Brevet FR2598272A1 — publié le 19871106

PROCEDE ET DISPOSITIF POUR LA SYNCHRONISATION DE FLUX DE DONNEES La présente invention concerne un procédé et des dispositifs pour la synchronisation de données analogiques et numériques constituées par des séquences de signaux électriques. Dans la transmission de données, on faisait precéder jusqu'à présent les données utiles proprement dites d'informations supplémentaires pour la synchronisation, ce qui entraîne des inconvénients considérables. C'est ainsi que l'on utilise par exemple pour 1 'accès multiple par multiplexage dans le temps le cadre dit TDMA (Time Division Multiple Access : accès multiple par répartition dans le temps). Le cadre se subdivise en flux de données (Bursts : salves) pouvant avoir diverses longueurs. Ceux-ci se subdivisent à leur tour en préambule et données utiles, le préambule renfermant entre autre l'en-tête (Overhead) de synchronisation. Pour la synchronisation du cadre, on utilise la salve de référence, placée au début du cadre. Des indications sur l'état de la technique se trouvent par exemple dans les publications suivantes V.K. BHARGAVA et al. : "Digital Communication by Satellite" (communication numérique par satellite), John Wiley and Sons, New York 1981 ; J.J. SPILKER : "Digital Communication by Satellite" (commu nication numérique par satellite), Englewood Cliffs, New Jersey, 1977 E. HERTER, H. RUPP : "Nachrichtenübertragung über Satellit" (transmission de données par satellite), Springer-Verlag Berlin, Heidelberg, New York, Tokio, 1983 JC.BOUSQUET : "Time Division Multiple Access System with Demand Assigment for Intra Company Network Using the Satellite TELECOM I" (Système d'accès multiple par répartition dans le temps avec affectation de demande pour réseau intérieur de compagnie utilisant le satellite TELECOM 1) V. ICDSC, Gênes 1981, pp. 11-18. Les inconvénients du procédé précédent résident en particulier dans le fait que les informations pour la synchronisation nécessitent des largeurs de bande utiles supplémentaires qui abaissent l'efficacité du système, cela en proportion directe du nombre des utilisateurs comme 1 'in- dique l'équation suivante. D'après la deuxième des publications précitées, l'efficacité de transmission "e" d'un flux de données s'etablit à r*M e R+M expression dans laquelle r désigne la vitesse de codage M le nombre des symboles dans le flux de données, R le nombre des symboles du flux de données qui sont nécessaires à la synchronisation et abaissent en conséquence l'efficacité du système. En outre, dans le procédé précédent, la synchronise sation a lieu aussitôt avant l'arrivée des données. Cela requiert une période transitoire extrêmement courte du système récepteur. L'invention a pour objet d'affranchir de l'entête de synchronisation les flux de données, d'éliminer ainsi les inconvénients précités et d'augmenter l'efficacité de la transmission. Ce résultat est obtenu par le fait que 1'on superpose aux signaux des séquences PN (de pseudobruit), c 'est-à-dire que 1 Von superpose au flux de données proprement dit les informations pour la synchronisation au moyen de telles séquences PN > d'amplitude inférieure Il en résulte entre autres cet avantage que données et signal de synchronisation sont transmis séparément et que l'efficacité du système s'en trouve augmentée. En outre, les séquences PN ne nécessitent, par suite de leur structure, qu'une très faible puissance de transmission par hertz. Elles n'ont de plus pas besoin d'une largeur de bande utile séparée pour la synchronisation, car les séquences PN sont superposées au signal utile. Suivant d'autres particularités avantageuses possibles de l'invention : on étale les signaux, côté émetteur, quant à leur spectre et l'on supprime à nouveau cet étalement, côté récepteur ; au moyen des données SWerposées avec PN on transmet des informations aux fins de la commande et/ou de la régulation de flux de données analogiques I numériques au moyen des données superposées avec PN on synchronise des signaux de cadre et de salveen des systèmes TDMA (accès multiple par répartition dans le temps) ; au moyen des données stperposé-es avec PN on transmet des signaux de TTC (télémétrie télécommande, contrôle) et synchronise ainsi la transmission d'informations par satellite ; au moyen des données superposées avec PN on poursuit et/ou determrne les orbites de satellit e et/ou de sondes spatiales et commande ainsi la trans- mission d' informations. L'invention a également pour objet un dispositif de synchronisation de données analogiques et numériques constituées par des séquences de signaux électriques. Ce dispositif est caractérisé par le fait qu'il comporte un générateur pour produire des séquences PN (de pseudo-bruit ) et un dispositif pour la superposition de ces séquences PN aux signaux. Dans un mode de réalisation préféré, ce dispositif de synchronisation comporte, côté émetteur, un dispositif d'étalement des signaux quant à leur spectre et, côté récepteur, un dispositif de suppression de cet étalement. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée de plusieurs modes de réalisation pris comme exemples non limitatifs et illustrés schématiquement par le dessin annexé, sur lequel la figure 1 représente le cadre de données TDMA connu la figure 2 montre la superposition du spectre de données et du spectre PN conforme à l'invention ; la figure 3a donne le principe de l'étalement au moyen de séquences PN ; la figure 3b représente le spectre de puissance d'une séquence PN la figure 4 définit la fonction d'autocorrélation de séquences PN la figure 5 représente une structure d'essai pour la synchronisation au moyen de séquences PN ; la figure 6 donne le principe de la synchronisation au moyen de séquences PN ; la figure 7 représente le spectre d'un signal de données transmis la figure 8 représente la superposition d'une séquence PN et du signal de données ;; la figure 9 représente le spectre cumulé des signaux superposés de la figure 8 la figure 10 donne des valeurs de mesure pour la précision de la synchronisation. La figure 1 représente un cadre TDMA classique. Un cadre TDMA est généralement subdivisé en une ou deux salves de référence et "n" salves de données. "n" est le nombre des stations terrestres qui participent au trafic TDMA. La salve de référence renferme toutes les informations nécessaires pour la synchronisation de l'ensemble du cadre TDMA. Elle règle entre autre aussi la première emprise d'une station terrestre. Cette salve de référence est reçue par toutes les stations terrestres, lesquelles centrent et déterminent d'après elle leur propre position de cadre fixée à l'avance. C'est seulement après l'identification parfaite de cette salve de référence par une station terrestre que cette dernière peut participer au trafic TDMA. Le flux de données proprement dit d'une station terrestre est constitué par la salve de données. Il se subdivise en préambule et données utiles. Ces données utiles renferment la transmission d'informations proprement dite, tandis que les données du préambule servent à la commande ou la régulation de ces données utiles. Le cadre TDMA est en particulier réparti entre les stations terrestres d'après des prescriptions de réservation déterminées. Cette répartition doit être très exactement respectée, car il n'y a pas sans elle de transmission d'informations correcte possible. Ce respect de la structure du cadre est entre autre dénommé synchronisation TDMA. Chaque station terrestre transmet donc la capacité de données qui lui est assignée, capacité qui correspond au contenu de la salve diminué de 1 'en-tete de synchronisation à un instant exactement défini. La figure 2 représente schématiquement la superposition selon l'invention du spectre de données et du spectre PN. Les deux spectres sont assemblés par un coupleur approprié, c 'est-à-dire mutuellement superposés. Pour maintenir aussi faible que possible la perturbat ion mutuelle entre le spectre de donnees et le spectre PN, il faut définir un "coefficient de superposition"b U. Ce coefficient U précise de combien l'amplitude du spectre de donnees doit être supérieure à celle du spectre PN. On obtient une autre valeur de tU si la largeur de bande du spectre PN est plus grande que celle du spectre de données. On peut alors choisir un coefficient AU plus grand, c'est-à-dire que la perturbation mutuelle entre les deux signaux devient plus faible. C'est donc le spectre cumulé desdits spectres superposés que l'on transmet. Comme on le voit, on utilise en même temps la largeur de bande du signal de données pour le signal PN. La figure 3a donne le principe de l'étalement au moyen d'une séquence PN de longueur "L". Les séquences PN ont, à côté d'un caractère en genre de bruit quasi fortuit , de très bonnes propriétés d'autocorrélation qui permettent leur détection exacte. Dans la transmission de données, on étale en général chaque bit de données à la longueur d'une séquence PN. On répartit de ce fait l'énergie par bit sur la largeur de bande de toute la séquence PN. Le rapport entre les largeurs de bande de la séquence PN et du bit de données est en règle généralc supérieur ou égal à I 000, c'est-à-dire que l'énergie d'un bit de données, rapportée à la largeur de bande dudit bit, est réduite à 1/ i000. La figure 3b représente le spectre de puissance d'une séquence PN. C'est un spectre de raies dont lesdites raies se trouvent aux multiples entiers de l'inverse de la période (1/L.Tb) de la séquence PN. Le premier point zéro b du spectre PN se situe à 1/Tb. Etant donne que les raies b de fréquence du spectre se présentent à l'intervalle 1/L.Tb, ledit spectre de raies présente pour une longue période L.Tb une densité élevée. Si, pour une puissance d'émission constante, la durée de la séquence PN est triplée, le spectre de raies devient trois fois aussi dense, c'est-à-dire que l'intervalle entre raies est divisé par trois. La puissance de chaque raie spectrale diminue en même temps d'un tiers. La figure 4 représente la fonction d'autocorrélation de séquences PN. Elle répond d'une façon générale à l'équation dans laquelle AKF désigne la fonction d'autocorrélation, L la longueur de la séquence PN, x(t) la séquence PN, . t le facteur de décalage en temps. La fonction AKF de séquences PN de longueur maximale est bivalente et périodique dans sa longueur "L". Les séquences PN présentent un très bon maximum d'autocorrélation, ce qui souligne leur très bonne détecta- bilité. Par un choix approprié des structures de la séquence PN, on bénéficie d'un très bon comportement de comparaison par rapport à d'autres signaux (signal de donnees superposé). Pour d'autres indications sur les séquences PN, on se reportera par exemple à la publication Ph. Hartl, Fernwirktechnik der Raumfahrt (Télémécanique de l'astronautique), Springer Verlag, 1977. Les figures 5 et 6 représentent schématiquement une structure d'essai pour la synchronisation au moyen de séquences PN et le diagramme en temps correspondant. Une station au sol A émet continuellement une séquence PN, par exemple à un intervalle de temps déterminé qui correspond à la longueur du cadre TDMA. Cette séquence PN est reçue constamment par la station B et éventuellement d'autres et interprétée en début du cadre (salve de référence). La station B émet, après réception de la séquence PN de la station A, sa propre séquence PN, la reçoit ensuite et calcule, à partir d'elle, 1 'instant d'émission de son flux de données à l'intérieur du cadre. La détermination de la position dans le cadre ainsi que le début même de ce cadre ont lieu à l'aide de séquences PN qui sont superposées au flux de données. Les figures 7, 8 et 9 explicitent la superposition. La figure 7 représente le spectre de données (flux de donnée3 pur, et les figures 8 et 9 la superposition du signal de données et de la séquence PN de meme largeur de bande. La précision de la synchronisation dans le système TDMA est fonction de la stabilité dans le temps de la position des séquences. Il résulte de la figure 10 que, dans cet exemple, la précision de la synchronisation est de l'ordre de la nanoseconde. Le procédé de la superposition au moyen de séquences PN décrit ci-dessus est utilisable non seulement dans la synchronisation TDMA et en télémétrie, télécommande et contrôle (TTC) ainsi qu'en télésurveillance (repérage) de satellites, mais partout où des informations sont nécessaires pour la synchronisation de flux de données de structures très diverses (analogiques/numériques). Les principaux avantages du procédé selon 1 'inven- tion sont résumés ci-dessous. Données et signal de synchronisation sont transmis séparément, ce qui augmente l'efficacité du système. Les séquences PN ne nécessitent, par suite de leur structure, qu'une puissance de transmission par hertz très faible (figure 3). Plus la séquence PN est longue, plus la puissance nécessaire par hertz est faible. Les séquences PN se pretent fort bien à la synchronisation par leurs bonnes propriétés de corrélation (figure 4). Du fait de la transmission séparée, le système d'informations peut se trouver déjà à l'état de rétablissement lors de l'arrivée des données utiles. La transmission séparée permet une précision de synchronisation plus élevée. La sûreté de transmission des signaux de synchronisation est plus élevée par suite de la structure PN utilisée, car les signaux PN sont cachés dans le bruit. Il n'est pas besoin de largeur de bande utile supplementaire pour la transmission des signaux PN. On utilise à cet effet aussi la fréquence (largeur de bande) des signaux de données. REVENDICATIONS I. Procédé pour la synchronisation de données ana logiques et numériques constituées par des séquences de signaux électriques caractérisé par le fait que l'on superpose à ces signaux des sequences PN (de pseudo-bruit) d'amplitude Uérieure. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé par le fait que l'on étale les signaux, côté emetteur, quant à leur spectre, et que, côté récepteur, on supprime à nouveau cet étalement. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisé par le fait qu'au moyen des données superposées avec PN on transmet des informations aux fins de la commande et/ou de la régulation de flux de données analogiques/ numériques. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications I ou 2 caractérisé par le fait qu'au moyen des données superposées avec -FN on synchronise des signaux de cadre et de salve dans des systèmes TDMA (accès multiple par répartition dans le temps). 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisé par le fait qu'au moyen des données superposées avec PN on transmet des signaux de TTC (télémétriej télécommande, contrôle) et synchronise ainsi la transmissiop d'informations par satellite. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisé par le fait qu'au moyen des données superposées avec PN. on poursuit et/ou détermine les orbites de satellites et/ou de sondes spatiales et commande ainsi la transmission d'informations. 7. Dispositif de synchronisation de données analogiques et numériques constituées par des séquences de signaux électriques caractérisé par le fait qu'il comporte un générateur pour produire des séquences PN (de pseudo-bruit) et un dispositif de superposition de ces séquences PN aux signaux. 8. Dispositif selon la revendication 7 caractérisé par le fait qu'il comporte, côté émetteur, un dispositif d'étalement des signaux quant à leur spectre et, côté récepteur, un dispositif de suppression de cet étalement.