Brevet FR2670967A1 — publié le 19920626

UNE METHODE ET UN DISPOSITIF DE RECUPERATION D'UNE PORTEUSE Le domaine de l'invention est celui des systèmes de communication, plus particulièrement les systèmes de communication par satellites, utilisant la transmission de données numeriques par impulsion. De tels systèmes de communication utilisent en outre les techniques d'accés multiples par répartition temporelle d'impulsions. Dans les systèmes d'accés multiples par répartition temporelle d'impulsions, l'estimation de phase sur chaque impulsion successive est une nécessité du fait qu'on utilise des modulations à plusieurs états de phase désignées par les initiales m-PSK ( m Phase Shift Keying ), par exemple une modulation du type QPSK ( Quadrature Phase shift Keying) pour optimiser le rendement spectral.L'invention concerne plus particulièrement une méthode de récupération d'une porteuse pour de telles modulations. L'invention s'étend à un dispositif de mise en oeuvre d'une telle méthode. L'article "Nonlinear Estimation of PSK Nodulated Carrier Phase With Application to Burst Digital Transmission" de A. VITERBI publié dans la revue IEEE TRANSACTIONS ON INFORMATION THEORY, Vol IT29, N" 4, Juillet 1983 décrit un dispositif et une méthode de récupération de porteuse pour des modulations à m états de phase pour pallier les inconvénients des techniques de récupération de porteuse à base d'une boucle à verrouillage de phase. Cette méthode connue est basée sur l'utilisation d'une technique d'estimation non-linéaire de la phase de la porteuse. En se reportant à la figure 1A, les symboles S décodés par le récepteur, après démodulation quadratique, sont constitués de premiers codes X, Y exprimés sous forme de coordonnées cartésiennes. Les codes successifs X, Y constituent les deux trains binaires issus des filtres (non représentés) du récepteur. Les premiers codes X, Y sont passés dans des moyens de transformation non-linéaire pour fournir des seconds codes X1, Y1 exprimés sous forme de coordonnées cartésiennes. Dans le cas d'une démodulation quadratique à quatre états de phase, les premiers codes X, Y exprimés sous forme cartésienne sont transformés successivement en coordonnées polaires et de nouveau en coordonnées cartésiennes (20, 40) au travers d'une transformation non-linéaire (30), incluant l'élévation à une puissance entière de la première coordonnée polaire et la multiplication par quatre de la seconde coordonnée polaire avant la transformation coordonnées polaires-coordonnées cartésiennes, pour fournir des seconds codes X1, Y1 exprimés sous forme de coordonnées cartésiennes.Les seconds codes X1, Y1 sont mémorisés dans des moyens de mémorisation 50, pour un nombre L prédéterminé de symboles S définissant un intervalle d'estimation de phase centré sur un symbole particulier, pour fournir des troisièmes codes X1 moy, Yl~moy représentatifs respectivement d'une moyenne desdits seconds codes mémorisés. Parallèlement à cette mémorisation, les symboles S sont retardés dans un moyen de retard (90) à partir du symbole particulier. Les troisièmes codes Xl~moy, Y1 moy sont convertis ensuite en coodonnées polaires dans un moyen de calcul (60) pour fournir un angle de déphasage instantanné Théta~inst. Un moyen de correction (80) calcule enfin des quatrièmes codes X~est, Y~est constituant le symbole particulier décidé à partir dudit angle de déphasage instantanné et desdits premiers codes constituant le symbole particulier pour corriger un écart de phase de la porteuse. Par consequent l'angle de déphasage Theta~inst vient ramener la constellation dans la position adéquate pour la prise de décision d'un symbole particulier. Toutefois cette méthode connue ne permet de corriger que des écarts de phase sensiblement constants et faibles entre la fréquence porteuse d'émission et la fréquence porteuse de réception. Dans le cas où cet écart de phase évolue au court du temps, par exemple de façon cumulative, la méthode de VITERBI ne permet pas la poursuite au-delà du premier quadrant [0, Pi/2] du cercle trigonométrique. En effet l'angle de déphasage instantanné correspond au déphasage instantanné mesuré entre un symbole particulier et le symbole précédent. Par conséquent cette méthode de récupération de porteuse n'est pas adaptée pour corriger des sauts de phase supérieurs à Pi/2 et des écarts de fréquences entre la fréquence émission et la fréquence réception qui se cumulent. La présente invention a pour objet de pallier cet inconvénient. A cet effet l'invention propose une méthode de récupération d'une porteuse pour des modulations à plusieurs états de phase, notamment des modulations QPSK, dans laquelle - on fait subir à des symboles S reçus, constitués de premiers codes X, Y exprimés sous forme de coordonnées cartésiennes, une transformation nonlinéaire pour fournir des seconds codes X1, Y1 exprimés sous forme de coordonnées cartésiennes, - on mémorise lesdits seconds codes pour un nombre L prédétermine de symboles S définissant un intervalle d'estimation de phase centré sur un symbole particulier, pour fournir des troisièmes codes Xl~moy, Y1 moy représentatifs respectivement d'une moyenne desdits seconds symboles mémorisés, - on calcule un angle de déphasage instantanné Theta~inst relatif audit symbole particulier à partir desdits troisièmes codes, méthode c a r a c t é r i s é e en ce qu'elle comprend en outre les étapes suivantes: - on cumule successivement les angles de déphasage instantannés pour fournir un angle de phase estimé Theta~est et on calcule des quatrièmes codes X est, Y~est constituant le symbole particulier décidé à partir des premiers codes constituant ledit symbole considéré retardé et dudit angle de phase estimé pour corriger un écart de phase de la porteuse. L'invention s'étend à un dispositif comprenant: - des moyens d'entrées pour recevoir des symboles S constitués de premiers codes X, Y exprimés sous forme de coordonnées cartésiennes, - des moyens de transformation non-linéaire pour fournir des seconds codes X1, Y1 exprimés sous forme de coordonnées cartésiennes en réponse auxdits premiers codes, - des moyens de mémorisation desdits seconds codes pour un nombre L prédéterminé de symboles pour fournir des troisièmes codes X1 moy, Yl~moy représentatifs respectivement d'une moyenne desdits seconds codes, - un moyen de retard pour retarder lesdits symboles à partir d'un symbole particulier, - un moyen de calcul pour calculer des écarts de phase instantannés Thesta~inst à partir desdits troisièmes codes, - un moyen accumulateur cumulant lesdits écarts de phase instantannes pour fournir un angle de phase estimée Theta~est, - et un moyen de correction pour fournir des quatrièmes codes X~est, Y~est constituant le symbole particulier décidé à partir dudit angle de phase estimé et desdits premiers codes constituant ledit symbole particulier retardé. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore mieux à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation de l'invention accompagnée des dessins annexés dans lesquels: - la figure 1A est une représentation schématique d'un dispositif connu de récupération d'une porteuse selon la méthode de VITERBI, - la figure 1B est une représentation schématique d'un dispositif de mise en oeuvre de la méthode selon l'invention; - la figure 2 est un tableau de correspondance entre le nombre de symboles utilisés pour l'étape de calcul des coordonnées cartésiennes moyennes de non-linéarité et le débit symbole. On a représenté sur la figure 1B, un dispositif de mise en oeuvre de la méthode de récupération d'une porteuse, selon l'invention, pour une modulation quadratique à quatre états de phase (QPSK). Sur cette figure les éléments identiques à ceux du dispositif représenté sur la figure 1A portent les mêmes références. On devra comprendre par la suite que la méthode de récupération d'une porteuse et son dispositif de mise en oeuvre selon l'invention peuvent s'étendre facilement à des modulations à plus de quatre etats de phases. En se reportant à la figure 1B, les symboles S décodés par le récepteur, après démodulation quadratique, sont constitués de premiers codes X, Y exprimés sous forme de coordonnées cartésiennes. Les premiers codes successifs X, Y constituant les deux trains binaires issus des filtres (non représentés) du récepteur sont appliqués sur des entrées 10A, 10B pour passer dans des moyens de transformation non-linéaire 20, 30, 40. Ces moyens de transformation non-linéaire convertissent tout d'abord dans 20 les premiers codes X, Y exprimés sous forme cartésienne en coordonnées polaires pour fournir les données Rho et Theta.La première coordonnée polaire Rho est ensuite élevée à une puissance entière k:O, 1, 2, 3 ou 4 (fonction du niveau de bruit du récepteur mais de préférence égale à 0) tandis que la deuxième coordonnée polaire Theta est multipliée par quatre dans 30 pour fournir les données Rho"k et 4*Theta. La donnée 4*Theta représente la phase d'un symbole amenée sur l'axe o-Pi. Les données RhoAk et 4*Theta sont de nouveau converties sous forme cartésienne dans 40 pour fournir les seconds codes X1, Yl. Les seconds codes X1, Y1 sont mémorisés respectivement dans des moyens de mémorisation 50A, 50B parallèles du type registre à décalage série ou analogue, pour un nombre L prédéterminé de symboles S définissant un intervalle d'estimation de phase centré sur un symbole particulier. Par conséquent chaque symbole reçu sur les entrées 10 décale les seconds codes X1, Y1 dans les moyens de mémorisation 50. Pour chaque symbole particulier considéré, les moyens de mémorisation fournissent des troisièmes codes X1 moy, Ylmoy représentatifs respectivement d'une moyenne desdits seconds codes mémorisés.Ces troisièmes codes sont obtenus à partir des relations suivantes: L étant égale à 2N+1 Parallèlement à la mémorisation des seconds codes, les symboles S sont retardés dans un moyen de retard 90 à partir du symbole particulier. Ce moyen de retard 90 est donc conçu pour retarder (L-1)/2 symboles à partir du symbole particulier et délivre à chaque instant symbole le symbole particulier constitué des codes Xtn-(L-1)/2], Y[n-(L-1)/2], n représentant l'indice du symbole S reçu au même instant sur les entrées 10. Les troisièmes codes Xlmoy, Y1 moy sont convertis ensuite en coodonnées polaires dans le premier moyen de calcul 60 qui fournit un angle de déphasage instantanné Théta inst pour chaque symbole particulier, à partir de la relation suivante: Theta~inst= 1/4 Arctang( Ylmoy/X1 moy) Par conséquent Theta~inst correspond à la difference entre l'angle de phase du symbole particulier et l'angle de phase du symbole précédent. Les angles de déphasage successifs Theta~inst sont accumulés dans un moyen accumulateur 70 pour fournir un angle de phase estimée Theta~est représentant la phase globale de la porteuse récupérée. Par conséquent les angles de déphasage viennent s'additionner, modulo 2.Pi, dans le moyen accumulateur 70. Un moyen de correction (80) calcule enfin des quatrièmes codes X~est, Y~est constituant le symbole particulier décidé à partir dudit angle de phase estimé et desdits premiers codes X[n-(L-1)/2] , Y[n-(L-1)/2] constituant le symbole particulier retardé pour corriger l'écart de phase de la porteuse à partir des relations suivantes:: Xest=X[ n-(L-1)/2] .cos(Theta est) - n-(L- 1)/2] .sin(Thetaest) Y~est=X(n-(L-l)/2].sin(Theta~est) + Y[n-(L l)/2] .cos(Thetaest) Ainsi, le dispositif de récupération d'une porteuse selon l'invention est capable de compenser des écarts de fréquence entre la fréquence porteuse émission et la frequence porteuse réception qui s'accumulent, l'écart compensable étant plus ou moins important selon les caractéristiques que l'on donne à la récupération de porteuse. Dans le cas présenté cidessus, la seule caractéristique variable est le nombre L de symboles définissant la longueur des moyennes des seconds codes X1, Y1. Des simulations en poursuite de fréquence ont été réalisées pour des valeurs de L allant de 3 à 33 dont les résultats apparaissent dans le tableau de la figure 3. Sur ce tableau, Delta designe un ecart de fréquence entre la fréquence porteuse emission et la fréquence porteuse réception et Fd désigne le débit symbole. Ainsi, pour des valeurs de L proches de 3 on remarque que l'écart de fréquence compensable est important et le dispositif de récupération de porteuse est très sensible au bruit tandis que pour des valeurs de L proches de 33 l'écart de fréquence compensable est plus faible et le dispositif de récupération de porteuse resiste mieux au bruit. Pour un débit symbole de 2,4 kHz à 16 kHz, on préfèrera toutefois une valeur de L proche de et de préférence égale à 17 pour obtenir un bon compromis entre le bruit accepté et l'écart de fréquence compensé. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation ci-dessus décrit et on pourra prévoir avantageusement d'autres variantes sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. ) Une méthode de récupération d'une porteuse pour des modulations à plusieurs états de phase, notamment des modulations QPSK, dans laquelle - on fait subir à des symboles S reçus, constitués de premiers codes X, Y exprimés sous forme de coordonnées cartésiennes, une transformation nonlinéaire pour fournir des seconds codes X1, Y1 exprimés sous forme de coordonnées cartésiennes, - on mémorise lesdits seconds codes pour un nombre L prédéterminé de symboles S définissant un intervalle d'estimation de phase centré sur un symbole particulier, pour fournir des troisièmes codes X1 moy, Y1 moy représentatifs respectivement d'une moyenne desdits seconds codes mémorisés, - on calcule un angle de déphasage instantanné Theta~inst relatif audit symbole particulier à partir desdits troisièmes codes, méthode c a r a c t é r i s é e en ce qu'elle comprend en outre les étapes suivantes: - on cumule successivement les angles de déphasage instantannés pour fournir un angle de phase estimé Theta~est et on calcule des quatrièmes codes X~est, Y~est constituant le symbole particulier décidé à partir des premiers codes constituant ledit symbole particulier retardé et dudit angle de phase estimé pour corriger un écart de phase de la porteuse. 2. ) Une methode de récupération de porteuses selon la revendication 1 dans laquelle le nombre L de symboles est de préférence égal à 17. 3. ) Un dispositif pour la mise en oeuvre de la méthode selon la revendication 1 comprenant: - des moyens d'entrées (10) pour recevoir des symboles S constitués de premiers codes X, Y exprimés sous forme de coordonnées cartésiennes, - des moyens de transformation non-linéaire (20, 30, 40) pour fournir des seconds codes X1, Y1 exprimés sous forme de coordonnées cartésiennes en réponse auxdits premiers codes, - des moyens de mémorisation (50) desdits seconds codes pour un nombre L prédéterminé de symboles pour fournir des troisièmes codes X1 moy, Yl~moy représentatifs respectivement d'une moyenne desdits seconds codes, - un moyen de retard (90) pour retarder lesdits symboles à partir d'un symbole particulier, - un moyen de calcul (60) pour calculer des écarts de phase instantannés Theta~inst à partir desdits troisièmes codes, - un moyen accumulateur (70) cumulant lesdits écarts de phase pour fournir un angle de phase estime Theta~est, - et un moyen de correction (80) pour fournir des quatrièmes codes X~est, Y~est constituant le symbole particulier décidé à partir dudit angle de phase estimé et desdits premiers codes constituant ledit symbole particulier retardé.