Brevet FR2710481A1 — publié le 19950331

I 2710481 DESCRIPTION PROCEDE ET DISPOSITIF DE TRANSMISSION DE DONNEES PAR ETALEMENT DE SPECTRE A SEQUENCE DIRECTE. L'invention concerne un système de transmission de données par étalement de spectre à séquence directe par déplacement de séquences, permettant une transmission confidentielle et résistante aux brouillages et assurant une élimination des10 trajets multiples non désirés. Elle peut être appliquée notamment pour une liaison à moyen débit ou pour une liaison à bas débit telle que, par exemple, une télécommande dans le cadre d'une application domotique.15 Lorsqu'il est recherché une transmission d'information discrète, confidentielle et résistante aux brouillages, il est connu de recourir aux techniques dites d'étalement du spectre à large bande. Dans la technique d'étalement à20 séquence directe, à l'émission, le signal utile module une séquence pseudo-aléatoire de valeurs binaires, appelée code d'étalement, dont le débit est beaucoup plus élevé que la largeur de bande du signal utile. La modulation est souvent effectuée au moyen d'un opérateur consistant en une simple25 inversion de phase au rythme des bits de code et équivalente à une modulation de phase du type PSK (PSK signifie en anglais "phase shift keying"). A la réception, le signal codé reçu est corrélé avec un code pseudoaléatoire identique à celui produit à l'émission, dont30 le calage, par un dispositif de synchronisation, permet de restituer le signal utile initial. Toutefois dans les systèmes par étalement de spectre à séquence directe existants, la démodulation du signal reçu est généralement complexe et coûteuse car elle nécessite l'utilisation de35 plusieurs voies de corrélation pour effectuer la synchronisation du code produit dans le récepteur avec le 2 2710481 signal reçu et pour effectuer la démodulation de phase des données. Dans de nombreuses applications, des contraintes de volume et de coût du matériel font rechercher sa simplicité. Il est alors souhaitable de réduire le nombre de voies de corrélation au niveau du récepteur. L'invention a pour but de pallier les inconvénients précédents et de réaliser un système de transmission d'information discrète simple donc de10 faible coût, ne présentant pas de démodulation complexe et dans lequel les données sont codées par modulation de phase de façon à être difficilement détectables. Pour cela, conformément à l'invention, à l'émission, les données sont codées par un codage "à transition" de type différentiel et viennent commander un multiplexeur qui pour chaque bit de données, sélectionne une séquence pseudo- aléatoire à haut débit ou la même séquence décalée d'une période d'horloge de code suivant la valeur du bit de20 données; à la réception, le signal reçu est corrélé avec un code pseudo-aléatoire identique à celui produit à l'émission et synchronisé sur le signal reçu. Le signal d'erreur de synchronisation est mesuré et des impulsions d'erreur sont détectées à chaque fois que la séquence pseudo-aléatoire25 sélectionnée à l'émission change. Les changements de séquence pseudo-aléatoire correspondant à des changements d'état de l'information émise, cette information émise est reconstituée par comparaison des impulsions d'erreur à deux niveaux de seuil respectivement positif et négatif suivie d'une30 démodulation différentielle. Selon l'invention, le procédé de transmission de données par étalement de spectre à séquence directe consiste: - à l'émission, à produire, au rythme d'un signal d'horloge, un code d'étalement constitué d'une séquence pseudo-aléatoire de valeurs binaires, à sélectionner et à émettre suivant la 3 2710481 valeur binaire des données, une première séquence pseudo- aléatoire S1, respectivement une deuxième séquence pseudo- aléatoire S2,la deuxième séquence S2 étant identique à la première séquence S1 décalée d'une période d'horloge du code, - à la réception à produire un code pseudo-aléatoire identique à celui produit à l'émission et synchronisé sur le signal reçu, à détecter des impulsions d'erreur correspondant à des changements d'état des données transmises et à comparer ces impulsions d'erreur à deux niveaux de seuil respectivement positif et négatif. L'invention concerne également un dispositif de transmission de données par étalement de spectre à séquence directe comportant un dispositif d'émission et un dispositif de réception caractérisé en ce que: - le dispositif d'émission comporte un générateur de code pseudo-aléatoire produisant une séquence pseudo-aléatoire de valeurs binaires au rythme d'un signal d'horloge, et un multiplexeur qui, suivant la valeur binaire des données, sélectionne une séquence pseudo-aléatoire Si, respectivement S2, la séquence S2 étant la même séquence que S1 décalée d'une période d'horloge de code, - le dispositif de réception comporte un discriminateur de phase comportant une boucle à verrouillage de retard dans laquelle un générateur de code produit un code pseudo- aléatoire identique à celui produit à l'émission et30 synchronisé sur celui-ci, un dispositif de détection d'un signal d'erreur de synchronisation comportant un dispositif de comparaison à deux niveaux de seuil. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaitront clairement dans la suite de la description donnée à titre d'exemple non limitatif et faite en regard des figures annexées qui représentent: 4 2710481 - la figure 1, un schéma de principe d'un dispositif d'émission, selon l'invention, - la figure 2, un schéma de principe d'un dispositif de réception, selon l'invention, - la figure 3, un exemple de fonction de transfert d'un discriminateur de phase, selon l'invention, - la figure 4a, un exemple d'évolution des fonctions d'autocorrélation du code pour chacune des voies de corrélation, selon l'invention, - la figure 4b, l'évolution de la fonction, différence issue de la comparaison des fonctions d'autocorrélation représentées sur la figure 4a, - la figure 4c, un exemple de variation du signal d'erreur de synchronisation en fonction du temps, selon l'invention. La figure 1 repésente un schéma de principe d'un dispositif d'émission, selon l'invention. A l'émission, l'information D à transmettre et constituée par des états de valeurs binaires rythmés par une horloge Hd est codée de façon différentielle par des moyens de codage 10. L'information résultante I à bas débit vient commander un multiplexeur 11 qui pour chaque bit de données sélectionne30 une séquence pseudo-aléatoire à haut débit Sl ou la même séquence décalée d'une période d'horloge de code S2, suivant la valeur O ou 1 de l'information I. Les séquences S1 et S2 sont produites par un générateur de code 12 commandé par une horloge de code Hc. La sélection de séquence est asynchrone35 par rapport à l'horloge du code. Le générateur de code peut être par exemple un registre à décalage en réaction linéaire comportant n étages et produisant une séquence de longueur (2n - 1) bits. 2710481 Le signal de sortie S du multiplexeur 11 est appliqué à un modulateur 13 biphase 0- n qui réalise une transposition du signal S dans la bande des hyperfréquences au moyen d'une modulation avec une fréquence porteuse fp. L'information codée est alors transmise par une antenne d'émission 14 après filtrage dans un filtre passe-bande 15. La modulation du signal S avec la fréquence porteuse peut être considérée comme une modulation de position de la séquence pseudo- aléatoire. La modulation de position est équivalente à une modulation de phase et ne présente donc pas l'inconvénient d'être trop facilement détectable. La figure 2 représente un schéma de principe d'un dispositif de réception, selon l'invention. A la réception, l'information est reçue par une antenne de réception 20 et transposée à une fréquence intermédiaire FI, après filtrage dans un filtre passe-bande 21 et après amplification dans un amplificateur à faible bruit 22, au moyen d'une modulation dans un modulateur 23 avec une fréquence porteuse issue d'un oscillateur local 24. Le signal reçu est ensuite appliqué à un discriminateur de phase 2525 ayant une fonction de transfert dont l'allure est représentée sur la figure 3. TC représente une période d'horloge de code. Le signal de sortie du discriminateur de phase 25 est traité par un dispositif de détection 40 qui démodule le signal sans risque d'ambiguïté de A, puis par des moyens de démodulation30 différentielle 45 qui restituent l'information d'origine. Le discriminateur de phase 25 comporte une boucle à verrouillage de retard dans laquelle un générateur de code 26 commandé par une fréquence d'horloge issue d'un oscillateur35 27 contrôlé en tension VCO produit un code formé d'une séquence pseudo-aléatoire de valeurs binaires identique à 6 2710481 celle produite à l'émission, le code étant recalé par corrélation avec le signal reçu. A cet effet, le discriminateur de phase 25 comporte deux voies de corrélation comportant chacune un corrélateur 28, 29, associé à un 5 détecteur d'amplitude 32, 33, recevant deux versions décalées du code produit par le générateur de code 26 et effectuant des mesures de corrélation avance et retard. Les deux mesures de corrélation sont ensuite comparées dans un modulateur 30 qui effectue la différence des signaux obtenus et qui délivre en sortie un signal d'erreur de synchronisation. A titre d'exemple, la figure 4a représente les fonctions d'autocorrélation du code pour chacune des voies de corrélation lorsque ces dernières sont décalées d'un bit de code. TC représente une période d'horloge de code. Les maxima de corrélation des deux voies sont décalées d'une période d'horloge de code. Le signal d'erreur est utilisé d'une part dans la boucle à verrouillage de retard pour commander l'oscillateur 27 contrôlé en tension et d'autre part en sortie du discriminateur de phase 25 pour décoder l'information. Dans la boucle à verrouillage de retard, le signal d'erreur est filtré dans un filtre de boucle 31 à bande étroite puis appliqué en entrée de l'oscillateur 27 contrôlé en tension qui modifie la fréquence d'horloge du code de façon à réduire l'erreur de synchronisation. L'oscillateur contrôlé en tension est choisi suffisamment stable de façon que l'écart30 maximum entre les fréquences d'horloge du code produit à l'émission et du code produit à la réception soit faible. Cette condition est nécessaire pour que l'asservissement du code produit à la réception sur le signal reçu soit possible. A titre d'exemple, pour un écart maximal de 200 Hz entre les35 deux fréquences, l'oscillateur doit être stable à 10-6près. La figure 4b représente la fonction différence issue de la comparaison des fonctions d'autocorrélation représentées sur 7 2710481 la figure 4a. La fonction différence s'annule au point A qui correspond à la synchronisation du code du récepteur sur le signal reçu. Le temps de synchronisation du système est inférieur au débit informatif. Lorsque la synchronisation est5 obtenue, tant que la valeur des bits informatifs ne change pas, par exemple une suite de "1" (respectivement une suite de "0") est émise, la boucle à verrouillage de retard est asservie au point A puisque c'est toujours la même séquence qui est émise. Dès que la valeur des bits informatifs change, la séquence émise est décalée d'une période d'horloge de code, la boucle est décorrélée et le point d'asservissement change. Par exemple, si l'émission d'un "0" (respectivement d'un "1") succède à l'émission d'un "1" (respectivement d'un "0"), l'asservissement passe du point A au point C (respectivement au point B). Le code du récepteur n'est alors plus synchronisé sur le signal reçu ce qui provoque, en sortie du modulateur 30, une impulsion brève correspondant à une20 soudaine augmentation du signal d'erreur. Cette impulsion est utilisée pour commander l'oscillateur 27 contrôlé en tension et recaler le code produit par le générateur de code 26 sur le code émis. La durée de cette impulsion et la quantité d'énergie qu'elle possède sont fonction de la pente de25 l'oscillateur 27 et de la puissance du message reçu. La figure 4c représente un exemple de variation du signal d'erreur en fonction du temps. Lorsque la boucle à verrouillage de retard est asservie au point A, le signal d'erreur est nul. A chaque fois que l'information change d'état, le signal d'erreur présente une impulsion positive ou négative provoquant de la part de l'oscillateur contrôlé en tension un saut de recalage positif35 ou négatif. Chaque impulsion est donc associée à un changement d'état de l'information. L'impulsion est positive lorsque l'information passe de l'état 1 à l'état O, et 8 2710481 négative lorsque l'information passe de l'état O à l'état 1. Ainsi les impulsions sont caractéristiques de l'information émise et peuvent être exploitées pour reconstituer l'information émise sans ambiguïté de phase et sans utiliser une autre voie de corrélation. Pour cela, en sortie du discriminateur de phase 25 le signal d'erreur est démodulé par un dispositif de détection 40 comportant un filtre passe-bas 41 et un dispositif de comparaison 42 à deux niveaux de seuil respectivement positif et négatif N1 et N2. Le dispositif de comparaison à seuil bipolaire 42 restitue les données après comparaison avec le signal d'erreur. La largeur de bande du filtre 41 est calculée en tenant compte du temps nécessaire pour la corrélation du code produit par le récepteur avec le signal reçu. Ce temps de20 corrélation est d'autant plus long que la longueur du code est importante. La largeur du filtre doit donc être adaptée à la longueur du code. Les niveaux de seuil sont choisis arbitrairement en tenant compte du niveau de bruit reçu. L'information émise est ensuite reconstituée par démodulation différentielle du signal effectuée par les moyens 45. L'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation précisément décrit; notamment il n'est pas indispensable d'effectuer un précodage différentiel des données, bien que cela permette de lever l'ambiguïté de n et que la démodulation soit plus simple. 9 2710481 REVENDICATIONS 1. Procédé de transmission de données par étalement de spectre à séquence directe, les données étant constituées par des états de valeur binaires, caractérisé en ce qu'il consiste: - à l'émission, à produire, au rythme d'un signal d'horloge, un code d'étalement constitué d'une séquence pseudo-aléatoire de valeurs binaires, à sélectionner et à émettre suivant la valeur binaire des données, une première séquence pseudo- aléatoire S1, respectivement une deuxième séquence pseudo- aléatoire S2, la deuxième séquence S2 étant identique à la15 première séquence S1 décalée d'une période d'horloge du code, - à la réception, à produire un code pseudo-aléatoire identique à celui produit à l'émission et synchronisé sur le signal reçu, à détecter des impulsions d'erreur correspondant20 à des changements d'état des données transmises et à comparer ces impulsions d'erreur à deux niveaux de seuil respectivement positif et négatif. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la sélection des séquences Si, respectivement S2, est asynchrone par rapport à l'horloge du code. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il consiste en outre à l'émission, à effectuer un précodage différentiel des données et à la réception, à effectuer une démodulation différentielle du signal obtenu après comparaison des impulsions d'erreur aux niveaux de seuil. 4. Dispositif de transmission de données par étalement de spectre à séquence directe comportant un dispositif d'émission et un dispositif de réception, caractérisé en ce que: 2710481 - le dispositif d'émission comporte un générateur de code (12) pseudoaléatoire produisant une séquence pseudo- aléatoire de valeurs binaires au rythme d'un signal d'horloge, et un multiplexeur (11) qui, suivant la valeur binaire des données, sélectionne une séquence pseudo- aléatoire Sl, respectivement S2, la séquence S2 étant la même séquence que Sl décalée d'une période d'horloge de code, - le dispositif de réception comporte un discriminateur de phase (25) comportant une boucle à verrouillage de retard dans laquelle un générateur de code (26) produit un code pseudo-aléatoire identique à celui produit à l'émission et synchronisé sur celui-ci, un dispositif de détection (40) d'un signal d'erreur de synchronisation comportant un dispositif de comparaison (42) à deux niveaux de seuil. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le dispositif d'émission comporte en outre des moyens (10) de codage différentiel des données et en ce que le dispositif de réception comporte en outre des moyens (45) de démodulation différentielle des données.