Brevet FR2753024A1 — publié le 19980306

Dispositif et procédé de réception d'un signal AMRF constitué de fréquences porteuses émises par au moins deux terminaux, et système de transmission correspondant. Le domaine de l'invention est celui des systèmes de communication mettant en oeuvre des accès multiples par répartition en fréquence (AMRF). Plus précisément, l'invention concerne de tels systèmes dans lesquels des fréquences porteuses émises par plusieurs terminaux (ou, plus généralement, stations émettrices) sont reçues et traitées sous la forme d'un signal unique (multiplex de fréquences porteuses) dans une station de base (ou, plus généralement, station réceptrice). Un système mettant en oeuvre cette technique est par exemple décrit dans la demande de brevet FR-93 10339, au nom des mêmes déposants que la présente demande. Dans ce système, plusieurs terminaux (appelés stations réparties) se, voient affecter une ou plusieurs fréquences porteuses, choisies parmi une pluralité de fréquences porteuses. Ces fréquences porteuses sont modulées indépendamment dans chaque terminal, et émises de manière synchronisée. On obtient ainsi, vu d'une station de base (appelée station centrale), un multiplex de fréquences porteuses orthogonales, qui peut être traité comme un signal unique, en effectuant une seule opération de démodulation, mettant en oeuvre notamment une transformation mathématique (une FFT par exemple). Cette technique s'avère particulièrement avantageuse, car chaque terminal n'émet qu'une ou qu'un petit nombre de fréquences porteuses. Ainsi, leur réalisation est relativement simple, et la puissance nécessaire est limitée. De même, la station de base reste relativement simple, car elle ne reçoit qu'un unique signal. Un domaine particulier de l'invention est celui de la télévision numérique, dans les systèmes prévoyant une voie de retour des récepteurs de télévision vers l'émetteur du signal de télévision. les voies de retour sont connues depuis longtemps, notamment dans le cadre des réseaux de télévision câblés. Elles peuvent être utilisées en particulier pour transmettre des données permettant une interactivité entre l'utilisateur du récepteur et le programme émis (participation à des jeux ou des sondages par exemple). L'invention peut être appliquée sur toutes les voies de retour (câble, voie hertzienne) basées sur un système AMRF, pour des émetteurs fixes, portables ou mobiles. Plus généralement, l'invention est applicable dans tous les cas o une communication AMRF est mise en oeuvre, que celle-ci soit une transmission multipoint à point ou point à point, qu'elle soit ou non symétrique. Ainsi, par exemple, l'invention peut également être mise en oeuvre dans des réseaux locaux reliant une pluralité de stations, chacun d'entre eux jouant le rôle de terminal selon la définition ci-dessus, pour émettre, et de station de base, toujours selon la définition ci-dessus, en réception. Le système décrit dans la demande de brevet FR-93 10339 déjà citée présente toutefois un inconvénient, à savoir celui de la synchronisation temporelle des différents terminaux. On conçoit en effet aisément que les temps de propagation des terminaux vers la station de base (et inversement) sont différents, en fonction de la distance les séparant. Si tous les terminaux se synchronisent sur un signal de synchronisation, diffusé par la station de base, et émettent sans précaution supplémentaire, la station de base ne recevra pas un signal unique cohérent, et ne pourra pas assurer la démodulation de toutes les fréquences porteuses. Pour pallier cet inconvénient, on prévoit un asservissement par une boucle de contre-réaction effectué émetteur par émetteur: la station de base mesure le décalage temporel du signal reçu depuis chaque émetteur et envoie ce décalage, ou une information équivalente à l'émetteur. Ce dernier réajuste son instant d'émission en conséquence, et ainsi de suite jusqu'à obtention d'une bonne compensation des délais de propagation aller/retour entre la station de base et l'émetteur. Cette méthode présente cependant plusieurs inconvénients. Tout d'abord, elle conduit à une augmentation de la complexité de chaque terminal d'émission, alors qu'il est souhaitable, dans de nombreuses applications telles que les voies de retour, qu'il soit le plus simple et le moins coûteux possible. De même, le récepteur de la station de base est rendu plus complexe, puisqu'il doit gérer le traitement des décalages. Par ailleurs, cette technique nécessite l'allocation d'une bande à un protocole d'échange de données, pour mettre en oeuvre ce protocole. Outre la complexité, il s'en suit de façon inhérente une perte d'efficacité spectrale. Le délai nécessaire à cette procédure d'asservissement par contreréaction est encore un autre inconvénient. En particulier, cette méthode est pratiquement incompatible avec des terminaux mobiles, la procédure devant alors être réitérée de façon quasi- permanente. L'invention a notamment pour objectif de pallier ces différents inconvénients de l'état de la technique. Plus précisément, un objectif de l'invention est de fournir un système mettant en oeuvre une démodulation à faible coût d'un signal multiporteuses AMRF constitué par la contribution de plusieurs terminaux distants, qui permettent de s'affranchir d'un asservissement temporel par contre-réaction (synchronisation) entre les terminaux et la station de base. Ainsi, un objectif de l'invention est de fournir un tel système, qui ne nécessite pas de moyens et de traitements complexes dans les terminaux, de façon que ceux-ci restent simples et peu coûteux. Un autre objectif de l'invention est de fournir un tel système, qui permette (par rapport aux systèmes connus) d'augmenter l'efficacité spectrale. Encore un autre objectif de l'invention est de fournir un tel système, qui puisse être mis en oeuvre sur tout type de canal de transmission (câble, transmission hertzienne,...), et pour tout type de terminaux, qu'ils soient fixes, portables ou mobiles. Ces objectifs ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints selon l'invention à l'aide d'un dispositif de réception d'un signal AMRF constitué par un multiplex de fréquences porteuses modulées émises par au moins deux terminaux distincts, dispositif comprenant au moins deux chaînes de démodulation parallèles, chacune desdites chaînes de démodulation appliquant sur ledit signal AMRF une fenêtre temporelle de réception de symbole débutant avec un retard de chaîne supérieur ou égal à zéro, par rapport à une référence de synchronisation, lesdits retards de chaîne étant tous différents. Ainsi, selon l'invention, on n'impose pas une synchronisation très précise des terminaux (une synchronisation aveugle sur un signal de synchronisation émis par la station de base est par exemple suffisant). C'est à la réception que l'on assure une démodulation sélective, en fonction des retards de propagation. Plus précisément, le signal reçu est considéré, dans son ensemble, avec plusieurs (au moins deux) retards différents. Chaque fréquence porteuse peut donc ainsi, quelque soit son retard, être démodulée correctement dans l'une ou l'autre des chaînes de démodulation. De façon avantageuse, lesdits retards de chaîne sont proportionnels et valent: Tk = 2.k.A o: A est un retard de base prédéfini, qui correspond à la tolérance sur la synchronisation temporelle de signaux reçus; k est un entier variant de 0 à K-1; K est le nombre de chaînes de démodulation. Préférentiellement, ledit retard de base A est le retard maximum que chacune desdites chaînes est capable de traiter. Le nombre de chaînes de démodulation est alors, pour couvrir tous les cas de figure: K = Partieentière ((Tp)max/2.A) + 1, o (Tp)max est le délai de propagation maximum dans un échange aller-retour de communication entre ledit dispositif de réception et un desdits terminaux. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, le dispositif comprend des moyens de sélection alimentés par l'ensemble desdites chaînes de démodulation et associant à chacune desdites fréquences porteuses, et à chaque intervalle de temps, la sortie de l'une desdites chaînes de traitement, selon un critère de sélection prédéterminé. On choisit donc l'une des chaînes de traitement, pour chaque fréquence porteuse. On peut notamment prévoir que chacune desdites chaînes de démodulation comprend des moyens de validation de la démodulation de chacune desdites fréquences porteuses, selon un critère de validation prédéterminé (décodage de bloc), et que ledit critère de sélection consiste à retenir la sortie de la chaîne de démodulation répondant audit critère de validation et présentant le retard de chaîne le plus faible. Selon une caractéristique préférentielle de l'invention, chacune desdites chaînes de démodulation comprend des moyens de démodulation par application d'une transformation mathématique. Il peut notamment s'agir, classiquement, d'une transformée de Fourier (FFT:). Avantageusement, chacune desdites chaînes de démodulation peut comprendre notamment: - des moyens d'application dudit retard de chaîne; - des moyens de filtrage; - une transformation de Fourier; - des moyens de décodage des données portées par chacune desdites fréquences porteuses; - des moyens de validation dudit décodage, pour chacune desdites fréquences porteuses. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, les signaux portés par chacune desdites fréquences porteuses sont codés par bloc, et ledit dispositif comprend des moyens d'émission d'un acquittement, lorsqu'un bloc reçu est validé par au moins une desdites chaînes de démodulation. L'invention concerne également un procédé de réception d'un signal constitué par un multiplex de fréquences porteuses modulées émises par au moins deux terminaux distincts. Un tel procédé comprend notamment au moins deux étapes de démodulation effectuées en parallèle sur l'ensemble dudit signal AMRF, chacune desdites étapes appliquant sur ledit signal AMRF une fenêtre temporelle de réception de symbole débutant avec un retard de chaîne supérieur ou égal à zéro, par rapport à une référence de synchronisation, lesdits retards de chaîne étant tous différents. L'invention concerne encore un système de transmission de données entre au moins deux terminaux et une station de base, chacun desdits terminaux modulant au moins une fréquence porteuse, lesdites fréquences porteuses étant organisées de façon à former un signal AMRF unique, dans lequel ladite station de base comprend au moins deux chaînes de démodulation parallèles, chacune desdites chaînes de démodulation appliquant sur ledit signal AMRF une fenêtre temporelle de réception de symbole débutant avec un retard de chaîne supérieur ou égal à zéro, par rapport à une référence de synchronisation, lesdits retards de chaîne étant tous différents. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel, donné à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés, parmi lesquels: - la figure 1 présente un synoptique simplifié d'un récepteur d'une station de base de type connu, dans un système à accès multiples de type AMIRF; - la figure 2 est un synoptique simplifié d'un récepteur d'une station de base selon l'invention, adapté à la réception d'un signal AMRF asynchrone; - le figure 3 illustre le cas idéal d'un symbole reçu parfaitement synchrone avec la fenêtre de sélection du récepteur; - le figure 4 illustre un cas problématique, régulièrement rencontré dans la pratique, et qui ne peut être traité par le récepteur de la figure 1; - la figure 5 illustre le principe de fonctionnement du récepteur selon l'invention, tel qu'illustré en figure 2, et correspondant à la situation illustrée en figure 4. L'invention concerne donc la réception d'un signal AMRF formé d'un multiplex de fréquences porteuses émises par plusieurs terminaux. Comme déjà indiqué, l'invention peut s'appliquer à tous types de canal de transmission, et à tous types de stations émettrices et/ou réceptrices. L'exemple décrit par la suite concerne plus précisément, mais non limitativement, la réalisation d'une voie de retour. Un tel système comprend une pluralité de terminaux distants, ou stations esclaves, qui émettent vers une station de base. Cette technique permet la réalisation de stations esclaves à faible coût, chacune d'entre elles assurant la modulation et l'émission d'une porteuse unique à faible débit (il est bien sûr également possible que chaque station esclave module plusieurs fréquences porteuses). En général, les stations esclaves sont répartis sur une zone de service autour de de la station de base, à des distances terminal-station de base Di (avec Di temps (stations mobiles). On considère par la suite que la durée d'un symbole de modulation est Ts. La vitesse de modulation est donc 1/Ts. Les fréquences porteuses sont asservies en fréquences sur une référence commune, par exemple diffusée par la station de base. Les porteuses émises sont espacées de Afs, avec: Afs > ((1 + a)/Ts) ou a est le facteur de retombée ("roll-off' en anglais) du filtrage. Les spectres des fréquences porteuses sont disjoints. En ce sens, les signaux émis en AMRF sont orthogonaux. Pour que le signal reçu par la station de base puisse être traité de façon globale à l'aide d'un seul tuner et d'une seule FFT, il faut que les différentes fréquences porteuses arrivent de façon synchrone à ce récepteur. Pour cela, les porteuses émises par les émetteurs distants doivent être également asservies en temps. Pour assurer cet asservissement en temps, la station de base diffuse un top de synchronisation servant de référence de temps. Les émetteurs s'ajustent sur ce top pour émettre leur(s) fréquence(s) porteuse(s). La situation idéale est illustrée en figure 3. L'ensemble des porteuses formant le symbole I 31 sont reçues au même instant qui coïncide avec l'instant d'application de la fenêtre FFT 32 par le récepteur. Dans ce cas théorique, parfaitement synchrone, le récepteur classique illustré en figure 1 fonctionne correctement. Le signal reçu (multiplex AMRF de N porteuses p) ramené en bande de base subit successivement les traitements suivants: - échantillonnage 11, à la fréquence Ts/N; - numérisation 12; - application 13 d'une fenêtre temporelle de longueur Ts 32; - filtrage de Nyquist 14; - FFT 15; - mémorisation des blocs de symboles sur chaque porteuse 16, dans le cas d'un codage par blocs; - décodage des blocs de donnés sur chaque porteuse 17; - validation des blocs sur chaque porteuse 18 (selon un critère de validation prédéterminé); - acquittement 19, si nécessaire et si le bloc est validé; - suite du traitement des données 110. Comme déjà indiqué, cette technique n'est pas suffisante, à cause des délais de propagation différents d'un terminal distant à l'autre. En effet, les différentes distances Di occasionnent des délais de propagation aller/retour Tp, dans un échange entre chaque terminal et la station de base. On observe que: 0 vitesse de propagation des ondes électromagnétiques dans l'air). Le circuit de démodulation dans le récepteur de la station de base utilise un traitement par FFT 15 qui peut tolérer des erreurs maximales de synchronisation temporelle sur les signaux reçus inférieures à ATfft. Dans un contexte de système AMRF, cela signifie: - que les porteuses dont l'erreur de synchronisation absolue est inférieure à ATfft sont correctement démodulées, quelque soit l'état des porteuses adjacentes; que les porteuses dont l'erreur de synchronisation absolue est supérieure à ATfft ne sont pas correctement démodulées. Cette situation est illustrée par la figure 4. La porteuse p' 41 débute dans la plage de tolérance 42 de -ATfft à +ATfft, et sera bien sélectionnée par la fenêtre 44, et donc bien démodulée. En revanche, la porteuse p 43 du même symbole I se présente avec un retard Tp 45 trop important, et ne pourra pas être démodulée correctement. Pour résoudre ce problème, on a donc prévu, dans les systèmes actuels, des systèmes complexes basés sur des boucles de contre-réaction, qui rendent les terminaux distants complexes et donc coûteux. L'invention propose une technique nouvelle qui permet de s'affranchir de ce problème, en ne tenant compte que du top émis par la station de base. L'invention consiste essentiellement à: - diffuser depuis la station de base un "top" de synchronisation sur lequel les terminaux distants se synchronisent en aveugle, c'est-à-dire sans chercher à servir précisément leur instant d'émission; - réaliser en parallèle K traitements de filtrage-démodulation-décodage dans la station de base; - placer derrière ces traitements parallèles un concentrateur de blocs, qui retient pour chaque porteuse émise un bloc décodé et validé quand il existe. La partie réception d'une telle station de base est illustrée en figure 2. Elle présente K chaînes de traitement parallèle 211 à 21 K, effectuant chacune un traitement comprenant les opérations suivantes: un filtrage 2111 à 211 K, préférentiellement du type filtrage multiporteuse de Nyquist; - une démodulation par application d'une transformée mathématique 2121 212K, telle qu'une FFT, synchronisée sur un instant Tk pour B temps symbole (Ts) consécutif; une mémorisation 2131 à 213Kpour chaque porteuse émise dès B symbole consécutif démodulé; - un décodage 2141 à 214K par bloc (CRC) qui assure une correction des erreurs sur le bloc reçu; - une estimation 2151 à 215K de la justesse des éléments décodés (validation ou non du bloc décodé) sur chacune des porteuses du multiplex. Chacune desdites chaînes 211 à 21K débutent par l'application d'un retard 2161 à 216K. Ces retards sont déterminés de façon que les instants Tk soient les suivants: Tk = 2.k.A o: A est un retard de base prédéfini; k est un entier variant de 0 à K-1. Dans cette situation, il est possible de traiter toutes les situations possibles avec: K = Partie-entière ((Tp)max/2.A) + 1 La figure 5 illustre ce principe, dans la même situation défavorable que celle discutée en relation avec la figure 4. On constate alors que la porteuse p' 41 peut être traitée par la fenêtre FFT 51 de la chaîne 0, et la porteuse p 43 peut être traitée par la fenêtre FFT 52 de la chaîne 1. Il suffit alors de sélectionner, pour chaque porteuse, la chaîne ayant pu la traiter correctement. C'est le rôle du concentrateur de blocs 24. La procédure consiste à traiter les porteuses les unes après les autres. Pour une porteuse p donnée on sonde successivement les sorties Vkp correspondant à ces porteuses sur l'ensemble de chaînes parallèles 211 à 21k jusqu'à ce que l'une de ces sorties affiche un état "bloc porteuse p validé". Dans ce cas, le bloc est acquitté 22, si l'application l'exige (transmission d'un message d'acquittement destiné au terminal ayant émis ce bloc), puis traité 23 normalement. Dans le cas contraire (le bloc correspondant à la porteuse p n'est validé sur aucun des circuits parallèles), aucun acquittement n'est transmis à l'attention de l'émetteur. Il en déduit que son bloc de données n'a pas été reçu normalement et il tente de le le réémettre. Il est clair que le décodage par bloc décrit ci-dessus n'est qu'une application de l'invention et que de nombreuses autres techniques de codage peuvent être mises en oeuvre. Comme déjà indiqué, le procédé et le dispositif de l'invention peuvent notamment s'appliquer à un système de rétrodiffusion hertzienne. Un tel système permet à des stations distantes réparties dans la zone de couverture d'un émetteur de télédiffusion de communiquer par une voie de retour hertzienne avec le site de télédiffusion. On donne à titre d'exemple les caractéristiques d'un système pouvant être mis en oeuvre selon l'invention. Dans ce système la durée du symbole Ts est d'une milliseconde. La modulation utilisée est une modulation de phase à quatre états MDP4. Le traitement de démodulation FFT autorise (pour une dégradation des performances jugées acceptable) des erreurs de synchronisation de ATfft comprises entre -Ts/10 et Ts/10. Le rayon de service autour d'un émetteur de télédiffusion est de 70 km. Les délais de propagation aller-retour (correspondant donc à une distance simple comprise entre 0 et km) sont compris entre 0 et 0,46 ms. On a donc: (Tp)max, = 0,46 Ts On constate donc que, dans une station de base, trois chaînes de démodulation telles que décrites précédemment, décalées de 2 ATfft, suffisent à compenser la dispersion temporelle des signaux reçus (de valeur (Tp)ma,). REVENDICATIONS 1. Dispositif de réception d'un signal AMRF constitué par un multiplex de fréquences porteuses modulées émises par au moins deux terminaux distincts, et organisé en symboles successifs, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux chaînes de démodulation parallèles, (21 à 21k) chacune desdites chaînes de démodulation appliquant sur ledit signal AMRF une fenêtre temporelle de réception de symbole débutant avec un retard de chaîne supérieur ou égal à zéro, par rapport à une référence de synchronisation, lesdits retards de chaîne étant tous différents. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits retards de chaîne valent: Tk = 2.k.A o: A est un retard de base prédéfini; k est un entier variant de 0 à K-1; K est le nombre de chaînes de démodulation. 3, Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit retard de base A est le retard maximum que chacune desdites chaînes est capable de traiter, et en ce que le nombre de chaînes de démodulation est: K = Partie-entière ((Tp)max/2.A)+ 1, o (Tp)max, est le délai de propagation maximum dans un échange aller-retour de communication entre ledit dispositif de réception et un desdits terminaux. 4 o Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de sélection alimentés par l'ensemble desdites chaînes de démodulation et associant à chacune desdites fréquences porteuses, et à chaque intervalle de temps, la sortie de l'une desdites chaînes de traitement, selon un critère de sélection prédéterminé. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que chacune desdites chaînes de démodulation comprend des moyens de validation de la démodulation de chacune desdites fréquences porteuses, selon un critère de validation prédéterminé, et en ce que ledit critère de sélection consiste à retenir la sortie de la chaîne de démodulation répondant audit critère de validation et présentant le retard de chaîne le plus faible. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que chacune desdites chaînes de démodulation comprend des moyens de démodulation par application d'une transformation mathématique (2121 à 212K). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que chacune desdites chaînes de démodulation comprend: - des moyens d'application dudit retard de chaîne; - des moyens de filtrage; - une transformation de Fourier; - des moyens de décodage des données portées par chacune desdites fréquences porteuses; - des moyens de validation dudit décodage, pour chacune desdites fréquences porteuses. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les signaux portés par chacune desdites fréquences porteuses sont codés par bloc, et en ce que ledit dispositif comprend des moyens d'émission d'un acquittement, lorsqu'un bloc reçu est validé par au moins une desdites chaînes de démodulation. 9. Procédé de réception d'un signal constitué par un multiplex de fréquences porteuses modulées émises par au moins deux terminaux distincts, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux étapes de démodulation effectuées en parallèle sur l'ensemble dudit signal AMRF, chacune desdites étapes appliquant sur ledit signal AMRF une fenêtre temporelle de réception de symbole débutant avec un retard de chaîne supérieur ou égal à zéro, par rapport à une référence de synchronisation, lesdits retards de chaîne étant tous différents. 10. Système de transmission de données entre au moins deux terminaux et une station de base, chacun desdits terminaux modulant au moins une fréquence porteuse, lesdites fréquences porteuses étant organisées de façon à former un signal AMRF unique, caractérisé en ce que ladite station de base comprend au moins deux chaînes de démodulation parallèles (211 à 21k), chacune desdites chaînes de démodulation appliquant sur ledit signal AMRF une fenêtre temporelle de réception de symbole " 2753024 débutant avec un retard de chaîne supérieur ou égal à zéro, par rapport à une référence de synchronisation, lesdits retards de chaîne étant tous différents.