseur, à un point de sommation ou d'addi- tion dont le signal indique si le code est correct. Le signal de chacune des 32 positions peut soit être appliqué directement, soit être inversé. Ceci est commandé par le signal de référence qui est prédéterminé et qui doit appa- raître à un instant donné. Ainsi, un séquenceur ou ce qui est qualifié dans la publication "Dixion" précitée de "générateur de bruits pseudoaléatoire" assure la préprogrammation des corrélateurs afin que ceux-ci n'acceptent que le code correct. Les systèmes à spectres étalés offrent de nombreux avantages en plus des avantages de sécurité ou de discrétion des messages. L'un de ces avantages est le reflet des interférences qui résulte de l'étalement du spec- tre et du "ressennment'ultérieur nécessaire pour le fonctionnement du récep- teur. Ce type de système apporte une amélioration dans le rapport signal/ bruit à l'entrée de haute fréquence de son récepteur et à sa sortie. Une mesure de cette amélioration est donnée par "gain de traitement" qui repré- sente le rapport entre la largeur de bande étalée ou transmise et la cadence- d'Emission des informations. L'importance des interférences qu'un récepteur peut supporter en opérant avec un rapport signal/bruit tolérableest qualifiée de "marge anti-brouillage", laquelle est déterminée par le gain de traitement du système. Les-montages connus de l'art antérieur, exigent un récepteur dis- tinct pour chaque fréquence. Or, dans beaucoup de systèmes, plus de deux fré- quences sont nécessaires ce qui multiplie d'autant le nombre des récepteurs et par conséquent, le coût et les dimensions du système. Ilest donc évident qu'il existe un besoin de disposer d'un procédé améliorant la manière dont ces communications sont réalisées, tout en maintenant une bonne sécurité et une bonne résistance au brouillage. La présente invention propose un tel procédé ainsi qu'un appareil perfectionné de réception et corrélation combinée pour la mise en oeuvre de ce procédé. Selon la présente invention, chaque récepteur est conçu pour opérer à deux fréquences et est commuté entre ces deux fréquences en restant pen- dant le même temps sur chacune d'elles. Avec une synchronisation correcte, le terminal de réception dispose toujours, en supposant comme dans l'exemple ci-dessus, que deux fréquences et quatre codes sont utilisés, de la possibi- lité de recevoir une salve de codes à la fréquence fi et une salve de codes à la fréquence f2, quel que soit le cycle de commutation de la fréquence des codes au moment de l'arrivée des impulsions. Ceci permet à un seul récepteur de couvrir les deux fréquences envisagées avec un avantage contre le brouillage de 3dB, comparativement à un seul récepteur non commutable, dont le corrélateur comporte deux sections pouvant opérer à l'une ou l'autre fréquence mais pas aux deux. En utilisant un préambule de synchronisation comprenant sensiblement plus de deux fréquences, on peut réaliser une économie de matériel puisque n fréquences différentes peuvent être couvertes par n/2 récepteurs sans réduire pour autant la marge de sécurité contre le brouillage. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limi- tatif, en référence au dessin annexé,dans lequel: - la figure I est un schéma par blocs d'un appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon la présente invention, comprenant la combinaison d'un récepteur et d'un corrélateur conforme à celle-ci; et - la figure 2 est un diagramme illustrant la chronologie de la commutation des fréquences dans le récepteur de la figure 1. Sur le schéma de la figure 1, on peut voir un emetteur qui comprend une source de porteuse commutable Il qui peut fournir par commutation deux fréquences de sortie différentes fi et f2 à un modulateur équilibré 13 qui reçoit des informations d'entrée d'un générateur de séquence codée 15. Les signaux de sortie du modulateur équilibré sont appliqués, après avoir été convenablement amplifiés, à une antenne 17. La source de porteuse produit d'abord une salve, normalement d'une durée de 6,4 microsecondes, à une fré- quence fi. Dans le modulateur équilibré 13, cette salve est modulée en phase par le générateur 15 conformément à un code prédéterminé devant être utilisé à un moment particulier de la journée. La salve ainsi modulée est alors trans- mise par l'antenne 17. L'émetteur transmet ensuite, à une fréquence f2, le code c2, puis à la fréquence fi le code c3 et ensuite à la fréquence f2 le code c4. La transmission de ces codes est représentée sur la figure 2 qui est ungraphique de la fréquence en fonction du temps. Au terminal de réception, un récepteur 21 reçoit les signaux captés par une antenne 19. Le récepteur 21 est associé à un oscillateur local 23 qui peut être commuté entre les fré- quences fl et f2 par une horloge 25. La commutation du récepteur 21 est représentée sur la figure 2 par l'nde de commutaLtion 27_ Leesu i naux de comprePnant d eux sections. Le correlat u 2" sortie du récepteur 21 sont appliqués à un corrélateur 28/reçoit en tant que signaux d'entrée les signaux de sortie d'un générateur de séquence codée 15a, qui est sensiblement identique au générateur 15 et qui contient la même séquence codée. Les deux générateurs 15 et 15a sont synchronisés par des moyens qui n'entrent pas dans le cadre de la présente invention. Le généra- teur 15a produit, pour une transmission donnée, à un moment donné, en tant que signaux de sortie, les quatre codes ci, c2, c3 et c4. Il peut comporter des registres-tampons dans lesquels ces codes sont conservés. En opérant à la fréquence fl, les deux sections du corrélateur 28 doivent recevoir les codes cl et c3, tandis qu'en opérant à la fréquence f2, elles doivent recevoir les codes c2 et c4. A cette fin, la sortie de l'horloge 25 est reliée à un commu- tateur 29 qui dirige les codes qui conviennent aux sections du corrélateur 28. Pour que le système fonctionne correctement, certaines relations chronologiques sont nécessaires. Sur le diagramme de la figure 2, les codes ci et c4 sont reçus, tandis que les codes c2 et c3 sont rejetés. Plus préci- :0 sément, dans le mode de réalisation représenté, quand le code cI est transmis à la fréquence fi, le récepteur 21 est accordé sur la fréquence fl et ce code est reçu et introduit dans le corrélateur 28. Grâce au commutateur 29, le corrélateur est préprogrammé avec ce code et de ce fait, répond et produit un signal maximal à sa sortie 31. Quand le code c2 est transmis à la fréquence f2, le récepteur est encore accordé sur la fréquence fi et ce code n'est pas reçu. De même, _quand le code c3 est transmis à la fréquence fi le récepteur est accordé sur la frequence f2 et, par -Scoséquent, le code c3 n'est pas reçu. Par contre, le code c4 est reçu puisque, au moment de sa transmission, le récepteur est accordé sur la fréquence f2. Cette fois encore, le corrélateur est correctement programmé et il en résulte un signal de sortie maximal sur la ligne 31. Ce signal est appliqué à d'autres circuits qui peuvent être adaptés pour indiquer qu'un message acceptable va arriver à la suite de la réception de l'un des codes ou à la suite de la réception des deux, selon le système de sécurité désiré. De plus, des récep- teurs supplémentaires, répondant à des fréquences supplémentaires peuvent aussi être prévus pour améliorer la sécurité. Il convient ici de noter queisi l'instant exact auquel les impul- sions sont reçues était connu, on pourrait exécuter la commutation entre les fréquences fi et f2 conformément à la commutation des transmissions. Toutefois, bien que les systèmes puissent être synchronisés avec une approximation de l'ordre d'une microseconde, cette synchronisation n'est généralement pas assez bonne pour permettre une commutation aussi précise. C'est ainsi, par exemple, quale temps de propagation du signal entre l'unité d'émission et l'unité de réception peut représenter un -grand nombre de fois l'intervalle de répétition des salves, à quoi s'ajoute que la longueur du trajet de pro- pagation peut ne pas être connue à l'unité de réception. Ainsi, une incertitu- de concernant l'instant de synchronisation, incertitude qui est au moins égale au temps maximal de propagation, existe avant l'instant d'arrivée d'un mes- sage quelcoque. Pour que le système de la présente invention fonctionne cor- rectement, certaines relations chronologiques ou temporelles sont nécessaires. La période de l'onde rectangulaire ou en "créneau" utilisée pour la commuta- tion du récepteur entre les fréquences est désignée par T. Le temps écoulé entre les impulsions cl et c3, c'est-à-dire, entre les deux impulsions trans- mises à la fréquence fl est désigné par tl et le temps écoulé entre les im- pulsions c2 et c4 est désigné par t2. Le temps écoulé entre la transmission de l'impulsion ou de la salve ci et celle de la salve c2 est désigné par t3. Le temps de décalage est désigné par t0. C'est le temps qui s'écoule entre la commutation sur la fréquence fi et la réception de la première impulsion à la fréquence f-1, c'est-à-dire, de l'impulsion ci. Ce temps de décalage peut varier entre zéro et T. Il convient également de noter que la séquence d'im- pulsions cl, c2, c3 et c4 se répète et que, par conséquent, il y aura une autre impulsion cI apparaissant à la droite de l'impulsion c3 sur la figure 2. Si les deux impulsions à la fréquence fI sont séparées par une période de temps t égale à T/2 ou à un multiple impair quelconque de T/2, il est évident que, sauf pendant les intervalles de commutation, le récepteur sera constamment accordé sur la fréquence fl au moment de l'arrivée d'une impulsion. Ainsi, puisque les corrélateurs sont réglés pour les impulsions cl et c3 quand le récepteur est accordé sur la fréquence fI, l'une des impulsions sera dis- ponible pour le traitement. Quand la commutation se produit pendant le temps de l'impulsion, une partie de chaque impulsion est effacée, c'est-àdire, que certains de ses fragments ne seront pas détectés. En conséquence, une commu- tation rapide est souhaitable. Dans le cas idéal d'un temps de commutation nul, le pire cas correspond à la perte de la moitié de chaque impulsion, ce qui donne deux pointes de corrélation correctement synchronisées ayant un niveau réduit, ce qui revient à dire que le signal de sortie résultant de chaque corrélation sera réduit mais néanmoins présent. Ainsi, par une addition correcte de tous les signaux de sortie du corrélateur, une détection reste possible. Ce qui vient d'être dit s'applique également aux deux impulsions à la fréquence f2. Ceci revient à dire que la période de temps t2, tout comme la période de temps t1, doit être un multiple impair de T/2. Ces deux pério- des peuvent, et pour obtenir les meilleurs résultats possibles contre le brouil- lage doivent, être des multiples impairs différents. La période t3 peut avoir une valeur arbitraire quelconque. Dans le cas général o l'on utilise deux fréquences ou plus (n), les règles suivantes doivent être observées a) les n différentes fréquences doivent être groupées par paires b) les impulsions de chaque paire de fréquence doivent être espa- cées sur la base d'un sous multiple impair commun; c) différentes paires peuvent avoir différentes bases de sous multiples; et d) l'instant initial ou de "départ" des impulsions, à quence quelconque, peut être choisi arbitrairement par rapport à autres. une fré- ceux des 1 - REVENDICATIONS 1. Procédé pour transmettre et recevoir des données ou des infor- mations à partir d'un système de communication dans lequel un émetteur trans- met une série de codes à, au moins, deux fréquences différentes, ces codes reçus par un terminal de réception oủne corrélation est établie avec des codes prédéterminés, caractérisé en ce qu'il consiste: a) à grouper chacune des, aux moins deux fréquences différentes en paires; b) à mettre en oeuvre un seul récepteur pour chaque paire de fré- quences; c) à associer à chaque récepteur un corrélateur ayant un nombre de sections égal au nombre maximal de codes devant être transmis à chacune des fréquences qui lui ont été assignées; d) à commuter le récepteur entre les deux fréquences qui lui ont été assignées de façon qu'il reste le même temps sur chaque fréquence en utilisant une onde rectangulaire ayant une période T; et e) à transmettre alternativement les impulsions à chaque fréquence d'une paire,l'espacement entre les impulsions à chaque fréquence, étant un multiple impair de T/2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'es- pacement des impulsions à l'une des fréquencesde la paire est un multiple impair différent de celui correspondant à l'espacement des impulsions à l'autre fréquence de la paire. 3. Appareil pour recevoir et assurer la corrélation d'un certain nombre d'impulsions transmises à deux fréquences différentes pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend: a) un récepteur (21) associé à un oscillateur local commutable (23) qui permet de commuter le récepteur entre lesdites deux fréquences b) une horloge (25) pour commander l'oscillateur local (23) c) un corrélateur à deux sections (28) recevant un signal d'en- trée du récepteur (21); d) des moyens de génération de séquences codées (15a) pour engen- drer et conserver chacun des codes devant être reçus par le corrélateur (28); et e) des moyens de commutation (29) recevant un signal d'entrée de l'horloge (25) afin de produire en tant que signaux de référence appliqués à l'entrée des sections du corrélateur, chacun des codes que l'on sait de- voir être transmis à la fréquence sur laquelle le récepteur est alors commuté. 4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que des impulsions sont transmises à un nombre n de fréquences,n étant plus grand que deux et en ce qu'un récepteur supplémentaire est prévu pour chaque paire de fréquences auxquelles les impulsions sont transmises au-delà de deux.