Brevet FR2650456A1 — publié le 19910201

"Procédé de synchronisation par corrélation". La présente invention concerne un procéde de syn- chronisation par corrélation, procédé impliquant une première étape pendant laquelle des données de synchronisation repré- sentant une séquence de synchronisation sont reçues, centrées autour d'une fréquence porteuse, d'une deuxième étape de cor- rélations partielles o l'on effectue la corrélation des don- nées reçues avec des parties de la séquence de synchronisation engendrée localement, une troisième étape pour fournir une in- dication d'erreur sur la fréquence porteuse reçue à partir des corrélations partielles et une quatrième étape pour fournir à l'utilisation un pic de corrélation. L'invention trouve d'importantes applications sur- tout dans le domaine des transmissions de données par voie ra- dioélectrique o les contraintes sont sévères du fait des for- tes perturbations auxquelles sont soumises ces voies. Le brevet français n 2 525 055 décrit un tel procé- dé qui satisfait toutes les exigences en ce qui concerne la précision de la synchronisation. Cependant il s'est avéré que la charge de calcul était trop élevée pour certaines applica- tions. L'invention propose un procédé qui implique moins de calculs de sorte que lorsque la-mise en oeuvre du procédé est exécutée par un ensemble à microprocesseur, celui-ci peut être affecté à des tâches supplémentaires. Pour cela, un procédé du genre mentionné dans le préambule est remarquable en ce que dans la troisième étape, on sélectionne des corrélations partielles exécutées durant la deuxième étape et l'indication d'erreur est établie sur ces corrélations sélectionnées. La description suivante accompagnée des dessins ci-annexés, le tout donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La- figure 1 est un schéma montrant un récepteur permettant la mise en oeuvre du procédé de l'invention. La figure 2 illustre une trame de données transmi- ses. La figure 3 est un schéma fonctionnel pour expli- quer le fonctionnement de la synchronisation en mode de veil- le. La figure 4 montre l'engendrement d'un vecteur d'erreur de fréquence à partir de l'indication d'erreur éta- blie durant la troisième étape. La figure 5 montre la correction de fréquence ap- portée pour effectuer la corrélation totale. La figure 6 est un schéma fonctionnel pour expli- quer le fonctionnement de la synchronisation en mode trafic. La figure 7 montre comment les indications d'erreur peuvent être utilisées pour compenser les erreurs de fréquence de la porteuse reçue. A la figure 1, la référence 1 indique une antenne qui reçoit des données transmises dans-la gamme hf, c'est-à- dire dans une gamme allant entre 1 MHz et 30 MHz par exemple. Les données utilisées pour la synchronisation sont bivalen- tes: une première valeur est représentée par une phase de 0 degré d'une sous-porteuse à 1800 Hz et une seconde par une phase de 180 degrés de cette même porteuse. En d'autres ter- mes, les données ont pour valeurs au départ: +1 et -1. Par suite de la transmission, ces valeurs vont su- bir des fluctuations d'amplitude et de phase et même vont s'interpénétrer. Le récepteur montré à la figure 1 fournit à la borne de sortie 5 des données débarrassées, dans la mesure du possible, de ces fluctuations et de cette interpénétration. A la figure 2, on a représenté schématiquement une trame de données reçues. Ainsi, les données de synchronisation sont représentées par une séquence SQ; après cette séquence, les données utiles DU. Seules, ces données DU apparaissent sur la borne 5. A la figure 7 surgit un signal indiquant qu'une séquence de données de synchronisation a été reçue. A la figure 1, la référence 8 indique la partie ré- ception du récepteur. A sa sortie, on a les données transmises par la sous-porteuse. Un convertisseur analogique-numérique 10 fournit des souséchantillons numériques à une cadence N fois plus rapide que la transmission des données. C'est-à-dire que pour une données transmise, on aura N sous-échantillons. Pour la suite de l'exposé, N sera pris égal à 4. Un ensemble à microprocesseur 12 effectue un trai- tement sur ces échantillons pour fournir les informations uti- les aux bornes 5 et 7. Pour des raisons de clarté, cet ensem- ble est montré sous forme de schéma blocs, mais il est évident pour un homme de l'art de transformer ce schéma en blocs fonc- tionnels interprétables par un microprocesseur. Les échantil- lons à la sortie du convertisseur 10 sont tout d'abord démou- lés à la fréquence nominale de la sous-porteuse à 1800 Hz. Pour cela, deux organes de multiplication 14 et 15 sont utili- sés suivis de deux filtres passe-bas 16 et 17 de sorte qu'à leur sortie on fait &pparaître réelle et imaginaire respecti- vement, en bande de base, des.données transmises. L'organe 14 multiplie les échantillons par cos 2rFt et l'organe 15 par sin 2rFt o F est la fréquence de la sous-porteuse. La gran- deur complexe ainsi élaborée est soumise ensuite à l'action d'un organe de déphasage 20 qui la déphase selon une grandeur appliquée à son entrée de commande de déphasage 21. Les échan- tillons, partie réelle et partie imaginaire, à la sortie de l'organe 20 sont emmagasinés systématiquement aux quatre posi- tions (correspondant à la valeur N) successives d'une mémoire tampon 22 à adressage circulaire. Cette mémoire pouvant conte- nir une centaine de données. Cette mémoire sera adressée en lecture pour le traitement qui va être décrit par un numéro de symbole "ns" qui définit la donnée et un numéro d'indice 'i" qui définit la position du sous-échantillon. Ainsi des sous- échantillons contenus dans cette mémoire 22 peuvent être pré- levés de façon sélective par un organe d'entrée d'égalisateur 25, d'une part, et par un organe de synchronisation 27, d'autre part. La sortie'de l'organe 25 est reliée à l'entrée d'un égalisateur 29 suivi d'un organe de décision 31 pour fournir les données à la borne 5. L'organe de synchronisation 27 fournit, non seule- ment sur la borne 7 le pic indiquant qu'une séquence de don. nées de synchronisation a été reçue, ainsi que cela a été dit, mais fournit en plus: - sur une sortie 40, une valeur d'indice, accompagnée du numé- ro,de symbole pour indiquer le numéro du sous-échantillon à considérer par l'organe 25, - sur une sortie 42, une autre valeur d'indice, accompagnée du numéro de symbole pour son traitement propre, et - sur une sortie 44, une erreur de phase pour être utilisée soit par l'organe 25 via un commutateur 45, soit par un fil- tre 46. La sortie de ce filtre 46 est reliée à l'organe 20 via un commutateur 47. Cette erreur de phase représente la différence entre la valeur nominale de la sous-porteuse et la valeur de la sous-porteuse reçue, cette erreur pouvant être due à des effets.doppler ou à des écarts de fréquence entre les porteuses. L'organe d'entrée d'égaliseur 25 est formé d'un or- gane de déphasage 50 suivi d'un organe de normalisation 52 qui centre les valeurs des données pour que l'égalisation puisse s'effectuer dans les meilleures conditions possibles. Le fonctionnement d'un tel récepteur se décompose en deux modes de travail. Un mode est dit le mode de veille pendant lequel une synchronisation est obtenue ce qui fait. passer le récepteur dans le mode trafic. Les deux modes trans- mettent des données utiles. L'organe de synchronisation 27 représenté à la fi- gure 3 sous forme de blocs fonctionnels est affecté au mode veille. Le bloc 60 représente la séquence des données S(k) du code de synchronisation SQ ayant par exemple 80 valeurs; ce code est divisé en 8 parties SQ1, SQ2,..., SQ8 de 10 valeurs chacune. Les données reçues, prélevées dans la mémoire 22 au moyen d'un organe d'adressage-61 sont corrélées au moyen d'un organe représenté par un bloc 62 à ces différentes parties de blocs et selon un aspect de l'invention, ces corrélations ne sont effectuées que sur les parties SQ1 à SQ4. Un organe de sélection 64 détermine parmi les corrélations effectuées pour chacun des quatre sous-échantillons et pour chacune de ces parties celle qui donne le meilleur résultat. Pour cela, on détermine le "i" qui maximilise la formule suivante -: COR(i) = E [CORPAR (i,n)]t. CORPAR (i,n) n=1 iC 1,4] la valeur de "i* qui donne ce maximum est appelée: "iopt'. Dans cette formule l'* signifie qu'il faut considérer le con- jugué de la quantité à laquelle il est affecté. D'autre part: CORPAR (i,n) E D(i,j+(n-1).10). S(j+(n-1).10) n e[1,4] D(..,..) représente les données traitées. La valeur "iopt' est utilisée par un bloc 65 pour effectuer des corrélations avec ces indices sur les parties de séquence SQ5 à SQ8. Toutes ces corrélations avec cette valeur servent pour calculer l'erreur de phase selon une méthode si- milaire à celle décrite dans le brevet précité. On obtient une fonction f(): f(ç) = E [CORPAR(iopt,n)]*. CORPAR(iopt,n+1) n=1i Par ailleurs, on peut montrer: f(W) = K.exp(10.w) o K est une constance. De cette valeur de p on peut en dériver un vecteur V présen- tant une pluralité de composantes V(k) en appliquant la valeur de p à une table 70 comme cela est représenté à la figure 4. V(k) = exp(-j(k-1)ç) k 6[1,80] La valeur w apparait-à la sortie 67 et le vecteur V à la sor- tie 68. Deux blocs 72 et 74 effectuent une corrélation to- tale en opérant sur deux moitiés du code SQ. Chacun de ces blocs comporte, comme indiqué à la figure 5, un organe de dé- phasage 80 suivi d'un organe de corrélation 82 proprement dit; l'organe 80 a sa commande de déphasage reliée à la sor- tie 68 pour déphaser les données prélevées dans la mémoire 22. Ainsi cette corrélation'va s'effectuer dans de bonnes con- ditions puisque l'écart de fréquence est déjà corrigé. Les corrélations effectuées par les blocs 72 et 74 sont respectivement CORT(iopt,1) et CORT(iopt,2) données par: CORT(iopt,1) = E D(iopt,k).S(k). V(k) K=1 i CORT(iopt,2) = E D(iopt,k).S(k).V(k) K=41 La corrélation totale CORTOTAL effectuée sur toutes les va- leurs S(k) du code de synchronisation est donnée par la somme- des corrélations exécutées par les blocs 72 et 74. CORTOTAL = CORT(iopt,1'l) + CORT(iopt,2) Cette somme est faite par l'additionneur 89. On détermine le carré du module de CORTOTAL au moyen des éléments 90 et 91 qui l'un prend la quantité conju- guée de CORTOTAL et l'autre multiplie entre elles ces va- leurs. On évalue aussi la quantité suivante au moyen d'un élé- ment 95 pour déterminer la valeur conjuguée de CORT(iopt,1) et d'un multiplieur 96. [CORT5(iopt,1)]*. CORT(iopt,2) Cette quantité donne après-traitement dans un organe 98 une phase qui additionnée à celle (sortie 67) préalablement calcu- lée dans le bloc 66, au moyen d'un additionneur 100 améliore cette dernière d'une manière sensible. Un bloc final 110 traite l'infomation à la sortie de l'élément 91 et aussi celle fournie par un organe de compa- raison 112 pour prendre certaines mesures lorsque un pic de corrélation a été déterminé par l'organe 112 qui compare la valeur du module de CORTOTAL avec une valeur de seuil TH préa- lablement établie. Une de ces mesures consiste à définir la valeur "ns' pour laquelle la synchronisation a été détectée. Une autre mesure consite à mémoriser la valeur de phase calcu- lée en sortie de l'additionneur 100 et "iopt". Une fois que la synchronisation a été obtenue, le récepteur passe en mode trafic pour la trame suivante. La syn- chronisation a alors un rôle de surveillance pour savoir si le code de synchronisation est toujours bien reconnu et aussi de surveiller la phase afin de corriger des écarts faibles de sous-porteuses toujours possibles. La figure 6 montre comment l'organe 27 est organisé pour ce mode. Ici, le code de synchronisation est divisé en deux parties SQQ1 et SQQ2 dans un bloc 60'. Dans un bloc 62', on évalue les corrélations pour tous les indices "i" élaborés par l'organe d'adressage 61' avec la partie de code SQQ1 un organe 64' détermine comme en mode veille la valeur "iopt" de sorte que un bloc 65' calcule la corrélation pour ce 'iopt des don- nées avec la demi-séquence SQQ2. A partir de ces deux corréla- tions, on détermine une valeur d'erreur de phase au moyen d'un organe 66 en prenant le conjugué de la corrélation donnée par 62' et la corrélation par 65'. Puis la corrélation totale est calculée en additionnant celles obtenues par les organes 62' et 66'. Le carré du module est obtenu, comme en mode veille au moyen des éléments 89', 90' et 91' semblables aux éléments 89, 90 et 91 décrits à la figure 3. La synchronisation est dé- tectée par l'organe de comparaison 112' et le bloc final 110' a la même fonction que le bloc 110. Pour ce bloc l'erreur de phase considérée est seulement celle fournie par l'organe 66' à partir du conjugué de la corrélation fournie par le bloc 62' et celle du bloc 65'. A la figure 7, on montre comment ies commutateurs 45 et 47 peuvent être manoeuvrés. Lorsqu'on est en veille, le commutateur 47 est mis dans une position telle que l'organe de déphasage 20 n'apporte aucune correction de phase, tandis que le commutateur 45 est mis dans une position qui permet à l'or- gane de déphasage 50 de recevoir déjà la première valeur trou- vée Ferr. Puis dans une période suivante, on se trouve en mode trafic, les commutateurs 45 et 47 s'inversent de sorte que les valeurs d'erreur de phase filtrées Ferr, Ferr' sont appliquées à l'organe 20 à chaque période et plus aucune erreur de phase n'est appliquée.à l'organe 50 Ainsi, on a fourni des données corrigées à l'égaliseur 29. Revendication: 1. Procédé de synchronisation par corrélation, procédé impliquant une première étape pendant laquelle des données de synchronisation représentant une séquence de synchronisation sont reçues, centrée autour d'une fréquence porteuse, d'une deuxième étape de corrélations partielles o l'on effectue la corrélation des données reçues avec des parties de la séquence de synchronisation engendrée localement, une troisième étape pour fournir une indication d'erreur sur la fréquence porteuse reçues à partir des corrélations partielles et une quatrième étape pour fournir à l'utilisation uh pic de corrélation est caractérisée en ce que dans la troisième étape, on sélectionne des corrélations partielles-établies durant la deuxième étape et l'indication d'erreur est établie sur ces corrélations sé- lectionnées.